JP3553582B2

JP3553582B2 - 飛翔体の誘導装置及びその誘導方法

Info

Publication number: JP3553582B2
Application number: JP34217899A
Authority: JP
Inventors: 順一中前
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-12-01
Filing date: 1999-12-01
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2019-12-01
Also published as: JP2001153596A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、飛翔体の誘導装置及びその誘導方法に関し、特に、固定物体、移動物体が発射する電波に従って飛翔体を誘導し、又は、自ら発する電波に従って固定物体、移動物体に飛翔体を誘導する飛翔体の誘導装置及びその誘導方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘導される飛翔体は、それがロール方向に回転することにより送受信する電波の偏波方向と誘導装置の偏波状態がずれてその受信レベルが低下し、安定した誘導信号が得られず、その誘導が適正でなくなる。飛翔体の誘導装置は、特開平１０−１４８４９８号及び特開平０８−２６１６９８号公報で記載され知られているように、飛翔体のロール姿勢角を検出し、飛翔体自身のロール姿勢角を制御している。
【０００３】
このような公知の誘導装置は、慣性モーメントが大きい飛翔体のロール姿勢角を制御しているので、制御応答速度が遅く、十分安定した誘導信号が得られない。慣性モーメントが大きい飛翔体のロール姿勢角の制御の応答速度が速く、十分に安定した誘導信号を得ることが望まれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、慣性モーメントが大きい飛翔体のロール姿勢角の制御の応答速度が速く、十分に安定した誘導信号を得ることができる飛翔体の誘導装置及びその誘導方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の複数の実施の形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【０００６】
本発明による飛翔体の誘導装置は、飛翔体（２）と、飛翔体（２）に搭載され誘導目標物体（３，３’）が発する信号を指向的に受信する空中線（５）と、飛翔体（２）のロール角度を検出するロール角度センサ（７）と、空中線（５）の誘導目標物体（３，３’）に対する対向方向と空中線（５）の指向方向との間の指向偏差角度に基づいて空中線（５）を誘導目標物体（３，３’）に指向させる空中線駆動装置（２７）とを含む。
【０００７】
飛翔体（２）のロール角度が修正されることと無関係に空中線（５）が誘導目標物体（３，３’）に向く。質量が大きい飛翔体（２）のロール角度を物理的に補正することに比べて送受信電波の偏波方向を電気的に迅速に変更することができ、誘導目標物体（３，３’）から最適に電波、信号を受信することができる。ここで、電波、信号は、レーダー電波、レーザーを含む。誘導目標物体（３，３’）は、固定体、移動体を含む。更に、送信機が追加される。送信機から発射される信号は、レーダー電波、レーダーレーザを含む。送信機の出力は空中線（５）から放射される。
【０００８】
