JP2022539926A - Integrated guidance and control system with high load capacity - Google Patents
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Abstract
【課題】【解決手段】本発明は、耐高荷重の一体化した誘導制御システムを提供し、該システムにおいて、航法システム、誘導システム、及び制御システムを一体的に設計し、いずれもデータをマイクロプロセッサモジュールに送信して処理し、サブシステム間の信号伝達の時間遅延により飛翔体制御が影響されるのを避け、その中、特にシート状を呈する耐高荷重アンテナを設計しており、従来のテーパー状アンテナ及び改良後のリング状アンテナと比較して、該シート状アンテナは、より強い衛星信号受信能力を持つのみならず、さらに耐高荷重の特性を有し、高動的、高荷重の場合でも安定的に動作可能である。なお、航法モジュール及び誘導モジュールで取得した目視線角速度がいずれも十分に的確ではなく、誤差が存在するため、マイクロプロセッサモジュールにおいて姿勢推定演算後の目視線角速度を用いて航法計算を行い、命中精度をさらに向上させることができる。Kind Code: A1 The present invention provides a high load-bearing integrated guidance and control system, in which a navigation system, a guidance system and a control system are integrally designed, all of which are micro-data. It is sent to the processor module for processing, avoiding the influence of the time delay of signal transmission between subsystems on the control of the flying object. Compared with the tapered antenna and the improved ring antenna, the sheet antenna not only has stronger satellite signal reception ability, but also has the characteristics of high load capacity, high dynamic and high load capacity. It can operate stably even when In addition, since the line-of-sight angular velocities acquired by the navigation module and the guidance module are not sufficiently accurate and there are errors, navigation calculations are performed using the line-of-sight angular velocities after attitude estimation calculations in the microprocessor module. can be further improved.
Description
本発明は、飛翔体の誘導制御システムに関し、具体的に耐高荷重の一体化した誘導制御システムに関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a guidance and control system for a flying object, and more particularly to a high-load integrated guidance and control system.
誘導制御システムは、高動的飛翔体の掛け替えのない中核組成部分の1つであり、高動的飛翔体の性能を決める肝心なものであり、従来の誘導制御システムは、通常、空間定位ジャイロ、フラットレーザシーカー、空気圧操舵装置等で構成されるが、上記コンポーネントは、設計した高動的飛翔体が高荷重のシステムへの破壊的影響に耐えられないのを本質的に決定し、多くのコンポーネントが高動的の場合に理論的な動作性能を持たなくなり、しかも、従来の誘導制御システムは、具体的な型式に応じて航法システム、誘導システム、及び制御システムを個別に設計する必要がよくあり、このようにして大量の時間及び精力をかかる必要があるのみならず、サブシステム間が協調せず、マッチングしない問題も存在する。特に、高荷重の作用により、このような従来の設計方案は、航法システム、誘導システム及び制御システムの間の指令伝達の遅延をよりひどくし、深刻な結果を引き起こす。従って、高荷重に耐えられる汎用の一体化航法誘導制御システムを設計し、高荷重、大機動の飛行条件で一体的に集積して正常に動作可能にすることは、高動的飛翔体の性能の向上に対して重大な意味を有する。 Guidance and control systems are one of the irreplaceable core components of high-dynamic missiles, and are the key to determining the performance of high-dynamic missiles. , a flat laser seeker, a pneumatic steering system, etc., but these components essentially determine that the highly dynamic projectiles they design cannot withstand the destructive effects of high loads on the system, and many When the components are highly dynamic, they do not have theoretical operating performance, and the conventional guidance and control system often needs to design the navigation system, guidance system, and control system separately according to the specific model. Not only does this require a large amount of time and effort, but there is also the problem of non-coordination and non-matching between subsystems. In particular, under the action of high loads, such conventional design schemes make the command transmission delays between the navigation system, the guidance system and the control system worse, causing serious consequences. Therefore, the design of a general-purpose integrated navigation guidance and control system that can withstand high loads, and the integration of integrated navigation and control systems that enable normal operation under high-load, high-mobility flight conditions is essential to the performance of highly dynamic flying objects. have significant implications for the improvement of
上記の原因により、本発明者は、従来の誘導制御システムを鋭意に研究し、上記課題を解決することができる新規な誘導制御システムの設計を望んでいる。 Due to the above reasons, the inventor of the present invention has diligently studied conventional guidance and control systems, and hopes to design a novel guidance and control system that can solve the above problems.
上記の問題を解決するために、本発明者は鋭意に研究し、耐高荷重の一体化した誘導制御システムを設計し、該システムにおいて、航法システム、誘導システム、及び制御システムを一体的に設計しており、いずれもデータをマイクロプロセッサモジュールに送信して処理し、サブシステム間の信号伝達の時間遅延により飛翔体制御が影響されるのを避け、その中、特に、シート状を呈する耐高荷重アンテナを設計しており、従来のテーパー状アンテナ及び改良後のリング状アンテナと比較して、該シート状アンテナは、より強い衛星信号受信能力を持つのみならず、さらに耐高荷重の特性を有し、高動的、高荷重の場合でも安定的に動作可能である。なお、航法モジュール及び誘導モジュールにより取得した目視線角速度は、いずれも十分に的確ではなく、誤差が存在するため、マイクロプロセッサモジュールにおいて姿勢推定演算後の目視線角速度を使用して航法計算を行い、命中精度をさらに向上させることができ、本発明を成し遂げた。 In order to solve the above problems, the present inventors have intensively researched and designed a high-load-bearing integrated guidance and control system, in which the navigation system, guidance system and control system are designed in an integrated manner. Both of them send data to the microprocessor module for processing, so as to avoid affecting the control of the projectile due to the time delay of signal transmission between subsystems. Designed with a load-bearing antenna, compared with the conventional tapered antenna and the improved ring-shaped antenna, the sheet-shaped antenna not only has stronger satellite signal reception ability, but also has the characteristics of high load-bearing capacity. It can operate stably even in the case of high dynamics and high load. Since the line-of-sight angular velocities acquired by the navigation module and the guidance module are not sufficiently accurate and contain errors, navigation calculations are performed using the line-of-sight angular velocities after attitude estimation calculations in the microprocessor module, It was possible to further improve the accuracy of the hit, and the present invention was accomplished.
