JP2018151139A

JP2018151139A - 飛しょう体誘導装置及びそのプログラム

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Publication number: JP2018151139A
Application number: JP2017048510A
Authority: JP
Inventors: 徹芦原; Toru Ashihara
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2017-03-14
Publication date: 2018-09-27
Anticipated expiration: 2037-03-14
Also published as: JP6727157B2

Abstract

【課題】飛しょう体が大型化するのを抑制しつつ、高機動目標への充分な対応が可能となる飛しょう体誘導装置を得ること。
【解決手段】飛しょう体誘導装置１００は、飛行経路を予測した目標１０に対して飛しょう体８０を誘導する。飛しょう体誘導装置１００は、目標１０の位置及び速度を検出するセンサ装置２０と、目標１０の位置及び速度の情報を基に目標１０の将来の位置、将来の速度及び将来の加速度のそれぞれを予測する追尾フィルタ６０を備える。追尾フィルタ６０は、予測した目標予測位置、目標予測速度及び目標予測加速度の情報を基に、目標予測経路を作成する。要撃誘導計算部７０は、追尾フィルタ６０が作成した目標予測経路の情報を基に、飛しょう体８０と目標１０との予想会合点及び予想会合時間の更新値を計算し、更新値を基に誘導諸元を更新する。
【選択図】図２

Description

本発明は、飛行経路を予測した目標に対して飛しょう体を誘導する飛しょう体誘導装置及びそのプログラムに関する。

目標に対して飛しょう体を誘導する場合には、目標の位置、速度及び種類を含む目標情報を基に、追尾フィルタによって将来速度及び将来位置を予測することが行われる。また、予測した予測情報を基に、飛しょう体を目標に会合させるための要撃誘導計算が行われる。

要撃誘導計算の代表的な例には、飛しょう体が目標と会合するまでの飛しょう時間を最短とする飛しょう時間最短航法、飛しょう体が目標と会合する際の存速を最大とする存速最大航法、及び飛しょう体が目標と会合するときの会合角をある範囲内とするカウンタパラレル航法がある。下記特許文献１には、飛しょう時間最短航法及び存速最大航法を用いた誘導方法が開示されている。また、下記特許文献２には、カウンタパラレル航法を用いた誘導方法が開示されている。

特開２００５−２９１６３９号公報特開２０１１−２４２１０５号公報

飛しょう体と目標とが遠距離で会合する場合、飛しょう体の速度が低下する。また、飛しょう体と目標とが高高度で会合する場合、飛しょう体の周囲の空気密度が低下する。何れの場合も、旋回加速度及び旋回時定数といった飛しょう体の空力旋回性能が低下する。このため、飛しょう体と目標とが遠距離及び高高度で会合する場合、飛しょう体の誘導性能が低下し、従来手法の適用のみでは、高機動旋回目標、波状蛇行目標及び高機動ダイブ目標といった高機動目標への対処能力すなわちロバスト性に乏しく、高機動目標への対処が限定的になるという課題がある。

また、飛しょう体と目標とが遠距離で会合する場合において、要撃誘導計算の改良が図られない場合には、飛しょう体の推進性能向上による存速の向上が必要となる。これにより、飛しょう体の大型化が余儀なくされるという課題がある。

また、上述したように、高高度では飛しょう体の周囲の空気密度が低下するので、飛しょう体の空力旋回性能が低下する。このため、飛しょう体と目標とが高高度での会合する場合において、要撃誘導計算の改良が図られないときには、高高度での十分な旋回能力を確保するために、当該旋回能力に応じた規模の推力変更装置又はサイドスラスタが必要となる。すなわち、高高度での会合を考慮した場合にも、飛しょう体の大型化が余儀なくされるという課題が認められる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、飛しょう体が大型化するのを抑制しつつ、高機動目標への充分な対処が可能となる飛しょう体誘導装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る飛しょう体誘導装置は、飛行経路を予測した目標に対して飛しょう体を誘導する。飛しょう体誘導装置は、目標の位置及び速度を検出するセンサ装置と、目標の位置及び速度の情報を基に目標の将来の位置、将来の速度及び将来の加速度のそれぞれを予測する追尾フィルタを備える。追尾フィルタは、予測した目標予測位置、目標予測速度及び目標予測加速度の情報を基に、目標予測経路を作成する。要撃誘導計算部は、追尾フィルタが作成した目標予測経路の情報を基に、飛しょう体と目標との予想会合点及び予想会合時間の更新値を計算し、更新値を基に誘導諸元を更新する。

本発明によれば、飛しょう体が大型化するのを抑制しつつ、高機動目標への充分な対処が可能となる、という効果を奏する。

実施の形態に係る飛しょう体誘導装置を含む飛しょう体誘導システムの概念図実施の形態に係る飛しょう体誘導装置を含む飛しょう体誘導システムの機能概念図実施の形態における発射装置、追尾フィルタ、要撃誘導計算部及び誘導制御部の各機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図実施の形態における追尾フィルタの説明に供するブロック図実施の形態における誘導制御部の処理の説明に供する図実施の形態における追尾フィルタの処理の説明に供する第１の図実施の形態における追尾フィルタの処理の説明に供する第２の図実施の形態における中間点の算出方式の説明に供する第１の図実施の形態における中間点の算出方式の説明に供する第２の図

