JP3813744B2 - Rotating angle measuring device and measuring method of rotating projectile - Google Patents

Rotating angle measuring device and measuring method of rotating projectile Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、砲弾、その他の回転飛翔体における回転角を計測する回転飛翔体の回転角計測装置及びその計測方法に関する。
【0002】
【背景技術】
従来、回転しながら自由飛翔する回転飛翔体、例えば砲弾において、その砲弾を目標弾着位置に正確に弾着させるために、砲弾の周面に複数設けられたサイドスラスタを噴射して制御するものが知られている。
この際、どのサイドスラスタを噴射して砲弾の飛翔状態を変化させるかを判断するためには、回転飛翔体である砲弾の回転角を正確に把握する必要がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このため、砲弾に回転角を計測する装置を搭載する必要があるが、ミサイル等で一般的に使用されるジャイロ等では、砲弾の発射時における極めて高い加速度、すなわち、高発射Gに耐えるようなものにすると、極めて高価となり、実用的ではないという問題点がある。
また、地上では重力方向を計測することにより、回転角を計測することもできるが、砲弾は自由飛翔しているため、その落下過程においては、砲弾に設けた加速度計等によっては重力が感じられない、あるいは、極めて小さな重力しかかからないため、重力測定が困難となって回転角を計測することができない。
【0004】
さらに、特開平4−104000号公報には、回転状態にある砲弾に設けられた光ファイバージャイロにより得られた角速度から回転角を求め、同じく砲弾に設けられた画像装置からの画像信号を極座標化して前述の回転角を差し引き、画像信号をデジタル積分した後に画像認識を行って極座標の一点に砲弾を操舵する誘導砲弾の誘導方法が開示されている。
【0005】
しかしながら、特開平4−104000号公報に記載の発明では、光ファイバージャイロや画像装置等の高価な構成を必要とし、装置全体が経済的でないという問題点がある。また、単に回転数を計測する方法としては、フォトセンサを回転体の回転軸に垂直に取り付け、その出力の規則性から回転数を求める方法もあるが、太陽の位置や、地面の明るさの不規則性から、基準位置を持つことができないため、回転数の計測はできるが、回転角は計測することができないものである。
【0006】
本発明の目的は、簡易な構成で安価に回転飛翔体の回転角を計測できる計測装置及びその計測方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、天空の赤外線放射エネルギがその仰角により異なることに着目してなされたもので、使用センサとして赤外線センサ等の赤外線検出手段を用いることにより、砲弾の高発射G等にも耐えることができ、ジャイロ等に見られるような可動部を持たない素子として、前記目的を達成しようとするものである。
【0008】
具体的には、請求項1に記載の発明は、回転しながら自由飛翔する回転飛翔体と、この回転飛翔体に設けられ、前記回転飛翔体の落下時における水平方向よりも上方の天空の赤外線を検出する赤外線検出手段と、この赤外線検出手段により検出される放射エネルギの、前記回転飛翔体の回転角度に基づく検出値の相違から基準位置を算出する基準位置演算手段と、この基準位置演算手段による基準位置との比較から回転飛翔体の回転角を演算する回転角演算手段とを備えた回転飛翔体の回転角計測装置である。
【0009】
この発明によれば、回転飛翔体の回転角度は、赤外線検出手段による天空の放射エネルギの仰角に基づく違いを検出することで演算できるから、可動部のない安価な検出手段で回転角を検出できる。従って、砲弾等の高発射Gにも十分耐えることができ、装置全体も安価に製作できる。
【0010】
請求項2の発明は、請求項1に記載の回転飛翔体の回転角計測装置において、赤外線検出手段が、回転飛翔体の回転軸直交方向に対し、回転飛翔体の後方に向かって所定角度傾いたオフセット角を有して回転飛翔体に設けられた装置である。
【0011】
この発明によれば、赤外線検出手段の回転飛翔体に対する取付角度を、回転飛翔体の後方に向かって所定角度傾いた状態としたから、回転しながら所定角度で落下する回転飛翔体において、赤外線検出手段で検出する赤外線は、回転飛翔体に直交方向に設ける場合に比べ、地上からの赤外線を受信する量が少なくなり、受信する放射エネルギの外乱を少なくすることができる。