具体的に、本発明の目的は、高荷重の場合でも飛翔体の姿勢を精確に制御することができる耐高荷重の一体化した誘導制御システムを提供することにある。 Specifically, it is an object of the present invention to provide a high-load integrated guidance and control system capable of accurately controlling the attitude of a flying object even under heavy loads.
その中、該システムは、飛翔体の姿勢を精確に制御するために必要荷重を提供し、転舵指令を生成するための一体化したマイクロプロセッサモジュール1を含む。 Therein, the system includes an integrated microprocessor module 1 for providing the necessary loads and generating steering commands to precisely control the attitude of the projectile.
その中、該システムは、さらに、飛翔体の位置及び速度情報をリアルタイムで取得するための航法モジュール2と、飛翔体のロール角、回転速度及び目視線角情報をリアルタイムで取得するための誘導モジュール3と、転舵指令を実行し、転舵状態をマイクロプロセッサモジュール1にリアルタイムでフィードバックし、転舵指令に対してフィードバック補償を行い、操舵精度を向上させるための制御モジュール4と、を含む。 Wherein, the system further includes a navigation module 2 for real-time acquisition of the position and velocity information of the projectile, and a guidance module for real-time acquisition of the roll angle, rotation speed and line-of-sight information of the projectile. 3, and a control module 4 for executing the steering command, feeding back the steering state to the microprocessor module 1 in real time, performing feedback compensation for the steering command, and improving the steering accuracy.
その中、前記航法モジュール2は、耐高荷重アンテナ21、干渉防止サブモジュール22及び衛星誘導サブモジュール23を含み、
前記耐高荷重アンテナ21の形状がシート状であり、高荷重時に衛星信号を受信するためであり、前記干渉防止サブモジュール22が前記耐高荷重アンテナ21に接続されており、前記衛星信号をフィルタリング処理するためであり、前記衛星誘導サブモジュール23は、フィルタリング処理した衛星信号を受信して該信号に基づいて飛翔体の位置及び速度情報をリアルタイムで推定演算する。
wherein the navigation module 2 includes a high-
The shape of the high load-bearing
その中、耐高荷重アンテナ21が飛翔体の外壁に設置されており、好ましくは、前記飛翔体の外壁には、凹状収容槽5が設置されており、前記耐高荷重アンテナ21が前記収容槽5内に取り付けられており、かつ耐高荷重アンテナ21の外部に保護バッフル51が設置されている。
Among them, the high-load-
その中、前記耐高荷重アンテナ21が複数枚設置され、飛翔体の周囲に均一に分布されており、好ましくは、前記耐高荷重アンテナ21が4枚設置されている。
Among them, a plurality of high-load-
その中、前記誘導モジュール3は、地磁気センサ31とストラップダウンレーザシーカー32とを含み、前記地磁気センサ31は、飛翔体のロール角及び回転速度をリアルタイムでセンシングするためであり、ストラップダウンレーザシーカー32は、飛翔体の目視線角をリアルタイムでセンシングするためである。
Wherein, the guidance module 3 includes a
その中、前記制御モジュール4は、操舵装置サーボサブモジュール41と電動操舵装置42とを含み、前記操舵装置サーボサブモジュール41は転舵指令を受信し、それを操舵装置信号に変換し、電動操舵装置42の操舵動作を制御するためであり、前記操舵装置サーボサブモジュール41はさらに電動操舵装置の転舵状態をセンシングするためである。
Wherein, the control module 4 includes a steering
その中、前記マイクロプロセッサモジュール1において、航法モジュール2から取得した飛翔体の位置及び速度情報に基づいて第1の目視線角速度 Among them, in the microprocessor module 1, based on the position and velocity information of the flying object obtained from the navigation module 2, the first visual angular velocity
を取得し、さらに誘導モジュール3から取得した飛翔体の目視線角に基づいて第2の目視線角速度 and a second visual line-of-sight angular velocity
を取得し、前記 and get the above
及び as well as
を推定演算処理して得られた最終目視線角速度 The final line-of-sight angular velocity obtained by estimating and processing
を飛翔体の目視線角速度とする。 is the visual line-of-sight angular velocity of the projectile.
本発明は下記の有益な効果を含む。 The invention includes the following beneficial effects.