以下に、本発明の実施の形態に係る飛しょう体誘導装置及びそのプログラムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、実施の形態に係る飛しょう体誘導装置を含む飛しょう体誘導システムの概念図である。実施の形態に係る飛しょう体誘導システム１５０は、図１に示すように、センサ装置２０、射撃管制装置３０、発射装置４０及び飛しょう体８０を含む概念である。飛しょう体誘導システム１５０は、センサ装置２０が目標１０を探知及び追尾して、発射装置４０から発射された飛しょう体８０を、射撃管制装置３０が目標１０に指向させるシステムである。

図２は、実施の形態に係る飛しょう体誘導装置を含む飛しょう体誘導システムの機能概念図である。図２に示すように、センサ装置２０と、追尾フィルタ６０及び要撃誘導計算部７０を備えた射撃管制装置３０とによって飛しょう体誘導装置１００が構成される。

なお、飛しょう体誘導システム１５０の構成において、センサ装置２０と射撃管制装置３０とは、１つの装置であってもよい。代替的に、あるいは、付加的に、射撃管制装置３０と発射装置４０とは、１つの装置であってもよい。代替的に、センサ装置２０と射撃管制装置３０と発射装置４０とは、１つの装置であってもよい。

また、飛しょう体８０は、図２に示すように、飛しょう体８０の速度及び進路を制御する誘導制御部８１と、物理的な構造部である飛しょう体弾体８２と、飛しょう体８０に搭載されるセンサである飛しょう体センサ８３と、に区分することができる。

なお、図２では図示を省略しているが、飛しょう体弾体８２は、推進力を発生する推進装置、及び旋回加速度を発生する操舵装置、推力偏向装置又はサイドスラスタを備えている。

また、図２では図示を省略しているが、飛しょう体センサ８３は、位置センサ装置、速度センサ装置、加速度センサ装置、角度センサ装置、及び終末誘導に使用するシーカ装置を備えている。

なお、図２では、飛しょう体センサ８３を飛しょう体８０内に搭載しているが、飛しょう体センサ８３をセンサ装置２０に搭載してもよい。飛しょう体センサ８３をセンサ装置２０に搭載する場合には、一部のセンサ装置の省略が可能である。

また、追尾フィルタ６０及び要撃誘導計算部７０は、図２のように射撃管制装置３０に搭載されることが一般的であるが、追尾フィルタ６０及び要撃誘導計算部７０が飛しょう体８０内に搭載されていてもよい。

また、誘導制御部８１及び飛しょう体センサ８３は、図２のように飛しょう体８０内に搭載されることが一般的であるが、誘導制御部８１及び飛しょう体センサ８３が射撃管制装置３０内に搭載されていてもよい。

図３は、実施の形態における発射装置４０、追尾フィルタ６０、要撃誘導計算部７０及び誘導制御部８１の各機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

発射装置４０、追尾フィルタ６０、要撃誘導計算部７０及び誘導制御部８１の各機能を実現する場合には、図３に示すように、各種の演算処理を行うＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ：中央処理装置）２０２と、データ授受を行うための入出力部２０３と、プログラム格納領域及びデータ格納領域を含むＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）２０４と、不揮発性メモリであるＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）２０５とを備えたコンピュータを用いることができる。また、外部の装置との間で有線又は無線で通信を行う場合には、通信用インタフェース２０６が備えられる。

ＣＰＵ２０２は、マイクロプロセッサ、マイコン、プロセッサ、又はＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）といった演算手段であってもよい。

ＲＯＭ２０５には、各種処理のためのプログラム及び各種処理において参照されるデータベースが格納されている。プログラム及びデータベースは、ＲＯＭ２０５以外に、読み取り及び書き込みが可能な記録媒体に記録されたものでもよい。記録媒体は、ハードディスク装置、可搬型記録媒体であるＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤディスク、ＵＳＢメモリ、又は、半導体メモリであるフラッシュメモリの何れであってもよい。

プログラムは、ＲＡＭ２０４にロードされる。ＣＰＵ２０２は、ＲＡＭ２０４内のプログラム格納領域にてプログラムを展開し、入出力部２０３及び通信用インタフェース２０６を介して必要な情報の授受を行うことにより、各種処理を実行する。ＲＡＭ２０４内のデータ格納領域は、各種処理の実行における作業領域とされる。後述する各部の処理機能は、ＣＰＵ２０２を使用して実現される。

なお、図３では、発射装置４０、追尾フィルタ６０、要撃誘導計算部７０及び誘導制御部８１の各機能を個別のコンピュータで実現する例を示しているが、同一の装置に搭載される機能部については、同一のコンピュータで構成してもよい。

次に、実施の形態に係る飛しょう体誘導システムを構成する各部の機能について、図２を参照して説明する。

センサ装置２０は、目標１０の位置及び速度を検出する機能を備えている。センサ装置２０は、目標１０を探知及び追尾し、ある時刻における目標１０の観測値を、有線又は無線によって、追尾フィルタ６０に出力する。なお、詳細は後述するが、追尾フィルタ６０は、複数の追尾フィルタを有している。

