JP2022551575A - 炸裂点を最適化する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、標的物に向けて発射される少なくとも１つの発射体の炸裂点を計算するための方法を含む。方法は、発射体の位置を計測し、発射体の位置を推定し、発射体の速度を推定し、標的物の位置を計測し、標的物の位置を推定し、標的物の速度を推定し、発射体の推定位置、発射体の推定速度、標的物の推定位置及び標的物の推定速度に基づいて発射体の最適炸裂点を算出し、及び発射体に炸裂点を通信する方法ステップを含む。さらに、本発明は、コンピュータプログラム、コンピュータシステム、及び兵器システムを含む。

Description

本特許出願は、制御された砲弾または制御されていない砲弾を有する砲身兵器を、標的との戦闘に使用する方法に関する。

発明の背景、解決しようとする課題、及び従来技術
ミサイル、飛行機またはヘリコプターなどの標的に対して砲身兵器で戦う場合、従来はゾーン管またはタイミング管を想定して設計された発射体が使用される。タイミング管を想定して設計された発射体は、砲口速度または標的距離などのパラメータから決定される特定の時間に炸裂／爆発する。また、砲弾内のセンサが標的物を検知し、標的物の近傍で炸裂／爆発するような、ゾーン管を想定して設計された発射体もある。

炸裂点を計算する方法及び装置の例は、米国特許第５８１４７５６号明細書に示されており、標的計測及び発射体が砲身を離れるときの速度の計測に基づいて炸裂点を計算する方法についての技術的解決策を示している。米国特許第５８１４７５６号明細書に示された発明は、砲身兵器からの発射に関連して発射体に情報がプログラムされている点、発射体が砲身から離れるときにのみ発射体の速度が計測される点で、本特許出願に記載の発明と相違する。

炸裂点を計算する方法及び装置の代替例は、欧州特許第０８８７６１３号明細書に示されている。この特許は、標的物に向かう軌道における発射体の速度に基づいて炸裂点を計算する方法と、新たに計算した炸裂点を無線通信により発射体にプログラム可能な方法とについての技術的解決策を示している。欧州特許第０８８７６１３号明細書に示された発明は、標的物が固定位置にある点で本特許出願に記載された発明とは相違する。

本発明が解決する更なる問題は、以下の様々な実施形態の詳細な説明と関連して現れる。

米国特許第５８１４７５６号明細書 欧州特許第０８８７６１３号明細書

発明の目的及び特徴
本発明の目的は、防空砲身が、飛来する誘導航空兵器（空中標的または標的物とも称される）から保護対象物を防御するために用いられる場合の、発射物の正しい炸裂点を計算する可能性を改善することである。この目的は、発射された発射体の軌道を計算することによって達成される。この計算は、標的物及び発射体の現在の位置及び速度に関する計測及び／または推定された知識に基づいて行われる。

本発明は、防空砲身から標的物に向けて発射される少なくとも１つの発射体の炸裂点を計算するための方法を含む。本方法は、以下の方法ステップ：発射体の位置を計測すること、発射体の位置を推定すること、発射体の速度を推定すること、標的物の位置を計測すること、標的物の位置を推定すること、標的物の速度を推定すること、発射体の推定位置、発射体の推定速度、標的物の推定位置、及び標的物の推定速度に基づいて、発射体の最適炸裂点を算出すること、及び発射体の炸裂点を発射体に通信すること、を含む。

標的物に発射される少なくとも１つの発射体の炸裂点を計算するための方法のさらなる態様によれば：
標的物が空中標的物である；
発射体の推定位置、発射体の推定速度、標的物の推定位置、及び標的物の推定速度を計算するために、発射体及び標的物の軌道を推定する；
発射体が制御可能である；
発射体の推定位置、発射体の推定速度、標的物の推定位置、及び標的物の推定速度に基づいて発射体に対する制御情報を発射体に通信し、制御情報は、発射体を標的物に向けて誘導するための制御指令を含む。

さらに、本発明は、プログラムコードを含むコンピュータプログラムを含み、プログラムコードがコンピュータで実行されると上記の方法を構成する。

さらに、本発明は、コンピュータを備えるコンピュータシステムを含む。コンピュータは、上記のコンピュータプログラムを実行する。

さらに、本発明は兵器システムを含む。兵器システムは、砲身兵器と、火器管制と、標的物及び発射体を計測するセンサシステムとを備え、上記のコンピュータシステムを含む。

兵器システムのさらなる態様によれば、センサシステムは、少なくとも１つのレーダーを備える。

発明の利点と効果
本発明の利点は、発射される全ての発射体の効果を標的物に対して利用できることである。発射時に発射される、好ましくは制御されていない発射体は、標的物からの距離に関係なく、標的物での効果を得るために可能な限り最適な位置で爆発／炸裂する。