更に、偏差角度を検出する角度誤差検出器が含まれる。角度誤差検出器は、空中線（５）に接続されそれの指向方向を正負第１方向と正負第２方向の４方向に分けその４方向に対応する電気信号を出力する４つの偏波変換器（６ａ〜６ｄ）と、４つの偏波変換器（６ａ〜６ｄ）の出力信号から偏差角度を演算する演算器（１９）とを備え、ロール角度センサ（７）の出力値が偏波変換器（６ａ〜６ｄ）に入力され、偏波変換器（６ａ〜６ｄ）は電気信号をロール角度センサ（７）の出力値に対応して補正する。この補正により、ロール角度があたかも零であるかのように、即ち、飛翔体の姿勢を変更しないで速やかに受信状態を改善することができる。このような偏波変換器（６ａ〜６ｄ）は、飛翔体（２）から信号を誘導目標物体（３，３’）に向けて放射する際にも有効に利用され得る。飛翔体（２）から信号は、誘導目標物体（３，３’）に適正に到達する。
【０００９】
このように、本発明による飛翔体の誘導方法は、飛翔体（２）がロール方向に回転してもロール角度に応じて飛翔体側の偏波状態を補正することにより目標からの受信信号から安定した誘導信号が得られ、飛翔体を目標に精度良く誘導することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図に一致対応して、本発明による飛翔体の誘導装置の実施の形態は、電波放射源からの放射電波を受信し、電波放射源に飛翔体を誘導する誘導装置が設けられている。その誘導装置１は、図１（ａ）に示されるように、飛翔体２に搭載されている。飛翔体２は、誘導用電波放射源３が発射する電波４により誘導され得る。
【００１１】
図２は、誘導装置１の詳細な誘導回路を示している。放射源３から放射された電波４は、方位方向および高低方向に配置される２対４個の空中線５で受信される。４個の空中線５で受信された電波４は、偏波変換器６ａ〜６ｄにそれぞれに出力される。
【００１２】
誘導装置１は、ロール角度センサ７を備えている。ロール角度センサ７は、垂直方向に対する飛翔体のロール角度を検出し、ロール角度補正信号８を出力する。ロール角度補正信号８は、偏波変換器６ａ〜６ｄに入力される。偏波変換器６ａ〜６ｄは、ロール角度補正信号８に応じて飛翔体２のロール角度分だけ飛翔体２のロール方向と逆方向に受信電波の偏波方向を補正する。
【００１３】
偏波変換器６ａ〜６ｄは、偏波方向を補正して補正受信電波９ａ〜９ｄを出力する。補正受信電波９ａ〜９ｄは、モノパルスコンパレータ１１に入力される。補正受信電波９ａ〜９ｄは、モノパルスコンパレータ１１により、各空中線の振幅の和を示すΣ信号１２と、方位方向の受信電波振幅の差を示すΔＡｚ信号１３と、高低方向の受信電波振幅の差を示すΔＥｌ信号１４とに変換される。
【００１４】
これらの信号１２，１３，１４は、それぞれに受信機１５ａ〜１５ｃで検波され、Σビデオ信号１６、ΔＡｚビデオ信号１７、ΔＥｌビデオ信号１８に変換される。Σビデオ信号１６、ΔＡｚビデオ信号１７、ΔＥｌビデオ信号１８は、それぞれに角度誤差演算器１９に入力される。角度誤差演算器１９は、Σビデオ信号１６、ΔＡｚビデオ信号１７、ΔＥｌビデオ信号１８に基づいて、電波４又は反射波の到来方向、即ち、空中線５の指向中心方向に対する放射源３の方位角度誤差と、高低角度誤差とを演算し、方位角度誤差信号２１と、高低角度誤差信号２２として出力する。
【００１５】
受信機１５ａは、探知機２３に接続している。探知機２３は、Σビデオ信号１６のレベルが予め設定された値以上になると、目標探知信号２４を出力する。角度誤差演算器１９と探知機２３とは、スイッチ２５に接続している。スイッチ２５は、オートパイロット２６と空中線駆動器２７とに接続している。スイッチ２５は、目標探知信号２４を受け取って、方位角度誤差信号２１と高低角度誤差信号２２とをオートパイロット２６と空中線駆動器２７とに出力する。
【００１６】
オートパイロット２６は、方位角度誤差信号２１と高低角度誤差信号２２を受け取って、飛翔体２の操舵機構を制御し、飛翔体２を放射源３に誘導する。空中線駆動器２７は、方位角度誤差信号２１と高低角度誤差信号２２に応じて、角度誤差φが零になるように、即ち、放射源３が空中線５の指向中心方向に位置するように空中線５の角度を変化させる。更に、スイッチ２５は、目標探知信号２４を受け取っていないときは、捜索信号発生器２８から出力される目標捜索のための方位捜索信号３０と高低捜索信号２９を空中線駆動器２７に出力する。空中線駆動器２７は、方位捜索信号３０と高低捜索信号２９に応じて空中線５の角度を周期的に変化させ、放射源３を捜索させる。モノパルスコンパレータ１１は、当業者にとってよく知られている慣用技術である。