追尾フィルタ６０は、目標１０の観測値に含まれる目標１０の位置及び速度の情報を基に、目標１０の将来の位置、将来の速度、及び将来の加速度を予測すると共に、後述する目標予測経路算出手法に基づいて目標予測経路を作成する。追尾フィルタ６０は、作成した目標予測経路の情報を要撃誘導計算部７０に出力する。追尾フィルタ６０が作成した目標予測経路の情報をセンサ装置２０が必要とする場合には、センサ装置２０にも出力される。

要撃誘導計算部７０は、飛しょう体センサ８３から出力される飛しょう体８０の位置及び速度の推定値と、追尾フィルタ６０から出力される目標１０の位置及び速度の平滑値とを基に、後述する誘導諸元算出方法により誘導諸元を計算する。要撃誘導計算部７０は、計算した誘導諸元の情報を、発射装置４０及び誘導制御部８１に出力する。なお、要撃誘導計算部７０の計算結果を追尾フィルタ６０が必要とする場合には、追尾フィルタ６０にも出力される。

誘導諸元は、飛しょう体８０を目標１０に会合させるための誘導情報である。誘導諸元には、飛しょう体８０と目標１０との予想会合点、予想会合時間、及び飛しょう体８０が指向する中間点の情報が含まれている。予想会合点、予想会合時間及び中間点の詳細については後述する。

また、要撃誘導計算部７０は、予想会合点及び予想会合時間の更新値を計算し、更新値を基に誘導諸元を更新し、更新した誘導諸元を誘導制御部８１に出力する。

発射装置４０は、誘導制御部８１からの誘導諸元に基づいて、飛しょう体８０を発射する。飛しょう体８０の発射後、飛しょう体センサ８３は、要撃誘導計算部７０及び誘導制御部８１に対して、飛しょう体８０の位置及び速度の推定値を出力する。

飛しょう体８０の発射後、誘導制御部８１は、要撃誘導計算部７０から出力された誘導諸元の予測値又は更新値を基に、飛しょう体８０を飛しょうさせるための旋回指令を計算する。誘導制御部８１は、計算した旋回指令を含む誘導制御情報により、発射装置４０から発射された飛しょう体８０を誘導する。飛しょう体８０は、誘導制御部８１からの旋回指令に基づいて物理的な加速度を発生し、要撃誘導計算部７０から出力された誘導諸元に従って飛しょうする。

飛しょう体８０は、誘導制御部８１からの旋回指令に基づく物理的な加速度を発生させて飛しょうする。

図４は、図２に示した追尾フィルタ６０の説明に供するブロック図である。追尾フィルタ６０は、図４に示すように、第１の追尾フィルタである低感度フィルタ処理部６１、第２の追尾フィルタである高感度フィルタ処理部６２、第３の追尾フィルタである予測フィルタ処理部６３、及び運動判別処理部６４を備えている。

低感度フィルタ処理部６１、高感度フィルタ処理部６２及び予測フィルタ処理部６３は共に、目標１０の観測値を基に追尾処理を実施し、任意の処理時刻における目標１０の位置及び速度の平滑値を演算する。

低感度フィルタ処理部６１は、目標１０の運動に対して相対的に感度の低いフィルタ処理を行い、高感度フィルタ処理部６２及び予測フィルタ処理部６３は、目標１０の運動に対して相対的に感度の高いフィルタ処理を行う。ここで、「感度が低い」とは、目標１０の観測値の変動の影響を受けにくいという特性を指して呼び、「感度が高い」とは、目標１０の観測値の変動の影響を受けやすいという特性を指して呼ぶ。すなわち、低感度フィルタ処理部６１からは、相対的に目標１０の予測値に近い値が出力され、高感度フィルタ処理部６２及び予測フィルタ処理部６３からは、相対的に目標１０の観測値に近い値が出力される。

低感度フィルタ処理部６１、高感度フィルタ処理部６２及び予測フィルタ処理部６３は、現処理時刻よりも１単位前の処理時刻における目標１０の位置及び速度を予測した予測値と、センサ装置２０から出力される目標１０の現在の位置及び速度を観測した観測値とに基づき、目標１０の現処理時刻における位置及び速度の平滑値を演算する。

低感度フィルタ処理部６１の構成において、遅延処理部６１ｂ及び予測処理部６１ｃは、現処理時刻よりも１単位前の処理時刻における目標１０の位置及び速度の予測値を演算し、平滑処理部６１ａは、１単位処理時刻前の予測値と、センサ装置２０から出力される観測値とに基づき、目標１０の平滑値を演算する。

