JP2016090167A - 弾着観測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弾着観測装置において、より正確な弾着誤差を提供することで、弾着誤差の提供を受けた後の射撃における発砲方向の修正精度を改善し、射撃目標への砲弾の命中率を向上させる。
【解決手段】砲弾の観測値を評価し、マルチパスやシークラッタの影響を受けた観測値を取り除くことで、砲弾運動諸元の精度を向上し、弾着位置の誤差を抑え、弾着誤差の予測精度を向上する。砲弾観測値は、砲弾観測値と砲弾運動諸元の位置の差分や角度ディスクリ成分、Ｓ／Ｎをそれぞれ重み付けすることによって評価する。
【選択図】図１

Description

この発明は、レーダにより射撃目標と砲弾を追尾し、射撃目標位置と弾着位置の２点間の差（以下、弾着誤差と呼ぶ）を求める弾着観測装置に関するものである。

複数のビームを同時に照射可能なレーダ装置を有する射撃指揮装置において、発砲した砲弾に対し照射したビームの受信信号から検出される砲弾の位置、速度等の観測値と、飛しょうモデルより算出される砲弾の予測弾道より弾着位置を算出し、算出した弾着位置と射撃目標位置との差を取ることで、弾着誤差を算出する弾着観測装置が示されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１３−１８５７５６号公報

従来の弾着観測装置は、以下のような問題があった。
水上目標への射撃においては、ビームの受信信号における砲弾の観測信号（砲弾観測信号）から得られる砲弾の観測値の中に、マルチパスやシークラッタの影響による誤差を含んだ観測値が混入する。その結果、算出する弾着位置の誤差が大きくなり、弾着誤差の予測精度が劣化する。

また、レーダ反射面の多い目標に対して発砲した砲弾が、レーダ装置からみて目標と重なった場合、砲弾観測値において目標の影響を受けた観測値が混入するようになる。その結果、算出する弾着位置の誤差が大きくなり、弾着誤差の予測精度が劣化する。

また、異なる複数の砲から同一方向に発砲した際に複数の砲弾観測信号が上がる。このとき誤った砲弾観測信号を選択することで、算出する砲弾位置の誤差が大きくなり、弾着誤差の予測精度が劣化する。

また、水上目標への射撃において複数の砲弾を発砲した場合、ある砲弾の砲弾観測値に先着する砲弾がつくる水柱の影響により、当該砲弾観測値に誤差を含んだ観測値が混入する。その結果、算出する弾着位置の誤差が大きくなり、弾着誤差の予測精度が劣化する。

この発明による弾着観測装置は、かかる課題を解決するためになされたものであり、より正確な弾着誤差を提供することで、弾着誤差の提供を受けた後の射撃における発砲方向の修正精度を改善し、射撃目標への砲弾の命中率を向上させることを目的とする。

この発明による弾着観測装置は、レーダ信号処理部による目標と砲弾を含む観測値について、砲弾を追尾して砲弾追尾位置を算出する砲弾追尾処理部と、上記レーダ信号処理部による目標と砲弾を含む観測値について、目標を追尾して目標追尾位置を算出する目標追尾処理部と、上記レーダ信号処理部による目標と砲弾を含む観測値と上記砲弾追尾処理部により得られた砲弾追尾位置を元に、砲弾の観測値を選択する相関処理部と、上記相関処理部により選択された砲弾の観測値がシークラッタ、マルチパス等による誤差を含む無効な観測値であるか有効な観測値であるかを評価する砲弾位置評価部と、上記相関処理部により選択された砲弾の観測値から、上記砲弾位置評価部で無効な観測値であると評価された砲弾観測値を除外した後の砲弾観測値に基づいて、砲弾運動諸元を算出する運動諸元推定部と、上記運動諸元推定部の算出した砲弾運動諸元に基づいて、砲弾の弾着位置を予測する弾着位置予測部と、上記弾着位置予測部の予測した弾着位置と、上記目標追尾処理部の算出した目標追尾位置との差に基づいて、弾着誤差を算出する弾着誤差評価部とを備えたものである。

この発明によれば、弾着位置予測部で算出する予測弾着位置を精度よく求めることができる。

実施の形態１による弾着観測装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２による弾着観測装置の構成を示すブロック図である。