図面のリスト
本発明は、添付の図を参照しながら、以下にさらに詳細に説明される。
図１は本発明の一実施形態による標的物に対して砲撃を向ける方法のフローチャートを示す。 図２は本発明の一実施形態による標的物との戦闘用装置のブロック図を示す。 図３は本発明の一実施形態による標的物に対する動きを示す。 図４は本発明の一実施形態による標的物の軌道を示す。

砲身兵器から発射される制御されていない発射体を用いて、空中標的のような移動可能な標的物と戦う場合、発射体が到達した際に標的物が位置するであろう点に向けて発射体を発射する。このような点は、通常、照準点と呼ばれ、測定データ及び推定値に基づいて予測される。同様に、標的物に向かって発射された発射体の軌道を予測または推定できる。推定または予測は、発射体の以前の位置に関する知識と、発射物が将来どのように動くかについての仮説とに基づいて行われる。

発射体の位置を追跡および測定するために、少なくとも１つのセンサが使用される。センサは、発射体の位置を繰り返し、頻繁に、または連続的に測定し、測定データを形成する。このセンサからの測定データに基づいて、発射体の現在の位置と速度が推定される。そして、予測装置は、標的物に対する推定と仮説、及び発射体の軌道によって、発射体が標的物と戦闘するための最適な炸裂点を計算する。無線機などの通信機は、炸裂点に関する情報を発射体に通信する。炸裂点に関する情報は、例えば、現在時刻から特定の時間、所定のクロックに基づく特定の時間、または位置インジケーション、あるいは上記の組合せであり得る。

砲身兵器及び制御されていない発射体を用いて標的物と戦うように設計されたシステムは、火器管制、兵器、及び発射体の３つの部分から構成され得る。このようなシステムは、防空砲身とも称される。制御されていない発射体とは、標的物との戦闘に使用するために設計された炸裂弾（shells）、ミサイル、ロケット弾など、様々な形態の発射体を意味する。防空砲身に組み込まれた火器管制は、１つまたは複数のセンサと、センサデータを処理及び評価するための複数の方法とを含む。火器管制に組み込まれ、火器管制によって使用されるセンサは、照準器とも称される。照準器からの処理された情報は、照準器と兵器の両方の方向を制御するために使用される。

図１は、火器管制システム１における方法のフローチャートを示す。戦闘が開始されると（図１のスタート２）、照準は戦闘対象の標的物に向けられる。これは通常、偵察レーダーのような外部ユニットによって可能となり、時間の関数として標的物の位置に関する情報を提供する。偵察レーダーのようなセンサは、標的物の位置または姿勢を繰り返し、頻繁に、または連続的に測定し、測定データを形成する。この外部ユニットは照準（pointing）ユニットと称される。この手順は照準３と称される。

標的物に照準器を向けることと並行して、砲身は、照準ユニットからのデータに基づいて位置が予備的に計算された照準点に向けられ得る。

標的の捕捉は、標的及び発射体の追尾４として知られる新しいシーケンスの開始を構成する。その後、照準器は、標的物を追尾するように照準線を制御する。標的の追尾と並行して、既に（previous）発射された発射体が照準器または標的計測用の別のセンサで計測される。

標的及び発射体の追尾４が確立されると、標的及び発射体の計測５を開始する。ここで照準器は、標的物及び発射体の方向と距離との両方の測定を試みる。

標的物及び発射体の計測５において標的物及び発射体の位置を計測する場合、これは通常、照準センサが提供できるよりも高い頻度で、かつより高い精度で行われる。これが、偵察センサ及び火器管制センサの２種類を使用する基本的な理由である。しかし、センサの発展が進むにつれて、単一のセンサが全てのタスクに使用され得る。

測定データは、発射体の推定位置、発射体の推定速度、標的物の推定位置、標的物の推定速度を計算するために使用される。これは、ステップ６で実行され、標的及び発射体の位置及び速度を推定する。

発射体の推定位置、発射体の推定速度、標的物の推定位置、及び標的物の推定速度に基づいて、発射体の最適炸裂点を計算するステップ８において最適炸裂点を予測できる。

最適炸裂点を計算するための代替手段は、標的物の速度、発射体の速度、ブーム距離（発射体が移動する際に標的物に向かう進行方向に対する垂直距離）、及び弾頭の構成、すなわち発射体から破片が放出される角度に基づく。発射体の最適炸裂点は、発射体からの最も効果的な破片が標的物に最も多く当たるように三角法で計算される。