また、高感度フィルタ処理部６２の構成において、遅延処理部６２ｃ、予測処理部６２ｄ及び予測値統合部６２ｅは、現処理時刻よりも１単位前の処理時刻における目標１０の位置及び速度の予測値を演算し、信頼度算出部６２ａ及び平滑処理部６２ｂは、１単位処理時刻前の予測値と、センサ装置２０から出力される観測値とに基づき、目標１０の平滑値を演算する。図示のように、予測処理部６２ｄには、旋回運動のモデル毎に予測処理１〜Ｎ（Ｎは２以上の自然数）からなるＮ個のフィルタが設けられている。予測処理部６２ｄは、Ｎ個のフィルタからの予測値を信頼度算出部６２ａと予測値統合部６２ｅとに出力する。予測値統合部６２ｅは、予測処理１〜Ｎの出力を基に予測した統合予測値を演算し、演算した統合予測値を平滑処理部６２ｂに出力する。信頼度算出部６２ａは、予測処理１〜Ｎの出力と目標１０の観測値とを基に、モデル毎の信頼度を算出して平滑処理部６２ｂに出力する。平滑処理部６２ｂは、信頼度算出部６２ａが出力するモデル毎の信頼度と予測値統合部６２ｅが出力する統合予測値を基に、平滑処理を行った処理結果である平滑値を出力する。

また、予測フィルタ処理部６３の構成において、高感度フィルタ部６３ｃ及び予測値統合部６３ｄは、現処理時刻よりも１単位前の処理時刻における目標１０の位置及び速度の予測値を演算し、信頼度算出部６３ａ及び平滑値統合部６３ｂは、１単位処理時刻前の予測値と、センサ装置２０から出力される観測値とに基づき、目標１０の平滑値を演算する。図示のように、高感度フィルタ部６３ｃには、周期的又は非定常的な加速度運動のモデル毎に高感度フィルタ１〜Ｍ（Ｍは２以上の自然数）からなるＭ個のフィルタが設けられている。高感度フィルタ部６３ｃは、Ｍ個のフィルタからの予測値を信頼度算出部６３ａと予測値統合部６３ｄとに出力する。予測値統合部６３ｄは、予測処理１〜Ｍの出力を基に予測した統合予測値を演算し、演算した統合予測値を高感度フィルタ部６３ｃにおける対応するフィルタに戻す。高感度フィルタ部６３ｃの各フィルタは、統合予測値を基にフィルタ処理を行ってモデル毎の平滑値を演算し、演算した平滑値を平滑値統合部６３ｂに出力する。信頼度算出部６３ａは、高感度フィルタ１〜Ｍの出力と目標１０の観測値とを基に、モデル毎の信頼度を算出して平滑値統合部６３ｂに出力する。平滑値統合部６３ｂは、信頼度算出部６３ａが出力するモデル毎の信頼度と高感度フィルタ部６３ｃが出力するモデル毎の平滑値を基に、平滑値の統合処理を行った処理結果である平滑値を出力する。

なお、図４では、予測処理部６２ｄに具備される旋回運動のモデル毎のフィルタの数をＮ個として説明したが、少なくとも１つのフィルタが設けられていればよい。また、図４では、高感度フィルタ部６３ｃに具備される周期的又は非定常的な加速度運動のモデル毎のフィルタの数をＭ個として説明したが、少なくとも１つのフィルタが設けられていればよい。

運動判別処理部６４は、平滑精度及び追尾状況判定部６４ａと、平滑値選択部６４ｂとを備える。平滑精度及び追尾状況判定部６４ａは、目標１０の観測値と、低感度フィルタ処理部６１、高感度フィルタ処理部６２及び予測フィルタ処理部６３からの出力である目標１０の位置及び速度の平滑値のそれぞれとの差分を基に平滑値の精度を判定し、目標１０の運動に対して、低感度フィルタ処理部６１、高感度フィルタ処理部６２及び予測フィルタ処理部６３のうちの何れのフィルタ処理の出力が最も精度のよい追尾を行っているかを判定する。なお、平滑精度及び追尾状況判定部６４ａにおける判定処理では、現処理時刻における観測値と平滑値とを基に追尾精度を判定してもよいし、過去複数回の観測値と過去複数回の平滑値との差分履歴を基に、追尾精度を判定してもよい。平滑値選択部６４ｂは、最も精度のよい追尾を行っているフィルタからの平滑値を選択して要撃誘導計算部７０に出力する。平滑値選択部６４ｂの出力は、時々刻々と変化する目標１０の運動に対応して出力される予測経路情報となる。以下、平滑値選択部６４ｂの出力を適宜「目標予測経路６５」と表記する。

図５は、図２に示した誘導制御部８１の処理の説明に供する図である。図５では、発射装置４０から発射された飛しょう体８０の飛しょう経路３１を実線で示し、波状蛇行的に侵攻する目標１０の目標予測経路６５を破線で示している。飛しょう経路３１は、発射された飛しょう体８０が飛しょうする経路である。飛しょう経路３１は、要撃誘導計算部７０から出力された誘導諸元を基に算出された誘導制御部８１からの旋回指令に基づいて、飛しょう体８０が物理的な加速度を発生した結果である。予想会合点３２は、目標予測経路６５と飛しょう経路３１の交点であり、誘導諸元の一部である。中間点３３は、発射後の一定時間、飛しょう体８０が指向する点である。中間点３３は、必ずしも飛しょう経路３１上にあるとは限らない。中間点３３は、複数設定することも可能である。交差角θ_ｃａｎｇは、センサ装置２０と目標１０を結ぶ方向と目標１０の進行方向とのなす角の補角である。