【００１７】
図１（ａ）と図３（ａ）は、飛翔体２がロール角度０°で飛行しながら、飛翔体２に搭載された誘導装置１が放射源３から放射される垂直偏波の電波４を受信して、飛翔体２を放射源３に誘導している状態を表している。図１（ａ），図３（ａ）は、この場合の放射電波４、偏波変換器６ａ〜６ｄの偏波状態、受信電波９ａ〜９ｄの偏波の関係を表している。放射電波４は垂直偏波であり、飛翔体２のロール角度は０°であり、偏波変換器６ａ〜６ｄの偏波状態も垂直偏波であるため、放射電波４の全成分が受信電波９ａ〜９ｄに反映される。このため、良好な受信状態で安定した方位角度誤差信号２１と高低角度誤差信号２２が得られ、飛翔体２を放射源３に精度良く誘導できる。
【００１８】
図３（ｂ）は、図３（ａ）の状態からロール方向にθ°回転し、偏波変換器６ａ〜６ｄの偏波状態が補正されていない状態を表している。図３（ｂ）は、この場合の放射電波４’、偏波変換器６ａ〜６ｄの偏波状態、受信電波９ａ〜９ｄの偏波の関係を表している。偏波変換器６ａ〜６ｄの偏波状態は、飛翔体２と共に回転して電波４’の電界方向からずれてしまうため、放射電波４’のｃｏｓ（θ）の成分しか受信電波９ａ〜９ｄに反映されない。このため、受信レベルが低下して安定した方位角度誤差信号２１と高低角度誤差信号２２が得られず、飛翔体２を放射源３に精度良く誘導できない。
【００１９】
図１（ｃ），図３（ｃ）は、図３（ｂ）の状態から偏波変換器６ａ〜６ｄの偏波状態が補正された状態を表している。図３（ｃ）は、この場合の放射電波４”、偏波変換器６ａ〜６ｄの偏波状態、受信電波９ａ〜９ｄの偏波の関係を表している。偏波変換器６ａ〜６ｄの偏波状態は、補正されて垂直偏波であるため、放射電波４”の全成分が受信電波９ａ〜９ｄに反映される。このため、良好な受信状態で安定した方位角度誤差信号２１と高低角度誤差信号２２が得られ、飛翔体２を放射源３に精度良く誘導できる。
【００２０】
図４は、本発明による飛翔体の誘導装置の実施の他の形態を示している。本実施の形態では、誘導装置１自身が電波を放射して、目標３’からの反射電波を受信し、飛翔体を目標に誘導している。送信機３１が、付加されている。送信機３１は、送受切替器３２に接続している。送受切替器３２は、モノパルスコンパレータ１１と受信機１５ａに接続している。
【００２１】
送信機７から送出された送信電波は、送受切替器３２を介してモノパルスコンパレータ１１に出力される。その送信電波は、モノパルスコンパレータ１１で４分配され、偏波変換器６ａ〜６ｄに出力される。ロール角度センサ７は垂直方向に対する飛翔体のロール角度を検出し、偏波変換器６ａ〜６ｄにロール角度補正信号８を出力する。偏波変換器６ａ〜６ｄはロール角度補正信号８に応じて飛翔体のロール角度分だけ飛翔体のロール方向と逆方向に送信電波の偏波方向を補正する。
【００２２】
偏波変換器６ａ〜６ｄで偏波方向を補正された送信電波は、空中線５から目標３’に向けて発射される。目標３’から反射された電波は、方位方向および高低方向に配置された２対４個の空中線５で受信され、偏波変換器６ａ〜６ｄに出力される。偏波変換器６ａ〜６ｄは、ロール角度補正信号８に応じて飛翔体のロール角度分だけ飛翔体のロール方向と同方向に受信電波の偏波方向を補正する。偏波変換器６ａ〜６ｄで偏波方向を補正された受信電波９ａ〜９ｄは、モノパルスコンパレータ１１で各空中線５の振幅の和を示すΣ信号１２、方位方向の受信電波振幅の差を示すΔＡｚ信号１３、及び、高低方向の受信電波振幅の差を示すΔＥｌ信号１４に変換される。
【００２３】