この際、請求項3に示される発明のように、赤外線検出装置のオフセット角を回転飛翔体の落角以下に設定すれば、赤外線検出手段による赤外線の検出は水平方向よりも上方の天頂方向のみの赤外線を検出することとなるから、地上からの不規則な赤外線を受信することがなく、より計測精度を高めることができる。
【0012】
請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の回転飛翔体の回転角計測装置において、赤外線検出手段が、3〜5.5μmおよび/または7〜14μmの波長の赤外線を検出してその放射エネルギを計測する装置である。
この発明によれば、観測仰角により放射エネルギ強度が大きく異なる赤外線の波長範囲のみを検出して回転角を計測するようにしたから、より明確に天頂方向、ひいては、回転角を計測することができる。
【0013】
請求項5の発明は、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の回転飛翔体の回転角計測装置において、基準位置演算手段が、赤外線検出手段により検出される放射エネルギの立ち上がりと立ち下がりとの同じ放射エネルギとなる箇所を計測してその中心位置を求め、この中心位置に基づいて基準位置を算出する装置である。
【0014】
この発明によれば、赤外線検出手段による赤外線の検出を、地上からの赤外線を含む方向に回転飛翔体に対して設定しても、放射エネルギの立ち上がりと立ち下がりとにより中心位置を求めるようにしたから、地上からの不要赤外線による中心位置の検出が困難な場合であっても、放射エネルギの中心位置を求めることができ、これにより、回転飛翔体の回転角の計測することができる。
【0015】
請求項6の発明は、請求項3に記載の回転飛翔体の回転角計測装置において、前記基準位置演算手段が、前記赤外線検出手段により検出される放射エネルギのピークを計測し、このピーク位置に基づいて基準位置を算出する回転飛翔体の回転角計測装置である。
【0016】
この発明によれば、請求項3の発明において赤外線検出手段を回転飛翔体の後方に向かって傾けて設けることによって赤外線放射エネルギのピーク値が検出できることから、このピーク値に基づいて基準位置を算出でき、従って、極めて容易に基準位置の設定をできて、装置をより簡易で安価な構成とできる。
【0017】
請求項7の発明は、請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の回転飛翔体の回転角計測装置において、回転飛翔体が砲弾とされるとともに、この砲弾の周面には砲弾の飛翔状態を変化させるサイドスラスタが複数設けられ、かつ、砲弾には回転角演算手段からの回転角と弾道修正信号とから所定のサイドスラスタを駆動するサイドスラスタ駆動手段が設けられた装置である。
この発明のように、回転飛翔体を砲弾とした場合、砲弾の回転角を正確に測定でき、この測定結果に基づいてサイドスラスタを駆動できるから、砲弾の弾着位置を目標弾着位置に正確に誘導することができる。
【0018】
請求項8の発明は、回転しながら自由飛翔する回転飛翔体に赤外線検出手段を設け、この赤外線検出手段により、この回転飛翔体の落下時における水平方向よりも上方の天空で検出される赤外線に基づいて、前記回転飛翔体の周囲の放射エネルギを検出するとともに、この放射エネルギの回転角度に基づく検出値の相違から基準位置を算出し、この基準位置との比較から回転飛翔体の回転角を演算して回転飛翔体の回転角を計測することを特徴とする回転飛翔体の回転角計測方法である。
この発明によれば、請求項1と同様に、安価に回転飛翔体の回転角を計測できる。
【0019】
請求項9の発明は、請求項8に記載の回転飛翔体の回転角計測方法において、赤外線検出手段が、3〜5.5μmおよび/または7〜14μmの波長の赤外線を検出してその放射エネルギを計測する方法である。
この発明によれば、請求項4と同様に、より正確な回転角を効率よく測定できる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0021】
はじめに、本発明を案出するにいたった考え方を図7ないし図12に基づいて説明する。
図7は、シミュレーションにより求めた天空の赤外線放射エネルギの特性を示すもので、横軸には赤外線波長(μm)が、縦軸には放射エネルギ強度(mW/cm2/sr/μm)がそれぞれ示され、図の特性曲線中各曲線に近接して記載された数字は、観測仰角を示し、観測仰角0度が水平方向、90度が天頂方向を示している。また、図7の計算条件は、センサ(検出器)高度=1000m、地域は中緯度地方で、季節は夏、天候は快晴である。さらに、波数解像度は、5cm-1である。