次に、追尾フィルタ６０の処理の詳細について、図６及び図７を参照して説明する。図６及び図７のそれぞれは、図２及び図４に示した実施の形態における追尾フィルタ６０の処理の説明に供する第１の図及び第２の図である。図６では、飛しょう体８０の発射装置４０を座標原点にとり、ダイブ飛行する目標１０の鉛直面内における３つの目標予測経路を示している。図７では、図６に示した２つの目標予測経路で侵攻する目標に指向する飛しょう体８０に発生する鉛直面内の加速度の時間変化を示している。

図６において、破線で示す目標予測経路６５−１は、目標１０において旋回加速度の発生がないと仮定した場合の目標１０の予測飛行経路である。この場合、図示のように、目標予測経路６５−１は、直線経路となる。

太実線で示す目標予測経路６５−２は、目標１０の機体形状、重量及び容積といったパラメータから推定された旋回加速度を考慮して予測された目標１０の予測飛行経路である。機体パラメータから推定された旋回加速度は、「機体発生可能旋回加速度」と言い換えてもよい。

細実線で示す目標予測経路６５−３は、機体発生可能旋回加速度と、高感度フィルタ処理部６２又は予測フィルタ処理部６３の出力とを基に加速度の割合を算出し、旋回加速度の発生比が一定であると仮定して求めた旋回加速度を使用して予測された目標１０の予測飛行経路である。

なお、図７において、破線は目標１０が目標予測経路６５−３で飛行する場合の目標加速度の平滑値ａ_ｆを表し、実線は目標１０が目標予測経路６５−２で飛行する場合の目標加速度の最大値ａ_ｍａｘを表している。

次に、追尾フィルタ６０における目標予測経路の算出手法に係る幾つかの例について説明する。

（目標予測経路の算出手法：第１の手法）
目標１０が旋回加速度を発生する目標の場合、追尾フィルタ６０を構成する低感度フィルタ処理部６１、高感度フィルタ処理部６２、及び予測フィルタ処理部６３のうちで、高感度フィルタ処理部６２又は予測フィルタ処理部６３が選択される。高感度フィルタ処理部６２又は予測フィルタ処理部６３は、目標１０の位置及び速度の平滑値に加えて、加速度を算出可能なフィルタである。追尾フィルタ６０は、以下の（１）式を用いて、目標予測位置、目標予測速度及び目標予測加速度を算出する。なお、目標予測位置は目標１０の将来の位置の予測値であり、目標予測速度は目標１０の将来の速度の予測値であり、目標予測加速度は目標１０の将来の加速度の予測値である。

ここで、上記（１）式における記号の意味は、以下の通りである。
ｘ_ｔｇｔ：目標予測位置
ｘ^ｔ _ｔｇｔ：時刻ｔにおける目標予測位置
ｖ_ｔｇｔ：目標予測速度
ｖ^ｔ _ｔｇｔ：時刻ｔにおける目標予測速度
ａ_ｔｇｔ：目標予測加速度
ａ_ｆ：目標加速度の平滑値
ａ_ｍａｘ：目標加速度の平滑値ａ_ｆの計算時刻における目標加速度の最大値
ｇ_１，ｇ_２，ｇ_３：重力補正値
ρ：時刻ｔにおける大気密度
Ｓ：基準面積推定値
Ｃ：空力係数推定値
ｍ：質量推定値

ここで、本明細書では、上記（１）式の右辺に現れる計算諸元のうちでは、目標１０の旋回性能を決める係数である。以下、“Ｓ・Ｃ／ｍ”を、適宜「目標諸元」と記載する場合がある。なお、目標１０が弾道ミサイルの場合、目標諸元Ｓ・Ｃ／ｍは、「弾道係数」と呼ばれることがある。

ここで、図６に示したように、目標１０に旋回加速度の発生がないとして求めた場合、目標予測経路６５−１のように、直進予測の飛しょう経路となる。また、目標１０が機体発生可能旋回加速度で旋回したとして求めた場合には、目標予測経路６５−２となる。さらに、目標１０における旋回加速度の発生比が一定として求めた場合には、目標予測経路６５−１となる。なお、図６では、鉛直面内での例を示しているが、水平面内であっても、鉛直面及び水平面の合成面内であっても、上記（１）式による算式は、共通して使用することができる。

（目標予測経路の算出手法：第２の手法）
目標１０が周期的な加速度運動を実施する目標の場合、追尾フィルタ６０を構成する低感度フィルタ処理部６１、高感度フィルタ処理部６２、及び予測フィルタ処理部６３のうちで、低感度フィルタ処理部６１及び予測フィルタ処理部６３が選択される。予測フィルタ処理部６３は、目標１０の位置及び速度の平滑値に加えて、最大加速度及び加速度の変化周期を算出可能なフィルタである。追尾フィルタ６０は、以下の（２）式を用いて、目標１０の予測経路、及び、飛しょう体８０が目標１０に会合する時の会合時位相を推定する。

