JP2015055430A - 角度測定装置、飛翔体、ランチャー、角度測定方法、飛翔体制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】地対空飛翔体システム100は、複数の受信部11a、11b、・と、位相差算出部52aと、角度測定部52bとを持つ。複数の受信部は、同一の目標に向けて飛翔する複数の飛翔体10a,10b,・の各々に設けられ、目標から各飛翔体に放射される環境電波を受信する。位相差算出部52aは、複数の受信部が受信した環境電波の間の位相差を算出する。角度測定部52bは、環境電波を受信した受信部間の距離と前記位相差とに基づいて、少なくとも一の飛翔体の飛翔方向と目標に向かう方向とのなす角度を測定する。
【選択図】図1
Description
また、目標の隠密偽装技術に伴って、従来のモノスタティックレーダを用いるには、送信電力を増大したり観測時間を増大したりしなければならない状況にある。さらに、このような地上レーダや飛翔体の電波シーカは比較的高価であり、地対空飛翔体システムのコスト増大要因となっていた。
図1は、地対空飛翔体システム100の構成を示すブロック図である。地対空飛翔体システム100は、複数の飛翔体10a、10b、・・・と地上に設けられたセンタ装置50とが無線LAN(Local Area Network)によって接続された構成である。
受信部11aは、電波を受信する複数のアンテナ装置とチューナとを備えている。通信部12aは無線LANによって、センタ装置50や他の飛翔体10b、・・・と通信する。飛翔制御部13aは、センタ装置50からの指示に従って、飛翔体10aの飛翔角度や飛翔速度を制御する。制御部14aは、飛翔体10aの動作全体を制御する。
飛翔体10b(後述の飛翔体10c、飛翔体10d、飛翔体10eを含む)の構成は飛翔体10aと同様である。飛翔体10b、飛翔体10c、飛翔体10d、飛翔体10eの各構成においては、飛翔体10aの各構成の符号の「a」をそれぞれ「b」「c」「d」「e」に変更してその説明を省略する。
通信部51は、各飛翔体10a、10b、・・・と無線LANによって通信する。制御部52は、センタ装置50の動作全体を制御する。制御部52は、位相差算出部52a、角度測定部52b、初期誘導制御部52c、終末誘導制御部52dを備えている。位相差算出部52a、角度測定部52b、初期誘導制御部52c、終末誘導制御部52dの各動作については後述する。
このように飛翔体10a〜10eを配置することにより、各飛翔体10a〜10eの電波受信角度に制限がある場合であっても、到来方向を問わず全方位の電波を受信することができる。本実施形態の飛翔体10a〜10eは、電波シーカなどのアクティブレーダを備えないが、種々の環境電波(例えば、既知の場所の放送局から送信される放送波)を受信することにより、目標の方向を判定することができる。
なお、図3(a)では、5体の飛翔体10a〜10eを示したが、本実施形態の飛翔体は、2体(例えば、飛翔体10aと飛翔体10b)以上の数であればよい。
また、環境電波は、目標にて反射される反射波に限られず、目標300が通信や探査のために自ら送信する電波であってもよい。
初期誘導制御部52cは、受信した電波信号から参照信号を抽出する一方、直接波の成分を除去し、両者の自己相関を取る公知の計算手法(ドップラー効果を用いた計算法)によって、目標に対するバイスタティック距離、バイスタティック速度、方位角、及び仰角を求めて目標を検出する。
これにより、目標300の予測情報として、予測距離、予測速度、予測方位角、及び予測仰角が得られる。初期誘導制御部52cは、これらの予測情報に基づいて仮想命中点の位置を算出し、算出した仮想命中点に向けて飛翔体10a〜10eを発射し、慣性誘導のもとに飛翔させる。初期誘導制御部52cは、ランチャー30から放射方向に発射された飛翔体10a〜10eを誘導して、同一の方向を向かせ、安定して飛翔させる。
センタ装置50の角度測定部52bは、例えば次式(1)により、飛翔体10a〜10eの飛翔方向と目標300に向かう方向とのなす角度の測角範囲(Δθ)を測定する。前提として、各飛翔体10a〜10eの位相差算出部52a〜52eは、受信部11a〜10eが受信した環境電波の間の位相差を算出する。
(1)式において、ベースライン長dは、一の飛翔体(例えば飛翔体10a)の受信部(例えば受信部11a)におけるアンテナ装置と他の飛翔体(例えば飛翔体10b)の受信部(例えば受信部11b)におけるアンテナ装置との距離(単位はm)である。
なお、(1)式において、fは環境電波の周波数、cは光速である。
単一の飛翔体の内部に複数のアンテナ装置を設けて、アンテナ装置の間の距離(飛翔方向に垂直な平面上の距離)として約10mを確保することは、一般的な大きさの飛翔体の設計では容易でない。
しかし、本実施形態では、異なる飛翔体(例えば、飛翔体10aと飛翔体10b)の間の距離がアンテナ装置の間の距離となるので、ベースライン長dを約10m、さらには10m以上とすることが容易である。本実施形態によれば、十分に長いベースライン長dを確保することができる。
つまり、本実施形態では、複数の飛翔体(例えば飛翔体10a〜10e)におけるアンテナ装置を協働させることにより、等価的にベースライン長の長いパッシブアンテナ装置を構築し、測角精度を高めている。