(1)本発明の誘導制御システムにおいて、従来の空間定位ジャイロの代わりに地磁気センサを用い、フラットシーカーの代わりにストラップダウンレーザシーカーを用い、空気圧操舵装置の代わりに電動操舵装置を用いることにより、該システムは、良好な耐高荷重を有することとなり、高荷重、大機動の飛翔体において使用可能であり、的確な誘導データ情報を提供できるとともに、毀傷リスクを低下させることもできる。 (1) In the guidance control system of the present invention, by using a geomagnetic sensor instead of a conventional spatial orientation gyro, a strap-down laser seeker instead of a flat seeker, and an electric steering device instead of a pneumatic steering device, The system has a good high load resistance, can be used in high-load, high-maneuvering flying objects, can provide accurate guidance data information, and can also reduce the risk of injury.
(2)本発明の誘導制御システムにおいて、航法システム、誘導システム、及び制御システムを一体的に設計することにより、サブシステム間の信号伝達の時間遅延によって飛翔体制御が影響されるのを避けた。 (2) In the guidance control system of the present invention, by integrally designing the navigation system, the guidance system, and the control system, it is possible to avoid the influence of the time delay of signal transmission between subsystems on the control of the flying object. .
(3)本発明の誘導制御システムにおいて、フラットシーカーの代わりにストラップダウンレーザシーカーを用い、航法システム、誘導システム、及び制御システムを一体的に設計することにより、飛翔体の積載空間を節約し、飛翔体の耐荷重能力を向上させた。 (3) In the guidance and control system of the present invention, a strap-down laser seeker is used instead of the flat seeker, and the navigation system, the guidance system, and the control system are integrally designed to save the loading space of the flying object; Improved the load-bearing capacity of the projectile.
(4)本発明の誘導制御システムは、広域適応性を有し、各種の型式の飛翔体に適用可能であり、汎用の誘導制御システム方案である。 (4) The guidance and control system of the present invention has wide adaptability, is applicable to various types of flying objects, and is a general-purpose guidance and control system.
以下、図面及び実施例によって本発明をさらに詳しく説明する。これらの説明により、本発明の特徴及び利点がより明瞭かつ明確になる。 The present invention will be described in more detail below with reference to drawings and examples. With these descriptions, the features and advantages of the invention will become clearer and clearer.
ここで専用する「例示的」という用語の意味は、「例、実施例又は説明的に用いる」ことである。ここで「例示的」に説明するあらゆる実施例は、その他の実施例より好ましいと解釈される必要はない。図面において実施例の各種の態様を示しているが、特に指摘がない限り、図面を縮尺して描く必要はない。 The term "exemplary" as used herein exclusively means "used as an example, example, or illustration." Any embodiment described herein as "exemplary" should not be construed as preferred over other embodiments. Although the drawings illustrate various aspects of the embodiments, the drawings are not necessarily drawn to scale unless otherwise indicated.
本発明が提供する耐高荷重の一体化した誘導制御システムは、図1に示すように、該システムは、高荷重の場合でも飛翔体の姿勢を精確に制御することができる。 The high-load-bearing integrated guidance and control system provided by the present invention, as shown in FIG. 1, can accurately control the attitude of a projectile even under heavy loads.
本発明に記載の高荷重とは、飛翔体に作用する気動力及びエンジン推力の合力と飛翔体の重力との比の値が10000以上であることを指す。高動的とは、飛翔体が大機動飛行を行うことができ、大きい法線加速度(一般的には、法線加速度が10g以上の飛行状況を大機動飛行と称し、gは重力加速度である)。一般的に、高荷重/高動的の場合に、飛翔体自体のセンサ装置、例えば空間ジャイロ、慣性ジャイロ、フラットレーザシーカー等がその測定基準を失い、精確な測定結果が得られないこととなる。 The high load referred to in the present invention means that the ratio of the resultant force of the aerodynamic force and engine thrust acting on the flying object to the gravity of the flying object is 10,000 or more. High dynamics means that the flying object can perform high-maneuver flight, and a large normal acceleration (generally, a flight situation with a normal acceleration of 10 g or more is called high-maneuver flight, where g is the gravitational acceleration. ). In general, in the case of high load/high dynamics, the sensor device of the flying object itself, such as space gyro, inertial gyro, flat laser seeker, etc., loses its measurement standard, and accurate measurement results cannot be obtained. .
1つの好適な実施形態において、該システムは、飛翔体の姿勢を精確に制御するために必要荷重を提供し、転舵指令を生成するための一体化したマイクロプロセッサモジュール1を含む。前記一体化とは、該誘導制御システムにおける航法モジュール、誘導モジュール及び制御モジュールの計算部分が一体的に集積され、センシングにより基礎データを取得した後にいずれも該マイクロプロセッサモジュール中に送信し、マイクロプロセッサモジュールで統一的に処理することにより、航法システム、誘導システム及び制御システム間の指令伝達の遅延が発生する問題を避け、各信号が互いに干渉して引き起こしたシステムノイズを低下させることもできる。 In one preferred embodiment, the system includes an integrated microprocessor module 1 for providing the necessary loads and generating steering commands to precisely control the attitude of the projectile. The integration means that the calculation parts of the navigation module, the guidance module and the control module in the guidance and control system are integrally integrated, and after acquiring basic data by sensing, all of them are transmitted to the microprocessor module, and the microprocessor The unified processing by the module avoids the problem of command transmission delay between the navigation system, the guidance system and the control system, and also reduces the system noise caused by the interference of each signal.