実施の形態１．

図１は、この発明に係る実施の形態１による弾着観測装置の構成を示すブロック図である。図１において、実施の形態１による弾着観測装置１は、アンテナから構成されるレーダ送受信機１０１と、レーダ信号処理部１０２と、砲弾追尾処理部１０３と、相関処理部１０４と、目標追尾処理部１０５と、運動諸元推定部１０８と、砲弾位置評価部１０９と、弾着位置予測部１１０と、弾着誤差評価部１１１と、弾着誤差表示部１１２を備えて構成される。レーダ送受信機１０１はレーダ信号処理部１０２に接続される。弾着観測装置１は、砲１０６と砲初速測定装置１０７に接続される。レーダ信号処理部１０２は砲弾追尾処理部１０３と相関処理部１０４と目標追尾処理部１０５に接続される。また、レーダ送受信機１０１は砲弾追尾処理部１０３と目標追尾処理部１０５に接続される。砲弾追尾処理部１０３は相関処理部１０４に接続される。

相関処理部１０４は運動諸元推定部１０８と砲弾位置評価部１０９に接続される。運動諸元推定部１０８は砲弾位置評価部１０９と弾着位置予測部１１０に接続される。弾着位置予測部１１０と目標追尾処理部１０５は弾着誤差評価部１１１に接続される。弾着誤差評価部１１１は弾着誤差表示部１１２に接続される。砲１０６と砲初速測定装置１０７は弾着観測装置１の運動諸元推定部１０８に接続される。

次に、実施の形態１の弾着観測装置１における各構成の動作について説明する。
弾着観測装置１は、砲１０６や砲初速測定装置１０７から砲弾の弾道モデルに与える初期値を得て、弾着位置を算出する処理を行う。

レーダ送受信機１０１は、砲弾追尾処理部１０３から砲弾を追尾するためのビーム制御信号を受け、目標追尾処理部１０５から目標を追尾するためのビーム制御信号を受けて、砲弾と目標にそれぞれビームの指向方向を向け、砲弾と目標にビームを照射する。レーダ送受信機１０１は、照射したビームの反射により、砲弾と目標の観測信号を受信し、受信した観測信号をレーダ信号処理部１０２に出力する。

レーダ信号処理部１０２は、レーダ送受信機１０１の受信した目標および砲弾を含む観測信号を観測値に変換し、砲弾追尾処理部１０３、相関処理部１０４、目標処理部１０５にそれぞれ出力する。

砲弾追尾処理部１０３は、レーダ信号処理部１０２から受けた目標および砲弾を含む観測値を元に砲弾の追尾処理を行い、砲弾を追尾するためのビーム制御信号、砲弾追尾位置を算出し、それぞれレーダ送受信機１０１、相関処理部１０４に出力する。

相関処理部１０４は、レーダ信号処理部１０２から受けた目標および砲弾を含む観測値と、砲弾追尾処理部１０３からの砲弾追尾位置を元に、砲弾の観測値（以下砲弾観測値）を選択し、運動諸元推定部１０８および砲弾位置評価部１０９に出力する。

目標追尾処理部１０５は、レーダ信号処理部１０２から受けた目標および砲弾を含む観測値と目標を追尾するためのビーム制御信号を元に目標の追尾処理を行い、目標追尾位置を算出し、それぞれレーダ送受信機１０１、砲弾位置評価部１０９、弾着誤差評価部１１１に出力する。

砲１０６は、発砲時に発砲角を含む発砲諸元を運動諸元推定部１０８に出力する。

砲初速測定装置１０７は、発砲時に砲弾の発射速度(以下、砲初速という)を測定し、運動諸元推定部１０８に出力する。

運動諸元推定部１０８は、既知の砲弾飛しょう経路(以下、射表と呼ぶ)を利用したフィッティング予測処理、砲弾の空力特性を考慮したモデル（以下、弾道モデル）を組み込んだカルマンフィルタ等を利用し、発砲諸元、砲初速、および相関処理部１０４からの砲弾観測値を元にして、砲弾の位置（緯度、経度、高度）、砲弾の速度、砲弾の飛翔軌跡等の砲弾運動諸元を算出する。運動諸元推定部１０８は、弾着位置予測部１１０、弾着誤差評価部１１１、弾着誤差表示部１１２等の後段処理の実行頻度に応じて算出した砲弾運動諸元を出力する。このとき運動諸元推定部１０８は、砲弾観測値受信毎に処理を実行し、砲弾運動諸元を砲弾位置評価部１０９および弾着位置予測部１１０に出力する。また、運動諸元推定部１０８は、砲弾観測値受信がない場合は弾道モデルに基づく位置予測により砲弾の予想位置を追尾するメモリ追尾によって砲弾運動諸元を算出し、出力する。

運動諸元推定部１０８において、砲弾運動諸元を算出する弾道モデルを組み込んだカルマンフィルタ等の初期条件は、砲１０６より入力された発砲諸元や、砲初速測定装置１０７より入力された砲初速を使用する。