ここで、上記（２）式における記号の意味は、上記（１）式で説明した以外では、以下の通りである。
θ_ｃａｎｇ：交差角３４
Ｖ_ｏｂｓ：予測フィルタ処理部６３から出力される目標予測速度の平滑値
Ｖ_ｔｒｄ：低感度フィルタ処理部６１から出力される目標予測速度の平滑値
ｔ_{ｃａｎｇ＝０}：交差角θ_ｃａｎｇが０度となる時刻
ｔ_ｎ：現処理時刻
ｔ_ｎ−１：現処理時刻よりも１単位前の処理時刻
Ｔ_ＰＩＰ：予想会合時間
Ｔ_ＩＭＭ：予測加速度周期
Ｐ_ｎ：現処理時刻における位相推定値
Ｐ_ＰＩＰ：Ｐ_ｎから算出した会合時の位相推定値

なお、上記（２）式で算出した会合時の位相推定値Ｐ_ＰＩＰが会合困難な値となる場合には、会合時の位置及び速度の推定結果を目標予測経路に反映することで対応可能である。

また、上記（２）式は、水平面内での例を示しているが、鉛直面内であっても、鉛直及び水平面の合成面内であっても、上記（２）式は、共通して使用することができる。

（目標予測経路の算出手法：第３の手法）
目標１０が既存の地形、若しくは情報として与えられた重要拠点に追従して飛しょうする目標であることが想定される場合、追尾フィルタ６０は、時刻ｔにおける目標１０の予測位置及び予測速度の情報を基に、高度一定で飛行した場合に障害となる地形が存在する領域を飛しょうしない経路を算出する。このような飛しょう経路は、コンピュータに記憶された地形データベースを使用して算出することができる。また、このときの予測経路における最大旋回加速度は、以下の（３）式を用いて算出される。

ここで、上記（３）式における記号の意味は、上記（１）、（２）式で説明した以外では、以下の通りである。
ｇ_４：重力補正値

上記（３）式を用いて予測経路を算出した後、コンピュータに記憶された重要拠点情報データベースが参照され、予測経路から最短時間で到達できる重要拠点が選定され、算出した予測経路と重要拠点とを結ぶ経路が、目標予測経路６５として算出される。

次に、要撃誘導計算部７０における誘導諸元の算出方法について、図８及び図９を参照して説明する。図８及び図９のそれぞれは、実施の形態における中間点の算出方式の説明に供する第１の図及び第２の図である。図８では鉛直面内すなわちＺＸ面内での会合の様子を示し、図９では水平面内すなわちＸＹ面内での会合の様子を示している。なお、以下では、鉛直面若しくは水平面の２次元座標系を用いて説明するが、３次元座標系に拡張して適用できることは言うまでもない。

図８では、発射装置４０の位置を座標系の原点に設定している。発射装置４０は海抜０ｍに置かれているものとし、Ｘ軸を水平方向に沿う軸にとり、Ｚ軸を鉛直方向に沿う軸としている。また、図９では、目標１０の侵攻方向に沿う水平方向の軸をＸ軸とし、水平面内において、Ｘ軸と９０度をなす軸をＹ軸としている。

図８において、目標予測経路６５上に予想会合点３２が設定されている。予想会合点３２は、予想会合時間の経過後における目標予測経路６５上の点である。予想会合時間は、飛しょう体８０の平均速度、又は、事前に算出してコンピュータに保持しておいた図示しない飛しょうデータベースを使用して算出される。予想会合点３２は、予想会合時間を基に算出される。

ここで、図８において、角度αは会合時における飛しょう体８０の速度ベクトル７２と目標１０の速度ベクトル７３とのなす角の補角である。以下、角度αを「会合角」と呼ぶ。また、角度α'は、飛しょう体８０と目標１０とが規定距離Ｒまで接近した時点における飛しょう体８０の速度ベクトル７４と目標１０の速度ベクトル７５とのなす角の補角である。以下、角度α'を「経路角」と呼ぶ。

飛しょう体８０を予想会合点３２に到達させる経路は、上述した飛しょう時間最短航法、存側最大航法及びカウンタパラレル航法を使用して予測した経路を含む、複数の経路が予測される。予測経路の算出においては、要撃誘導計算部７０において最適化シミュレーション、又は運動シミュレーションといったシミュレーション技法を使用して算出してもよいし、他の演算装置によって事前に算出され、データベースに保持された算出結果の情報を検索して使用してもよい。予測経路の算出においては、予想会合点３２と発射点情報を使用するが、これに加えて、重量、推力パターン及び旋回性能といった飛しょう体８０の性能パラメータを使用してもよい。

また、１又は複数の中間点３３を設定して、飛しょう経路３１を算出してもよい。中間点３３の位置の調整により、会合角α及び経路角α'のうちの少なくとも１つが制御される。会合角α及び経路角α'を適正な範囲内に設定することで、中期誘導時のロバスト性を確保することができ、また、終末期の誘導性能を確保することができる。

中間点３３は、飛しょう体８０の飛しょう経路３１を決定する際の拘束条件となる。幾つかの中間点３３を設定することにより、飛しょう経路３１及び予想会合時間を一意に決定することもできる。なお、新たに算出された予想会合時間と、前に算出された予想会合時間との間に、許容範囲以上の差異がある場合には、飛しょう経路３１及び予想会合時間の再計算を行い、新たに計算された予想会合時間を基に、予想会合点３２、予想会合時間及び飛しょう経路３１の再計算を行い、収束判定によって許容範囲内に収まるようにする。