好ましくは、図1に示すように、該システムは、さらに、航法モジュール2、誘導モジュール3及び制御モジュール4を含み、その中、航法モジュール2は、飛翔体の位置及び速度情報をリアルタイムで取得するためであり、誘導モジュール3は、飛翔体のロール角、回転速度及び目視線角情報をリアルタイムで取得するためであり、制御モジュール4は、転舵指令を実行し、転舵状態をマイクロプロセッサモジュール1にリアルタイムでフィードバックし、転舵指令に対してフィードバック補償を行い、操舵精度を向上させるためである。いわゆるフィードバック補償は、リアルタイム転舵状態を制御モジュール4の入力量とすることにより、閉ループシステムを構成することである。フィードバック補償により、転舵指令の精度を向上させることができる。本発明におけるフィードバック補償については、本分野で知られているフィードバック補償を用いることができ、特に限定しない。 Preferably, as shown in FIG. 1, the system further includes a navigation module 2, a guidance module 3 and a control module 4, in which the navigation module 2 acquires the position and velocity information of the projectile in real time. The guidance module 3 is for real-time acquisition of information on the roll angle, rotation speed and line of sight angle of the projectile. 1 in real time, feedback compensation is performed for the steering command, and the steering accuracy is improved. The so-called feedback compensation is to construct a closed loop system by using the real-time steering state as the input quantity of the control module 4 . Feedback compensation can improve the accuracy of the steering command. Feedback compensation in the present invention can use feedback compensation known in the art, and is not particularly limited.
更に好適な実施形態において、図1、図2に示すように、前記航法モジュール2は、耐高荷重アンテナ21、干渉防止サブモジュール22及び衛星誘導サブモジュール23を含み、前記耐高荷重アンテナ21の形状がシート状であり、高荷重時に衛星信号を受信するためであり、前記干渉防止サブモジュール22が前記耐高荷重アンテナ21に接続されており、前記衛星信号をフィルタリング処理するためであり、前記衛星誘導サブモジュール23は、フィルタリング処理した衛星信号を受信して該信号に基づいて飛翔体の位置及び速度情報をリアルタイムで推定演算するためである。
In a further preferred embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the navigation module 2 includes a high load-bearing
その中、耐高荷重アンテナ21が飛翔体の外壁に設置されており、好ましくは、図2に示すように、前記飛翔体の外壁には凹状収容槽5が設置されており、前記耐高荷重アンテナ21が前記収容槽5内に取り付けられており、前記収容槽5の深さ寸法が前記アンテナの厚さ寸法より大きく、かつ耐高荷重アンテナ21の外部には保護バッフル51が設置されている。
Among them, a high-load-
耐高荷重アンテナ21が収容槽5の底部に固定されており、好ましくは、前記収容槽がちょうど耐高荷重アンテナ21を収容でき、収容槽の側壁が耐高荷重アンテナ21のために横方向リミットを提供して、耐高荷重アンテナ21の摺動を防止することができ、前記保護バッフル51が収容槽の頂部に固定されており、それ自体が完全に収容槽の内部に収容され、飛翔体の外面をほぼ平滑にすることができ、前記保護バッフルの外部形状が飛翔体の外部輪郭に一致し、円弧状であってもよいし、フラット状であってもよく、前記保護バッフルの内側が耐高荷重アンテナ21に当接しており、耐高荷重アンテナ21を固定し、加速過程において耐高荷重アンテナ21が移動及び破壊しないよう確保するためである。
A high load-bearing
前記保護バッフル51は、飛翔体の加速段階でその内側の耐高荷重アンテナ21を保護し、耐高荷重アンテナ21が加速過程において損なわれるのを防止するためであり、前記飛翔体が誘導段階に入った場合、前記保護バッフル51は飛翔体から脱離し、耐高荷重アンテナ21を外部に露出させ、さらに耐高荷重アンテナ21の衛星信号の受信を便利となり、衛星信号が保護バッフル51によりシールド/干渉されるのを避ける。好ましくは、耐高荷重アンテナ21が飛翔体上の操舵装置に類似して、いずれも誘導段階でのみ動作を開始するので、前記保護バッフル51と飛翔体の操舵装置外部のバッフルとを同期的に制御して、同期的に脱離させることができる。
The
前記耐高荷重アンテナ21の形状がシート状であり、即ち、前記耐高荷重アンテナ21がシート状アンテナ又は薄板状アンテナであり、該アンテナは、矩形のフラット状であってもよいし、弧度を持つ円弧板状であってもよく、飛翔体の外部輪郭に応じて設置することができ、本願では、好ましくは弧度を持つ円弧板状であり、飛翔体の外部輪郭に一致し、かつ飛翔体がローリングする過程において、弧度を持つ円弧板状アンテナは、衛星信号を受信する時間がより長く、信号強度がより良い。
The shape of the high-load-
好ましくは、前記耐高荷重アンテナ21が複数枚設置され、飛翔体の周囲に均一に分布されており、好ましくは、前記耐高荷重アンテナ21が4枚に設置されており、本願において、好ましくは、該耐高荷重アンテナ21が飛翔体のローリングする周方向に沿って配置され、飛翔体の高速ローリング時の衛星信号受信能力が弱くならないよう保証する。
Preferably, a plurality of high-load-
本願におけるシート状の耐高荷重アンテナ21は、従来のテーパー状アンテナ又はリング状アンテナと比較して、シート状アンテナが占める空間面積が小さいため、外部ノイズ又は干渉に影響されにくく、かつシート状のアンテナの集積度がより高く、その衛星信号受信能力がより強い。
The sheet-shaped high-load-
好ましくは、前記シート状の耐高荷重アンテナ21は、従来のリング状アンテナ又はテーパー状アンテナと同じ材料を用いて製造することができ、該耐高荷重アンテナ21は、安定性及び物理強度を保証する前提で、コスト低減のために厚さをなるべく低減することができる。
Preferably, the sheet-like high-load-
好ましくは、前記耐高荷重アンテナ21の長さ寸法は、好ましくは120~200mmであり、前記耐高荷重アンテナ21の幅寸法は、好ましくは50~70mmであり、その厚さが4~8mmである。
Preferably, the length dimension of the high-load-
好ましくは、衛星誘導サブモジュール23は、GPS受信装置、北斗受信装置及びGLONASS受信装置を含み、上記複数の受信装置を設置することで衛星情報の取得精度及び受信能力を向上させることができる。 Preferably, the satellite guidance sub-module 23 includes a GPS receiver, a BeiDou receiver and a GLONASS receiver, and multiple receivers are installed to improve the accuracy and reception capability of satellite information.