砲弾位置評価部１０９は、シークラッタやマルチパスの影響により誤差を含んだと考えられる砲弾観測値、レーダ反射面の多い目標の観測信号と砲弾観測信号が重なった砲弾観測値、異なる砲から同一方向に発砲した砲弾観測値が無効であると評価し、無効と評価した砲弾観測値を運動諸元推定部１０８に出力する。運動諸元推定部１０８は、砲弾運動諸元を算出するための砲弾観測値の中から、無効とされた砲弾観測値を除外する。また、運動諸元推定部１０８は、砲弾観測値が有効であるとされた場合は、有効な砲弾観測値を元にして砲弾運動諸元を算出し、砲弾運動諸元を出力する。

砲弾位置評価部１０９は、シークラッタやマルチパスの影響により誤差を含んだと考えられる砲弾観測値について、その砲弾観測値と砲弾運動諸元の位置の差分や角度ディスクリ成分、Ｓ／Ｎをそれぞれ重み付けすることによって、有効であるか無効であるかの評価を行なう。

砲弾位置評価部１０９は、レーダ反射面の多い目標の観測信号と砲弾観測信号が重なったと考えられる砲弾観測値について、レーダ反射面積、目標位置と砲弾位置をそれぞれ重み付けすることによって、有効であるか無効であるかの評価を行なう。

砲弾位置評価部１０９は、異なる砲から同一方向に発砲した砲弾と考えられる砲弾観測値について、その砲弾観測値と砲弾運動諸元の位置の差分や角度ディスクリ成分をそれぞれ重み付けすることによって、有効であるか無効であるかの評価を行なう。

上記説明において、運動諸元推定部１０８および砲弾位置評価部１０９において砲弾観測値を逐次処理する構成について記載した。例えば砲弾位置評価部１０９に砲弾観測値を一定数蓄積し、評価した後、運動諸元推定部１０８に出力する。この場合、砲弾観測値の蓄積、評価はバッチ処理となり、砲弾運動諸元の精度を向上することができる。

弾着位置予測部１１０は、運動諸元推定部１０８の出力する砲弾運動諸元から、高度情報を元に予測弾着時刻および予測弾着位置を算出し、算出した予測弾着時刻および予測弾着位置を、砲弾運動諸元の入力となった砲弾観測値数とともに弾着誤差評価部１１１に出力する。

弾着誤差評価部１１１は、弾着位置予測部１１０の予測した弾着位置と、目標追尾処理部１０５の出力する目標追尾位置との差に基づいて弾着誤差を算出する。その際に、弾着誤差評価部１１１は、例えば砲弾運動諸元の入力となった砲弾観測値数を元に、弾着誤差信頼度を弾着誤差表示部１１２に出力する。

以上説明した通り、実施の形態１の弾着観測装置１は、レーダ信号処理部による目標と砲弾を含む観測値について、砲弾を追尾して砲弾追尾位置を算出する砲弾追尾処理部と、上記レーダ信号処理部による目標と砲弾を含む観測値について、目標を追尾して目標追尾位置を算出する目標追尾処理部と、上記レーダ信号処理部による目標と砲弾を含む観測値と上記砲弾追尾処理部により得られた砲弾追尾位置を元に、砲弾の観測値を選択する相関処理部と、上記相関処理部により選択された砲弾の観測値がシークラッタ、マルチパス等による誤差を含む無効な観測値であるか有効な観測値であるかを評価する砲弾位置評価部と、上記相関処理部により選択された砲弾の観測値から、上記砲弾位置評価部で無効な観測値であると評価された砲弾観測値を除外した後の砲弾観測値に基づいて、砲弾運動諸元を算出する運動諸元推定部と、上記運動諸元推定部の算出した砲弾運動諸元に基づいて、砲弾の弾着位置を予測する弾着位置予測部と、上記弾着位置予測部の予測した弾着位置と、上記目標追尾処理部の算出した目標追尾位置との差に基づいて、弾着誤差を算出する弾着誤差評価部とを備えたものである。

これにより、弾着位置予測部で算出する予測弾着時刻および予測弾着位置を精度よく求めることができる。

実施の形態２．
図２はこの発明に係る実施の形態２による弾着観測装置の構成を示すブロック図である。図において、実施の形態２の弾着観測装置２は、レーダ送受信機２０１と、レーダ信号処理部２０２と、砲弾信号処理部２０３と、相関処理部２０４と、目標追尾処理部２０５と、初期値推定を行う運動諸元推定部２０８と、弾位置評価部２０９と、弾着位置予測部２１０と、弾着誤差評価部２１１と、弾着誤差表示部２１２を備えて構成される。レーダ送受信機２０１はレーダ信号処理部２０２に接続される。レーダ信号処理部２０２は砲弾追尾処理部２０３と相関処理部２０４と目標追尾処理部２０５に接続される。また、レーダ送受信機２０１は砲弾追尾処理部２０３と目標追尾処理部２０５に接続される。砲弾追尾処理部２０３は相関処理部２０４に接続される。