図８の例では、中間点３３の高度Ｚ_ＭＩＰは、予想会合点３２の高度Ｚ_ＰＩＰよりも低く、かつ、発射装置４０の高度よりも高く設定されている。すなわち、中間点３３の高度は、発射装置４０の上空で、予想会合点３２よりも低高度に設定される。但し、低空領域に構造物があり、飛しょう体８０の飛行に制約がある場合には、中間点３３の高度Ｚ_ＭＩＰを当該構造物の高さよりも高く、すなわち構造物よりも上空に設定することで、低空領域での制約を回避することが可能となる。

また、飛しょう体８０における終末誘導を考慮する場合には、終末誘導が開始される規定距離Ｒの情報を使用して、中間点３３の高度Ｚ_ＭＩＰを設定する。具体的には、Ｚ_ＭＩＰ≦Ｚ_ＰＩＰ−Ｒ・ｃｏｓ（α）を満足するように、高度Ｚ_ＭＩＰを設定する。なお、図８の例は、飛しょう体８０における終末誘導を考慮して設定した例である。

また、飛しょう体８０における終末誘導を考慮する場合、距離についても、距離Ｘ_ＰＩＰから規定距離Ｒの水平距離を引いた値よりも発射装置４０側に中間点３３が設定される必要がある。なお、発射装置４０の前方に予想会合点３２がある場合において、発射装置４０の後方に中間点３３の位置が算出されていても問題ない。具体的には、終末誘導が開始される規定距離Ｒを使用して、Ｘ_ＭＩＰ≦Ｘ_ＰＩＰ−Ｒ・ｓｉｎ（α）を満足するように、Ｘ軸方向の距離Ｘ_ＭＩＰを設定する。

上記の条件の下に、目標予測経路６５の情報を使用し、以下の（４）式を用いて、中間点３３の高度Ｚ_ＭＩＰ及び距離Ｘ_ＭＩＰが算出される。

ここで、上記（４）式における記号の意味は、以下の通りである。
Ｚ_ＭＩＰ：中間点高度
Ｚ_ＰＩＰ：予測会合高度
Ｚ_ｍｉｎ：飛しょう体最低高度
ｍ，ｎ：調整係数
Ｘ_ＴＧＴ：Ｚ_ＭＩＰにおける目標予測経路
Ｘ_ｍｉｎ：目標予測経路の最小値
ｓ，ｔ：調整係数

図９において、目標予測経路６５上に予想会合点３２が設定されている。予想会合点３２は、予想会合時間の経過後の目標予測経路６５上の点である。予想会合時間は、飛しょう体８０の平均速度、又は、事前に算出してコンピュータに保持しておいた図示しないデータベースを使用して算出される。予想会合点３２は、予想会合時間を基に算出される。

ここで、図９において、角度βは、上記で定義した会合角である。すなわち、会合時における飛しょう体８０の速度ベクトル７６と目標１０の速度ベクトル７７とのなす角の補角である。また、角度β'は、上記で定義した経路角である。すなわち、飛しょう体８０と目標１０とが規定距離Ｒまで接近した時点における飛しょう体８０の速度ベクトル７８と目標１０の速度ベクトル７９とのなす角の補角である。

飛しょう体８０を予想会合点３２に到達させる経路は、上述した飛しょう時間最短航法、存側最大航法及びカウンタパラレル航法を使用して予測した経路を含む、複数の経路が想定される。予測経路の算出においては、要撃誘導計算部７０において最適化シミュレーション、又は運動シミュレーションといったシミュレーション技法を使用して算出してもよいし、他の演算装置によって事前に算出され、データベースに保持された算出結果の情報を検索して使用してもよい。予測経路の算出においては、予想会合点３２と発射点情報を使用するが、これに加えて、重量、推力パターン及び旋回性能といった飛しょう体８０の性能パラメータを使用してもよい。

また、１又は複数の中間点３３を設定して、飛しょう経路３１を算出してもよい。中間点３３の位置の調整により、会合角β及び経路角β'のうちの少なくとも１つが制御される。会合角β及び経路角β'を適正な範囲内に設定することで、中期誘導時のロバスト性を確保することができ、また、終末期の誘導性能を確保することができる。

図９において、中間点３３のＹ軸距離Ｙ_ＭＩＰは、目標予測経路６５を基に、以下の（５）式により算出される。中間点３３のＸ軸距離Ｘ_ＭＩＰについては、鉛直面での設定値、若しくは任意の固定値を使用する。

ここで、上記（５）式における記号の意味は、以下の通りである。
Ｙ_ＴＧＴ：Ｘ_ＭＩＰにおける目標予測経路
Ｙ_ｍｉｎ：目標予測経路の最小値
ｊ，ｋ：調整係数

上述の処理を適用した飛しょう体誘導システム及び飛しょう体誘導装置により、飛しょう体は目標予測経路を基に算出された予想会合点及び中間点に向かって飛しょうする。これにより、発射時の予測位置及び予測速度に基づいた従来の手法と比較して、目標の行動に対してより適切な飛しょう経路を設定できる。これにより、要撃誘導計算の改良が図られるので、高機動旋回目標、波状蛇行目標及び高機動ダイブ目標といった高機動目標への対処能力を向上させることができる。また、要撃誘導計算の改良が図られるので、飛しょう体が大型化するのを抑制することができる。