1つの好適な実施形態において、図1に示すように、前記誘導モジュール3は、地磁気センサ31及びストラップダウンレーザシーカー32を含む。
In one preferred embodiment, the guidance module 3 includes a
前記地磁気センサ31は、飛翔体のロール角及び回転速度をリアルタイムでセンシングするためであり、センシングした情報をマイクロプロセッサモジュール1に送信するためであり、従来の空間定位ジャイロと比較して、地磁気センサは、フレーム角の制約を受けないので、高荷重の条件で正常に動作することができる。本発明に記載のセンシングは、測定又は感応と理解することができ、飛翔体の動的情報を取得するためである。
The
本発明に記載の地磁気センサ31は本分野でよく用いられる地磁気センサであり、特に限定せず、上記機能を満足できるものであればよい。
The
本発明に記載のストラップダウンレーザシーカー32は、本分野でよく用いられるストラップダウンレーザシーカーであり、特に限定せず、上記機能を満足できるものであればよい。
The
ストラップダウンレーザシーカー32は、飛翔体の目視線角をリアルタイムでセンシングし、測定情報をマイクロプロセッサモジュールに送信するためであり、従来のフラットシーカーと比較して、ストラップダウンシーカーはフラットに取り付ける必要がなく、飛翔体に直接に固定し接続することができ、機体の積載空間を節約するのみならず、高荷重条件での動作性能も良好であり、さらに航法誘導制御システムの一体化の実現に有利である。
The
1つの好適な実施形態において、図1に示すように、前記制御モジュール4は操舵装置サーボサブモジュール41及び電動操舵装置42を含む。
In one preferred embodiment, the control module 4 includes a steering
前記操舵装置サーボサブモジュール41は転舵指令を受信し、それを操舵装置信号に変換し、電動操舵装置42の操舵動作を制御するためであり、電動操舵装置42は、好ましくは比例式電動操舵装置であり、従来の空気圧操舵装置と比較して、より良い耐高荷重能力を有し、特に大機動の条件で、飛翔体の姿勢の精確制御を実現することができる。
Said steering
前記操舵装置サーボサブモジュール41は、さらに電動操舵装置の転舵状態をセンシングするためである。
The steering
1つの好適な実施形態において、前記マイクロプロセッサモジュール1において、航法モジュール2から取得した飛翔体の位置及び速度情報に基づいて第1の目視線角速度 In one preferred embodiment, the microprocessor module 1 calculates a first visual angular velocity based on the position and velocity information of the projectile obtained from the navigation module 2.
を取得する。 to get
さらに誘導モジュール3から取得した飛翔体の目視線角に基づいて第2の目視線角速度 Further, based on the visual line-of-sight angle of the flying object acquired from the guidance module 3, a second visual line-of-sight angular velocity
を取得する。 to get
前記 Said
及び as well as
を推定演算処理した後に得られた最終目視線角速度 The final line of sight angular velocity obtained after estimating and processing
を飛翔体の目視線角速度とする。 is the visual line-of-sight angular velocity of the projectile.
具体的に、 specifically,
は、下記の式(一)で得られる。 is obtained by the following formula (1).
(一)
式中、
(one)
During the ceremony,
、 ,
、 ,
、 ,
は目標が地上座標系において is the target in the ground coordinate system
軸方向に沿う位置を表す。 Represents a position along an axis.
は目標が地上座標系において is the target in the ground coordinate system
軸方向に沿う位置を表す。 Represents a position along an axis.
は飛翔体が地上座標系において is a projectile in the ground coordinate system
軸方向に沿う位置を表す。 Represents a position along an axis.
は飛翔体が地上座標系において is a projectile in the ground coordinate system
軸に沿う位置を表す。 Represents a position along an axis.
は飛翔体と目標が地上座標系において is the projectile and target in the ground coordinate system
軸方向に沿う相対距離を表す。 Represents relative distance along an axis.
は飛翔体と目標が地上座標系において is the projectile and target in the ground coordinate system
軸方向に沿う相対距離を表す。 Represents relative distance along an axis.
は飛翔体が地上座標系において is a projectile in the ground coordinate system
軸方向に沿う速度を表す。 Represents velocity along the axial direction.
は飛翔体が地上座標系において is a projectile in the ground coordinate system
軸方向に沿う速度を表す。 Represents velocity along the axial direction.
は目標が地上座標系において is the target in the ground coordinate system
軸方向に沿う速度を表す。 Represents velocity along the axial direction.