これらの信号はそれぞれ受信機１５ａ，ｂ，ｃで検波され、Σビデオ信号１６、ΔＡｚビデオ信号信号１７、及び、ΔＥｌ信号１８に変換される。角度誤差演算器１９は、Σビデオ信号１６、ΔＡｚビデオ信号１７、及び、ΔＥｌビデオ信号１８に基づき反射波の到来方向、すなわち空中線５の指向中心方向に対する目標３’の方位角度誤差及び高低角度誤差を演算し、方位角度誤差信号２１および高低角度誤差信号２２として出力する。探知機２３は、Σビデオ信号１６のレベルが予め設定された値以上になると目標探知信号２４を出力する。
【００２４】
スイッチ２５は目標探知信号２４を受けると方位角度誤差信号２１および高低角度誤差信号２２をオートパイロット２６及び空中線駆動器２７に出力する。オートパイロット２６は、方位角度誤差信号２１及び高低角度誤差信号２２を受けて、飛翔体の操舵機構を制御し、飛翔体を目標３’に誘導する。空中線駆動器２７は、方位角度誤差信号２１及び高低角度誤差信号２２に応じて角度誤差φが零になるように、すなわち目標３’が空中線５の指向中心方向に位置するように空中線５の角度を変化させる。また、スイッチ２５は、目標探知信号２４を受けていないときは捜索信号発生器２８から出力される目標捜索のための方位捜索信号３０及び高低捜索信号２９を空中線駆動器２７に出力する。空中線駆動器２７は方位捜索信号３０および高低捜索信号２９に応じて空中線５の角度を周期的に変化させ、目標を捜索させる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明による飛翔体の誘導装置及びその誘導方法は、飛翔体のロール回転が相殺されるので、飛翔体をロール方向に安定させるための特別なハードウェアが不要である。更には、飛翔体のロール回転による受信レベルの低下が防止され、質量が大きい飛翔体のロール角度を物理的に補正することに比べて応答速度が速い。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明による飛翔体の誘導方法の実施の形態をそれぞれに示す断面図である。
【図２】図２は、本発明による飛翔体の誘導装置の実施の形態を示す回路ブロック図である。
【図３】図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明による飛翔体の誘導方法の実施の形態の制御プロセスをそれぞれに示す射軸投影図である。
【図４】図４は、本発明による飛翔体の誘導装置の実施の他の形態を示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
２…飛翔体
３，３’…誘導目標物体
５…空中線
６ａ〜６ｄ…偏波変換器
７…ロール角度センサ
１９…演算器
２７…空中線駆動装置

Claims

飛翔体と、
前記飛翔体に搭載され誘導目標物体が発する信号を指向的に受信する空中線と、
前記空中線に接続され前記指向方向を正負第１方向と正負第２方向の４方向に分け前記４方向に対応する電気信号を出力する４つの偏波変換器と、
前記４つの偏波変換器の前記電気信号に対応して前記空中線の前記誘導目標物体に対する対向方向と前記空中線の指向方向との間の偏差角度を演算する演算器と、
前記飛翔体のロール角度を検出するロール角度センサとを具え、
前記ロール角度は前記偏波変換器に入力され、前記偏波変換器は前記電気信号を前記ロール角度に対応して補正し、前記空中線は前記偏差角度に対応して前記誘導目標物体に指向させられる
飛翔体の誘導装置。
請求項１において、更に、
送信機を含み、
前記送信機の出力は前記空中線から放射される
飛翔体の誘導装置。
請求項１において、
前記送信機の出力は、前記４つの偏波変換器に分けられて入力され、前記偏波変換器を介して前記空中線から放射される
飛翔体の誘導装置。
請求項１の飛翔体の誘導装置を用いる飛翔体の誘導方法であり、
指向性アンテナの偏波方向をロール角度に対応させて変更することを具え、
前記変更することは前記ロール角度が修正されずに実行される
飛翔体の誘導方法。