相関処理部２０４は運動諸元推定部２０８と砲弾位置評価部２０９に接続される。運動諸元推定部２０８は弾着位置予測部２１０に接続される。弾着位置予測部２１０は砲弾誤差評価部２１１に接続される。砲弾誤差評価部２１１は弾着誤差表示部２１２に接続される。

ここで、レーダ送受信機２０１はレーダ送受信機１０１、レーダ信号処理部２０２はレーダ信号処理部１０２、砲弾信号処理部２０３は砲弾信号処理部１０３、相関処理部２０４は相関処理部１０４、目標追尾処理部２０５は目標追尾処理部１０５、運動諸元推定部２０８は運動諸元推定部１０８、弾位置評価部２０９は弾位置評価部１０９、弾着位置予測部２１０は弾着位置予測部１１０、弾着誤差評価部２１１は弾着誤差評価部１１１、弾着誤差表示部２１２は弾着誤差表示部１１２に相当し、図１の弾着観測装置１と同様に動作する。

実施の形態２の弾着観測装置２における各構成の動作について説明する。実施の形態２の弾着観測装置は、発砲諸元や砲初速が得られない場合に、砲弾観測諸元の初期データを使用する構成である。以下、図１から変更のあった機能ブロックのみ説明する。

運動諸元推定部２０８は、射表を利用したフィッティング予測処理、弾道モデルを組み込んだカルマンフィルタ等を利用して、相関処理部２０４からの砲弾観測値を元に砲弾運動諸元を算出し、弾着位置予測部２１０に出力する。ここで、砲弾運動諸元を算出する弾道モデルを組み込んだカルマンフィルタ等の初期条件には、砲弾観測値の初期データを用いる。

実施の形態２による弾着観測装置２は以上のように構成されるので、砲１０６の出力する発砲諸元、および砲初速測定装置１０７の出力する砲初速が得られない場合に、砲弾観測諸元の初期データを使用して、弾着位置予測部で算出する予測弾着位置を精度よく求めることができる。

１０１ レーダ送受信機、１０２ レーダ信号処理部、１０３ 砲弾追尾処理部、１０４ 相関処理部、１０５ 目標追尾処理部、１０６ 砲、１０７ 砲初速測定装置、１０８ 運動諸元推定部、１０９ 砲弾位置評価部、１１０ 弾着位置予測部、１１１ 弾着誤差評価部、１１２ 弾着誤差表示部、２０１ レーダ送受信機、２０２ レーダ信号処理部、２０３ 砲弾追尾処理部、２０４ 相関処理部、２０５ 目標追尾処理部、２０８ 運動諸元推定部、２０９ 砲弾位置評価部、２１０ 弾着位置予測部、２１１ 弾着誤差評価部、２１２ 弾着誤差表示部。

Claims (3)

1. レーダ信号処理部による目標と砲弾を含む観測値について、砲弾を追尾して砲弾追尾位置を算出する砲弾追尾処理部と、
   上記レーダ信号処理部による目標と砲弾を含む観測値について、目標を追尾して目標追尾位置を算出する目標追尾処理部と、
   上記レーダ信号処理部による目標と砲弾を含む観測値と上記砲弾追尾処理部により得られた砲弾追尾位置を元に、砲弾の観測値を選択する相関処理部と、
   上記相関処理部により選択された砲弾の観測値がシークラッタ、マルチパス等による誤差を含む無効な観測値であるか有効な観測値であるかを評価する砲弾位置評価部と、
   上記相関処理部により選択された砲弾の観測値から、上記砲弾位置評価部で無効な観測値であると評価された砲弾観測値を除外した後の砲弾観測値に基づいて、砲弾運動諸元を算出する運動諸元推定部と、
   上記運動諸元推定部の算出した砲弾運動諸元に基づいて、砲弾の弾着位置を予測する弾着位置予測部と、
   上記弾着位置予測部の予測した弾着位置と、上記目標追尾処理部の算出した目標追尾位置との差に基づいて、弾着誤差を算出する弾着誤差評価部と、
   を備えた弾着観測装置。
2. 上記砲弾位置評価部は、レーダ反射面の多い目標に対して発砲した砲弾が、目標と重なった場合、砲弾観測値が目標の影響を受けて誤差を含む無効な観測値であるか有効な観測値であるかを評価する請求項１記載の弾着観測装置。
3. 上記砲弾位置評価部は、異なる複数の砲から同一方向に発砲した際に、複数の砲弾観測値が目標の影響を受けて誤差を含む無効な観測値であるか有効な観測値であるかを評価する請求項１記載の弾着観測装置

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