は目標が地上座標系において is the target in the ground coordinate system
軸方向に沿う速度を表す。 Represents velocity along the axial direction.
は飛翔体と目標が地上座標系において is the projectile and target in the ground coordinate system
軸方向に沿う相対速度を表す。 Represents the relative velocity along the axial direction.
は飛翔体と目標が地上座標系において is the projectile and target in the ground coordinate system
軸方向に沿う相対速度を表す。 Represents the relative velocity along the axial direction.
地上座標系について、通常、座標原点を発射点とし、 For the ground coordinate system, we usually take the coordinate origin as the starting point,
軸方向は、発射点から目標点への方向であり、 The axial direction is the direction from the launch point to the target point,
軸方向が axial direction
軸に垂直して鉛直上向きであり、目標が静的目標である場合、目標の速度が0であり、目標の位置は飛翔体に予め格納されており、飛翔体自体の位置及び速度は飛翔体上のデバイスによりセンシングして得るものである。 If it is perpendicular to the axis and pointing vertically upwards, and the target is a static target, then the target's velocity is zero, the target's position is pre-stored in the projectile, and the position and velocity of the projectile itself is It is obtained by sensing with the above device.
一般的に、航法システムは、衛星信号を受信するため、必ず時間遅延が存在し、かつ、推定演算した速度、位置情報に基づいて目視線角速度を算出するため、最終的に取得した目視線角速度が十分に的確ではなく、誤差が存在する。ストラップダウンレーザシーカーで測定した目視線角は、微分器で演算した後に目視線角速度を取得することができるが、微分器の計算結果は通常大きな誤差が存在する。このために、本発明において、マイクロプロセッサモジュールは航法モジュール及びストラップダウンレーザシーカーで算出した目視線角速度に対してデータ推定演算を行い、最終的に取得した目視線角速度の精度を向上させることにより、より精確な転舵指令を推定演算し、飛翔体の命中精度を向上させる。 In general, since navigation systems receive satellite signals, there is always a time delay. is not accurate enough and errors exist. The line-of-sight angle measured by the strap-down laser seeker can be calculated with a differentiator to obtain the line-of-sight angular velocity, but the calculation result of the differentiator usually has a large error. For this reason, in the present invention, the microprocessor module performs data estimation calculations on the line-of-sight angular velocities calculated by the navigation module and the strapdown laser seeker, and improves the accuracy of the line-of-sight angular velocities finally obtained. A more accurate steering command is estimated and calculated to improve the accuracy of projectile hit.
目視線角 visual line of sight
は、ストラップダウンレーザシーカー32により直接にセンシングして取得することができ、微分器で演算した後に第2の目視線角速度
can be obtained by direct sensing by the
を得ることができる。 can be obtained.
下記の式(二)により推定演算計算を行う。 Estimate calculation is performed by the following formula (2).
(二)
本発明において、前記マイクロプロセッサモジュールはデータ推定演算により最終目視線角速度
(two)
In the present invention, the microprocessor module calculates the final sight line angular velocity by data estimation calculation.
を取得した後、さらに該目視線角速度 is obtained, and then the eye line angular velocity
に基づいて必要荷重を算出し、具体的に、必要荷重=目視線角速度 Calculate the required load based on, specifically, required load = line of sight angular velocity
*弾相対速度*航法比であり、一般的に、航法比の値が2~4である。 *Relative bullet speed*Navigation ratio.
1つの好適な実施形態において、前記誘導制御システムにおいて、さらに電源モジュールを含み、電源モジュールが飛翔体に積載した熱電源に接続され、回路全体の入力と出力を整合し、短絡などの問題によりシステムが損なわれるのを防止する。電源給電モジュールは、必要な定格電圧を各モジュールへ提供し、各コンポーネントの正常動作を保証することができる。一部のサブシステムの特定の需要に対して、電源給電モジュールは、リセット電圧信号を提供することができる。 In one preferred embodiment, the induction control system further comprises a power module, the power module is connected to the thermal power source on board the aircraft, and the input and output of the entire circuit are matched, so that problems such as short circuit will cause the system to malfunction. prevent it from being damaged. The power supply module can provide the required rated voltage to each module and ensure the normal operation of each component. For the specific needs of some subsystems, power supply modules can provide reset voltage signals.
本発明は、耐高荷重の誘導制御方法をさらに提供し、該方法では前述した耐高荷重の一体化した誘導制御システムを用いて飛翔体を制御する。具体的に、該方法において、耐高荷重アンテナ21によって高荷重の条件で衛星信号を受信し、干渉防止サブモジュール22によって前記衛星信号をフィルタリング処理し、衛星誘導サブモジュール23によって該信号に基づいて飛翔体の位置及び速度情報をリアルタイムで推定演算し、地磁気センサ31によって飛翔体のロール角及び回転速度をリアルタイムでセンシングし、ストラップダウンレーザシーカー32によって飛翔体の目視線角をリアルタイムでセンシングし、マイクロプロセッサモジュール1によって必要荷重を推定演算し、転舵指令を生成し、操舵装置サーボサブモジュール41によって転舵指令を操舵装置信号に変換し、電動操舵装置で操舵動作を行うことにより、飛翔体の姿勢を精確に制御する。
The present invention further provides a high load bearing guidance and control method, in which the high load bearing integrated guidance and control system described above is used to control a projectile. Specifically, in the method, the satellite signal is received by the high-load-
その中、前記マイクロプロセッサモジュールは、まず、データ推定演算により最終目視線角速度 Wherein, the microprocessor module first calculates the final sight line angular velocity by data estimation operation.