これにより、放送波の波長が比較的長いFMラジオ放送やVHFテレビ放送を本実施形態の環境電波として利用することが可能となる。利用する環境電波の波長が短いほどベースライン長dは短く設定される。
なお、上記の(1)(2)式は、二体の飛翔体10a〜10bの間において成立するものを示したが、飛翔体10a〜10eのうち、任意の二体において計算結果の整合性を確認するとよい。
本実施形態においては、飛翔体10a〜10eの発射直後(例えば、初期誘導時や中期誘導時)においては、図8(a)に示すように、飛翔体10a〜10eの間の距離をd1と比較的大きく設定する一方、目標300に近づくと(例えば、終末誘導時)、図8(b)に示すように、飛翔体10a〜10eの間の距離(ベースライン長)がd2と短くなるように飛翔方向を制御する。
飛翔体10a〜10eの発射直後(例えば、初期誘導時、中期誘導時)は、互いの距離〔(1)式におけるベースライン長d〕を大きく設定することにより、測角範囲を狭めるように制御する。目標300が遠方にある間は、測角範囲が狭くても広範囲な距離を覆うことができる。目標300に近づくに従って、飛翔体10a〜10eの間隔〔(1)式におけるベースライン長d〕を小さくすることで測角範囲を広げる。これにより、目標300の遠くでは環境電波の信号ノイズ比S/Nが小さく、目標300の近くでは環境電波の信号ノイズ比S/Nが大きくなる状況に対応することができる。
例えば、飛翔体10aの制御部12aは、受信部11aが受信した環境電波の信号をINS(Inertial Navigation System)信号と共に、通信部12aを経てセンタ装置50に送信する。
センタ装置50は、位相差算出部52a及び角度測定部52bの働きにより、飛翔体10aの測角値を計算し、飛翔体10aに測角値θを送信する。飛翔体10aの飛翔制御部13aは、センタ装置50の終末誘導制御部52dとの協働の下、送信された測角値θの値に基づいて、図9に示す制御動作を実行する。センタ装置50は追尾予測結果を再計算し、仮想命中点を更新する。これにより、飛翔体10aは目標300に会合する。
図2では、飛翔体10aの胴経が比較的小さい場合に適した5箇所のアンテナ装置20b〜20eの設置について説明した。
これに対して、図10は、飛翔体10aの胴経が比較的大きい場合に、十字配列のアンテナ装置120a〜120eに加えて、飛翔体10aの胴経を取り囲む円形配列のアンテナ装置120f・・・を設けた例である。図2(a)は、略円筒形の飛翔体10aの飛翔方向からみた図であり、図2(b)は、飛翔体10aの側面方向からみた図である。
このような円形配列のアンテナ装置120f・・・(及び十字配列のアンテナ装置120a〜120e)をアダプティブアンテナとすることで、電波到来方向にアンテナを自動的に指向させ、アンテナ利得を向上させることが可能となる。アダプティブアンテナとできることは多数のアンテナ装置を設ける利点である。
これに対して、一の飛翔体(例えば、飛翔体10a)をマスタ飛翔体とし、他の飛翔体(例えば、飛翔体10b〜10e)をスレーブ飛翔体として、センタ装置50の構成をすべてマスタ飛翔体に内蔵させてもよい。この結果、上述の説明において、各飛翔体10a、10b、・・・とセンタ装置50との間でなされた通信や制御や指示はすべてマスタ飛翔体とスレーブ飛翔体との間でなされることになる。
マスタ飛翔体は、スレーブ飛翔体の各々に測角値θの情報を随時送信してその飛翔を制御させる他、飛翔の所定の段階からは、スレーブ飛翔体の飛翔の制御を簡略化して、自機に追従して飛翔するように、スレーブ飛翔体に指示することもできる。
また、上記の実施形態の飛翔体は、複数体で目標に会合するため、単一の飛翔体の場合と比較して、目標をより的確に追尾し、目標に会合する確率を向上させることが可能となる。
Claims (6)
- 同一の目標に向けて飛翔する複数の飛翔体の各々に設けられ、当該目標から各飛翔体に放射される環境電波を受信する複数の受信部と、
前記複数の受信部が受信した環境電波の間の位相差を算出する算出部と、
前記環境電波を受信した受信部間の距離と前記位相差とに基づいて、少なくとも一の飛翔体の飛翔方向と前記目標に向かう方向とのなす角度を測定する測定部とを備える角度測定装置。 - 前記環境電波は、放送局から送信される放送波であって、前記目標にて反射される反射波である請求項1に記載の角度測定装置。
- 請求項1又は2記載の角度測定装置の測定結果に基づいて、その飛翔方向を制御される飛翔体。
- 請求項3の飛翔体を地上から複数飛翔させるランチャーであって、飛翔前の複数の飛翔体の向きが放射状であるランチャー。
- 同一の目標に向けて飛翔する複数の飛翔体の各々に設けられた複数の受信部によって、当該目標から各飛翔体に放射される環境電波を受信する段階と、
前記複数の受信部が受信した環境電波の間の位相差を算出する段階と、
前記環境電波を受信した受信部間の距離と前記位相差とに基づいて、少なくとも一の飛翔体の飛翔方向と前記目標に向かう方向とのなす角度を測定する段階とを備える角度測定方法。 - 請求項5の角度測定方法の測定結果に基づいて、前記複数の飛翔体の飛翔方向を制御する飛翔体制御方法であって、
前記目標に近づくと、前記複数の飛翔体間の距離が短くなるように前記飛翔方向を制御する飛翔体制御方法。
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