標的物及び発射体の計測が様々に制御される場合、後述するように、発射体の推定位置、発射体の推定速度、標的物の推定位置及び標的物の推定速度を算出するために、種々の形式の予測を用いることができ、これらを用いて発射体の最適炸裂点を算出することが可能である。これは、ステップ７、標的の軌道及び発射体の軌道の計算で行われる。連続的に計測されたデータが利用可能な場合、ステップ７は冗長となる。

標的物の軌道及び発射体の軌道の計算／予測には、加速度のない測定軌道での移動を仮定した、より単純なモデルを用いることもあるが、標的物の加速度を測定して、可能性のある標的、あるいは標的物が攻撃する又は向かうと思われる保護対象物に基づいて加速度を推定する、より複雑な方法を用いることも可能である。

最適炸裂点が算出されると、発射体に最適炸裂点を通信するステップ９に示すように、発射体に通信される。また、改善された炸裂点が計算される場合、既に炸裂または爆発していないことを条件に、これを再度発射体に通信できる。発射体への通信は、例えば、この目的のために設計された通信機器で発生し得るが、発射体を測定するセンサ、例えばレーダーで発生してもよい。他の可能な通信方法として、様々な形態の無線通信または光通信が挙げられる。一実施形態では、各発射体は固有のアドレスを有して、固有の炸裂点が各発射体に通信される。好ましくは、可能であれば軌道上でさらに更新するために、電磁環境の乱れが少ないと想定される軌道の初期に推定された炸裂点が通信される。想定されるシナリオとしては、発射体の軌道において妨害環境が悪化し、無線リンクが妨害されるために、発射体へのその後のメッセージが妨げられる可能性がある。この場合、一実施形態では、発射体は、直近に受信された爆発点を継続する。

さらに、制御可能な発射体が用いられてもよい。発射体への制御情報は、発射体の推定位置、発射体の推定速度、標的の推定位置及び標的の推定速度に基づいて発射体に通信される。制御情報は、発射体を標的物に向けて誘導するための制御情報を含む。発射体の誘導により、発射体の位置を標的物により近い有利な位置に移動させることができる。

図２に示すように、防空砲身システム２０は、火器管制２１と、標的物に向けて発射可能な１つまたは複数の兵器２６と、発射体２７とを備える。システム２０は、精度及び測定頻度を犠牲にして非常に大きな体積を非常に深く探索できる特定の外部偵察センサ２２から照準情報を得る。防空砲身システム２０は、火器統制センサ２３を備え、火器統制センサ２３は、照準処理の後、深さは限定されるが高精度かつ高い測定頻度で小区域内の個々の標的物の位置を測定できる。演算ユニット２５は、兵器２６が向けられるべき照準点の計算、最適炸裂点の計算、及び特定の例では、標的物及び発射体の軌道の推定のために使用される。また、火器管制２１は、防空砲身システム２０の周辺に見出され得る多数の保護対象物の位置を含む保護対象物データベース２４を備えてもよい。さらに、図示しないが、発射体と通信を行うための機器も設けられている。演算ユニット２５は、通信機器に最適な炸裂点を通信する。

図３は、保護対象物１０４に向かう途中の標的物の測定区間１００を示す。保護対象物１０４に向かう標的物のコースに沿って、標的物は、保護対象物に向かう経路上のいくつかの位置又は点を通過する。保護対象物から遠く離れた点１０１では、早期に発射された発射体１０６で標的物と戦闘可能である。発射体１０６が標的物から比較的離れた位置にあるため、従来のゾーン管（zone tube）は使用できない。しかし、代わりに発射体を爆発させ、それによって破片を分散させるときの炸裂点を計算するか、または標的物に対して、保護対象物に向かう標的物の軌跡上に破片が当たるような、標的物に対する別の作用方法が使用される。あるいは、標的物は保護対象物に向かって進み続け得る。標的物が保護対象物に向かって進み続ける場合、ある時間の後、標的物は点１０２に位置する。この点では、標的物は、標的物の近くに位置する発射体１０５と戦闘する。同様に、保護対象物に向かう途中の軌跡における、この後の点で標的物と戦闘してもよい。また、この位置でも標的物との戦闘が行われない場合には、標的物は点１０３まで進む。この場合、標的物から至近距離において、標的物に向けて発射体１０７が発射される。この位置では、標的物には、より高い信頼性で計算された炸裂点が存在する。また、発射体は、標的物を検知できるゾーン管を用いて設計する（designed with a zone tube）ことも可能である。