を取得し、さらにこれに基づいて必要荷重を推定演算する。 is obtained, and based on this, the required load is estimated and calculated.
実験例
同一発射場所において、同一目標位置に同一型式の複数枚の飛翔体を発射し、各々の飛翔体にとって、目標点がいずれも射程内にあり、飛翔体の進行過程における回転速度がいずれも6~10r/秒に制御され、各々の飛翔体上の荷重が10000g以上であり、各々の飛翔体の飛行軌跡を測定し製図し、図3を得た。
Experimental example Multiple projectiles of the same type are launched at the same target position at the same launch location. Controlled at 6 to 10 r/sec, the load on each projectile was 10,000 g or more, and the flight trajectory of each projectile was measured and drawn to obtain FIG.
その中、第1枚の飛翔体には図2に示す耐高荷重アンテナが取り付けられており、該耐高荷重アンテナによって衛星信号を受信し、該飛翔体のマイクロプロセッサモジュールにおいてデータ推定演算アルゴリズムにより目視線角速度 Among them, the first flying object is equipped with a high-load-resistant antenna shown in FIG. line of sight angular velocity
を推定演算した後、さらにこれに基づいて必要荷重を推定演算し、ここで、推定演算過程において、下記の式(二)で目視線角速度 After estimating and calculating the required load based on this, here, in the estimation calculation process, the visual line of sight angular velocity is calculated by the following formula (2)
を取得する。 to get
(二)
その中、
(two)
Among them,
であり、 and
は、ストラップダウンレーザシーカーにより直接にセンシングして取得し、 is directly sensed and acquired by a strapdown laser seeker,
は、 teeth,
を微分演算して取得する。 is obtained by differential operation.
、 ,
、 ,
、 ,
の値が15000であり、 is 15000,
の値が0であり、 is 0, and
、 ,
、 ,
、 ,
、 ,
、 ,
の値がいずれも飛翔体上のデバイスによりセンシングして取得したものであり、かつ、リアルタイムで変化するものであり、一般的に、 are all obtained by sensing with a device on the flying object, and change in real time, generally,
の値が15000以下であり、 is 15000 or less,
の値が-200~200間であり、 is between -200 and 200,
の値が0~1000間であり、 is between 0 and 1000,
及び as well as
の値がいずれも0である。該飛翔体の軌跡曲線は、図3中の are all 0. The trajectory curve of the projectile is shown in FIG.
で表され、その中、長さの単位がメートルであり、速度の単位がメートル/秒である。 where the unit of length is meter and the unit of speed is meter/second.
第2枚の飛翔体は、第1枚の飛翔体と比較して、その上のアンテナが、従来技術における螺旋型アンテナ又はライン型アンテナを選択して使用し、その上のマイクロプロセッサモジュールは、航法モジュールで取得した目視線角速度を利用して航法誘導を行い、必要荷重を推定演算する。該飛翔体の軌跡曲線は、図3における The second flying object, compared with the first flying object, selects and uses a spiral antenna or a line antenna in the prior art for the antenna thereon, and the microprocessor module thereon: Navigation guidance is performed using the line-of-sight angular velocity acquired by the navigation module, and the required load is estimated and calculated. The trajectory curve of the projectile is shown in FIG.
で表される。 is represented by
第3枚の飛翔体は、第1枚の飛翔体と比較して、その上のアンテナが、従来技術における螺旋型アンテナ又はライン型アンテナを選択して使用し、その上のマイクロプロセッサモジュールは、誘導モジュールで取得した目視線角速度を利用して航法誘導を行い、必要荷重を推定演算する。該飛翔体の軌跡曲線は、図3における The third flying object, compared with the first flying object, selects and uses the spiral antenna or line antenna in the prior art for the antenna thereon, and the microprocessor module thereon: Navigation guidance is performed using the line-of-sight angular velocity acquired by the guidance module, and the required load is estimated and calculated. The trajectory curve of the projectile is shown in FIG.
で表される。 is represented by
図3からわかるように、データ推定演算により生成した目視線角速度 As can be seen from FIG. 3, the line-of-sight angular velocity generated by the data estimation calculation
により、より的確な転舵指令を提供することができ、該目視線角速度に基づいて生成した転舵指令の作用により、飛翔体は目標を精確に命中することができ、円公算誤差を15メートル以内に制御することができる。また、その他の2枚の飛翔体について、その他の2種の目視線角速度に基づいて生成した転舵指令の作用により、円公算誤差が一般的に100メートル程度であり、かつ最終結果に失中量が存在する。 can provide a more accurate steering command, and by the action of the steering command generated based on the line-of-sight angular velocity, the projectile can accurately hit the target, and the estimated circle error is 15 meters. can be controlled within In addition, for the other two flying objects, due to the action of the steering command generated based on the other two types of line-of-sight angular velocities, the circle probable error is generally about 100 meters, and the final result is disappointing. quantity exists.
以上、好適な実施形態を参照しながら本発明を説明したが、これらの実施形態は例示的なものに過ぎず、説明的作用だけである。これに基づき、本発明に対して種々の置き換え及び改進を行うことができ、これらはいずれも本発明の保護範囲内に入っている。 Although the invention has been described with reference to preferred embodiments, these embodiments are exemplary and serve the purpose of illustration only. On this basis, various replacements and improvements can be made to the present invention, all of which fall within the protection scope of the present invention.