また、上述の処理を適用した飛しょう体誘導システム及び飛しょう体誘導装置によれば、目標予測経路を基に、予想会合点及び中間点を設定するので、要撃誘導計算の精度を高めることができる。これにより高高度における飛しょう体の空力旋回性能の低下を補うことができ、飛しょう体に備えるべき推力偏向装置又はサイドスラスタの規模を小さくすることが可能となる。

なお、会合条件の１つとして、鉛直面内における会合角の範囲を、会合時の高度及び会合時の飛しょう体速度に基づいて適切に設定すれば、終末誘導時における所要旋回加速度を低減することができる。これにより、飛しょう体に備えるべき推力偏向装置又はサイドスラスタの規模の更なる小型化を図ることができる。

また、会合条件の他の１つとして、水平面内における会合角の範囲を飛しょう体速度に基づいて適切に設定すれば、中間点への誘導中の減速をより小さくすることができ、飛しょう体に備えるべき推進装置の規模の更なる小型化を図ることができる。

以上説明したように、予測した目標予測位置、目標予測速度及び目標予測加速度の情報を基に、目標予測経路を作成し、作成した目標予測経路の情報を基に、飛しょう体と目標との予想会合点及び予想会合時間の更新値を計算し、計算した更新値を基に誘導諸元を更新することとしたので、飛しょう体が大型化するのを抑制しつつ、高機動目標への充分な対応が可能となる。

また、実施の形態に係る飛しょう体誘導装置の機能をコンピュータ又はプロセッサにて実現させるプログラムは、ＣＰＵがＲＡＭをワーキングメモリとして使用しながら上述の処理を行うことで、高速で降下飛行する目標に関する予測経路の精度を向上させることができ、飛しょう体を誘導する際の誘導誤差を低減することができる。これにより、高速で降下飛行する目標であっても、飛しょう体に対する誘導誤差の悪化を抑制することができる飛しょう体誘導装置の機能をコンピュータ又はプロセッサにて実現することができる。

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１０目標、２０センサ装置、３０射撃管制装置、３１飛しょう経路、３２予想会合点、３３中間点、３４交差角、４０発射装置、６０追尾フィルタ、６１低感度フィルタ処理部、６１ａ，６２ｂ平滑処理部、６１ｂ，６２ｃ遅延処理部、６１ｃ，６２ｄ予測処理部、６２高感度フィルタ処理部、６２ａ，６３ａ信頼度算出部、６２ｅ，６３ｄ予測値統合部、６３予測フィルタ処理部、６３ｂ平滑値統合部、６３ｃ高感度フィルタ部、６４運動判別処理部、６４ａ追尾状況判定部、６４ｂ平滑値選択部、６５目標予測経路、７０要撃誘導計算部、７２，７３，７４，７５，７６，７７，７８，７９速度ベクトル、８０飛しょう体、８１誘導制御部、８２飛しょう体弾体、８３飛しょう体センサ、１００飛しょう体誘導装置、１５０飛しょう体誘導システム、２０２ＣＰＵ、２０３入出力部、２０４ＲＡＭ、２０５ＲＯＭ、２０６通信用インタフェース。

Claims

飛行経路を予測した目標に対して飛しょう体を誘導する飛しょう体誘導装置であって、
前記目標の位置及び速度を検出するセンサ装置と、
前記目標の位置及び速度の情報を基に、前記目標の将来の位置、将来の速度及び将来の加速度のそれぞれを予測すると共に、予測した目標予測位置、目標予測速度及び目標予測加速度の情報を基に、目標予測経路を作成する追尾フィルタと、
前記追尾フィルタが作成した前記目標予測経路の情報を基に、前記飛しょう体と前記目標との予想会合点及び予想会合時間の更新値を計算し、前記更新値を基に誘導諸元を更新する要撃誘導計算部と、
を備えたことを特徴とする飛しょう体誘導装置。
前記要撃誘導計算部は、１又は複数の中間点を設定すると共に、前記中間点の位置の調整により、会合時における前記飛しょう体と前記目標との間の会合角を制御することを特徴とする請求項１に記載の飛しょう体誘導装置。
前記要撃誘導計算部は、１又は複数の中間点を設定すると共に、前記中間点の位置の調整により、前記飛しょう体と前記目標とが規定距離まで接近した時点における前記飛しょう体と前記目標との間の経路角を制御することを特徴とする請求項１に記載の飛しょう体誘導装置。
前記要撃誘導計算部は、新たに算出した予想会合時間と、前に算出した予想会合時間との間に許容範囲以上の差異がある場合には、前記予想会合点及び前記予想会合時間の再計算を行うことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の飛しょう体誘導装置。
請求項１から請求項４の何れか１項に記載された飛しょう体誘導装置の機能をコンピュータにて実現させるプログラム。