図４は、保護対象物１００１に向かう標的物の軌道１０００を示す図である。標的物は、保護対象物１００１に向かって飛行する。標的物は、点１００２を通過する際に、偵察センサに発見される。その後、偵察センサは火器管制センサを向ける。点１００２と１００３の間のどこかで、火器管制センサは、標的物を発見し、その追跡と標的物の位置及び速度の計測とを開始する。点１００３で、標的物は、例えば保護対象物１００１を検出するために、コース変更を開始する可能性がある。点１００４で、標的物のコース変更が達成される。点１００５において、標的物は、保護対象物１００１に衝突するように目的達成手段（the vehicle）を誘導しようとする誘導法則に従い始める。標的物が点１００６を通過すると、火器管制は、照準点１００７の予測を開始できる。この予測は、火器制御センサからのデータ、及び場合によっては標的物がどの誘導法則を使用しているかについての仮説に基づく。標的物の戦闘は早期に開始され、標的物に向かう途中の発射体は、可能な限り高い確率で標的物との戦闘を可能にするために、最適な炸裂点で爆発するようにプログラムされ得る。

代替の実施形態
本発明は、特に提示された実施形態に限定されず、特許請求の範囲内で種々に変形可能である。

例えば、センサ、発射装置、またはシステムの数は、標的物に対する火器管制の方法を構成する要素と［異なる］場合があり、その詳細は、所定の事例における兵器のシステム、プラットフォーム、及びその他の設計上の特徴に従って適合させることができる。

上述の標的物に対する火器管制方法は、理論的には、飛行機、無人飛行体、及びミサイルを含むすべての被誘導体及びシステムに使用できる。

さらに、本発明は、特定の形態の標的物に限定されず、地上標的または空中標的など、他の標的のタイプにも利用することが可能である。

さらに、炸裂弾、榴弾、ロボット、ミサイル、及びロケットなど、発射体のあらゆる形態が包含される。

さらに、本発明は、発射体または標的物の特定の数に限定されず、所定の実施例における標的物または発射体の数に適合させることができる。

Claims (9)

1. 防空砲身から標的物に向けて発射される少なくとも１つの発射体の炸裂点を計算するための方法であって、
   前記発射体の位置を計測すること、
   前記発射体の位置を推定すること、
   前記発射体の速度を推定すること、
   前記標的物の位置を計測すること、
   前記標的物の位置を推定すること、
   前記標的物の速度を推定すること、
   前記標的物の軌道を推定すること、
   前記発射体の推定位置、前記発射体の推定速度、前記標的物の推定位置、及び前記標的物の推定速度に基づいて、前記発射体の最適炸裂点を算出すること、
   前記発射体に、前記発射体の前記炸裂点を通信すること
   を特徴とする方法。
2. 前記標的物が空中標的物であることを特徴とする、請求項１に記載の標的物に向けて発射される少なくとも１つの発射体の炸裂点を計算するための方法。
3. 前記発射体の推定位置及び前記発射体の推定速度を計算するために、前記発射体の軌道を推定することを特徴とする、請求項２に記載の標的物に向けて発射される少なくとも１つの発射体の炸裂点を計算するための方法。
4. 前記発射体が制御可能であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の標的物に向けて発射される少なくとも１つの発射体の炸裂点を計算するための方法。
5. 前記発射体の推定位置、前記発射体の推定速度、前記標的物の推定位置及び前記標的物の推定速度に基づいて、前記発射体に対する制御情報を前記発射体に通信し、前記制御情報は、前記発射体を前記標的物に向けて誘導するための制御指令を含むことを特徴とする、請求項４に記載の標的物に向けて発射される少なくとも１つの発射体の炸裂点を計算するための方法。
6. プログラムコードを含むコンピュータプログラムであって、前記プログラムコードをコンピュータで実行すると、前記コンピュータが請求項１から５のいずれか１項に記載の方法を実行することを特徴とする、コンピュータプログラム。
7. コンピュータを備えるコンピュータシステムであって、前記コンピュータが請求項６に記載のコンピュータプログラムを実行することを特徴とする、コンピュータシステム。
8. 砲身兵器と、火器管制と、標的物及び発射体を計測するセンサシステムと、を備える兵器システムであって、前記火器管制が、請求項７に記載のコンピュータシステムを含むことを特徴とする、兵器システム。
9. 前記センサシステムは、少なくとも１つのレーダーを備えることを特徴とする、請求項８に記載の兵器システム。

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