1-マイクロプロセッサモジュール
2-航法モジュール
21-耐高荷重アンテナ
22-干渉防止サブモジュール
23-衛星誘導サブモジュール
3-誘導モジュール
31-地磁気センサ
32-ストラップダウンレーザシーカー
4-制御モジュール
41-操舵装置サーボサブモジュール
42-電動操舵装置
5-収容槽
51-保護バッフル
6-電源モジュール
1-microprocessor module 2-navigation module 21-heavy load antenna 22-anti-interference sub-module 23-satellite guidance sub-module 3-guidance module 31-geomagnetic sensor 32-strapdown laser seeker 4-control module 41-steering gear servo submodule 42 - electric steering gear 5 - containment tank 51 - protective baffle 6 - power supply module
Claims (10)
飛翔体のロール角、回転速度及び目視線角情報をリアルタイムで取得するための誘導モジュール(3)と、
転舵指令を実行し、転舵状態をマイクロプロセッサモジュール(1)にリアルタイムでフィードバックし、転舵指令に対してフィードバック補償を行い、操舵精度を向上させるための制御モジュール(4)と、
をさらに含むことを特徴とする請求項2に記載の誘導制御システム。 a navigation module (2) for acquiring position and velocity information of a flying object in real time;
a guidance module (3) for obtaining real-time roll angle, rotational speed and line-of-sight angle information of the projectile;
a control module (4) for executing a steering command, feeding back the steering state to the microprocessor module (1) in real time, performing feedback compensation for the steering command, and improving steering accuracy;
3. The guidance and control system of claim 2, further comprising:
前記耐高荷重アンテナ(21)の形状はシート状であり、高荷重時に衛星信号を受信するためであり、
前記干渉防止サブモジュール(22)は前記耐高荷重アンテナ(21)に接続され、前記衛星信号をフィルタリング処理するためであり、
前記衛星誘導サブモジュール(23)は、フィルタリング処理された衛星信号を受信して該信号に基づいて飛翔体の位置及び速度情報をリアルタイムで推定演算することを特徴とする請求項3に記載の誘導制御システム。 The navigation module (2) includes a high-load antenna (21), an anti-interference sub-module (22) and a satellite guidance sub-module (23),
The shape of the high-load-resistant antenna (21) is a sheet-like shape for receiving satellite signals when the load is high,
the anti-interference sub-module (22) is connected to the high-load antenna (21) for filtering the satellite signals;
Guidance according to claim 3, characterized in that the satellite guidance sub-module (23) receives the filtered satellite signal and estimates and calculates the position and velocity information of the flying object in real time based on the signal. control system.
好ましくは、前記飛翔体の外壁には、凹状収容槽(5)が設置されており、前記耐高荷重アンテナ(21)が前記収容槽(5)内に取り付けられており、かつ耐高荷重アンテナ(21)の外部には保護バッフル(51)が設置されていることを特徴とする請求項4に記載の誘導制御システム。 A high load-resistant antenna (21) is provided on the outer wall of the flying object,
Preferably, a concave storage tank (5) is installed on the outer wall of the flying object, the high-load-resistant antenna (21) is mounted in the storage tank (5), and the high-load-resistant antenna is mounted in the storage tank (5). 5. Guidance and control system according to claim 4, characterized in that a protective baffle (51) is installed on the exterior of (21).
前記地磁気センサ(31)は、飛翔体のロール角及び回転速度をリアルタイムでセンシングするためであり、
ストラップダウンレーザシーカー(32)は、飛翔体の目視線角をリアルタイムでセンシングするためであることを特徴とする請求項3に記載の誘導制御システム。 said guidance module (3) includes a geomagnetic sensor (31) and a strapdown laser seeker (32);
The geomagnetic sensor (31) is for sensing the roll angle and rotation speed of the flying object in real time,
4. Guidance and control system according to claim 3, characterized in that the strapdown laser seeker (32) is for sensing the line-of-sight angle of the projectile in real time.
前記操舵装置サーボサブモジュール(41)は転舵指令を受信し、それを操舵装置信号に変換し、電動操舵装置(42)の操舵動作を制御するためであり、
前記操舵装置サーボサブモジュール(41)はさらに電動操舵装置の転舵状態をセンシングするためであることを特徴とする請求項3に記載の誘導制御システム。 said control module (4) includes a steering gear servo sub-module (41) and an electric steering gear (42);
said steering gear servo sub-module (41) for receiving a steering command and converting it into a steering gear signal for controlling the steering operation of the electric steering gear (42);
4. Guidance and control system according to claim 3, characterized in that said steering gear servo sub-module (41) is further for sensing the steering state of the electric steering gear.
を取得し、
さらに、誘導モジュール(3)から取得した飛翔体の目視線角に基づいて第2の目視線角速度
を取得し、
前記
及び
を推定演算処理して得られた最終目視線角速度
を飛翔体の目視線角速度とすることを特徴とする請求項2に記載の誘導制御システム。 In the microprocessor module (1), based on the position and velocity information of the flying object acquired from the navigation module (2), a first visual angular velocity
and get
Further, based on the visual line-of-sight angle of the projectile acquired from the guidance module (3), a second visual line-of-sight angular velocity
and get
Said
as well as
The final line-of-sight angular velocity obtained by estimating and processing
is the line-of-sight angular velocity of the flying object.
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