【0022】
この図から分かるように、赤外線波長領域の約3〜約5.5μmと、約7〜約14μmにおいて、天頂方向の赤外線放射エネルギと水平方向の赤外線放射エネルギはその強度が異なっており、それらの中間の角度においては、それらの中間のエネルギ強度を有している。
従って、このエネルギ強度の差を計測することにより、どの様な観測仰角の角度かが計測でき、かつ、回転する飛翔体自身にこのエネルギ強度を計測する手段を設ければ、回転飛翔体自身で回転角の計測が可能となることが分かる。
【0023】
図8及び図9には、本発明を回転飛翔体としての砲弾に適用する場合の実施形態の概略構成図が示されている。
図8において、回転飛翔体としての砲弾10は、先端信管部に赤外線検出手段20を備えるとともに、後部に回転飛翔体の回転を安定させる制御翼11を備え、かつ、中間部に回転飛翔体としての砲弾10の飛翔状態を変化させるサイドスラスタ(ロケットモータ、推進手段)12を備えている。
【0024】
砲弾10は、その中心軸Rを回転軸として所定回転数、例えば、10Hz=3600rpm程度の回転数で旋回しながら落下してくる。この際、中心軸Rと地面(水平線)Hとは落角Pの角度をなして落下することとなる。一方、赤外線検出手段20の赤外線の計測方向は、中心軸(回転軸)Rに対し直行する軸Sよりも砲弾10の後方に向かって所定角度傾いて設定されており、この赤外線計測方向と中心軸Rとのなす角度がオフセット角Qとされている。
【0025】
なお、落角Pとオフセット角Qとは好ましくは等しく設定され、これらの角度が等しいときには、赤外線検出手段20の赤外線計測方向は、水平方向よりも上方すなわち天頂方向のみを計測し、水平方向より下方の赤外線を計測することがなく、地面Hなどから放射される不規則な赤外線放射エネルギの影響を受けることが少なくされている。
【0026】
赤外線検出手段20は、図9に示されるように、赤外線を集光する光学レンズ21を備えると共に、この光学レンズ21により集光された赤外線は光学フィルタ22により計測に必要な波長のみ通過するようにされて、赤外線センサ23に入力されるようになっている。センサ23にはアンプ24が接続され、センサ23の出力が増幅された後、電気的フィルタ25に入力され、信号処理に不要な周波数がカットされる。この電気的フィルタ25からの出力は、コンピュータ26に入力され、コンピュータ26により後述する適宜な信号処理がなされ、回転角が求められることとなる。
【0027】
次に、赤外線検出手段20の赤外線計測方向の違いによる赤外線検出手段20の出力の違いについて、図10ないし図12に基づいて説明する。
ここにおいて、砲弾10の落角Pを60度とした場合について説明する。
【0028】
図10は、赤外線検出手段20の取り付け角を砲弾10の回転軸Rに直角(90度)にした場合の図である。この際、赤外線検出手段20の赤外線計測方向の回転角をαとし、この赤外線検出手段20の各回転角における水平面に対する角度、すなわち、仰角をθとすると、図10中、砲弾10の右横に示される曲線のように、赤外線検出手段20の仰角θは、水平線(=0度)より空側の+30度から地面側の−30度までの範囲を計測することとなり、図12中上方に示す特性の様な波形を出力することとなる。図12において、本例では、天空方向の放射は、一般的にはこの図の様に極小値を示さない。一方、地表面からの信号は、地上に設けられた各種の熱源等の影響により、規則性のない特性を示すこととなる。なお、図12は、雲のない場合のシュミレーションである。
【0029】
図11には、赤外線検出手段20の取り付けオフセット角Qを砲弾10の回転軸Rから60度すなわち落角Pと等しく設定した場合の図が示されている。この場合の赤外線検出手段20の仰角θも、砲弾10の回転角αに伴って変化し、図11の砲弾10の右側に示す曲線の様に、水平方向(0度)から上方の天空である60度の範囲のみを計測することとなる。
この場合の赤外線検出手段20の検出波形は、図12の下側の曲線の様な波形となり、天空の赤外線放射特性に基づき、水平方向(180度方向)を計測したときにピークをもつ様な出力波形となっている。
【0030】
なお、図12において、図10に示されるように赤外線検出手段20を回転軸に直角に設けた場合には、赤外線検出手段20の出力波形は、地表からの外乱信号により、水平方向においてピーク値を持たないが、この検出される放射エネルギの立ち上がりと立ち下がりとの同じ放射エネルギとなる箇所を計測してその中心位置を求め、この中心位置をピーク値とする演算をすれば、図11に示されるように赤外線検出手段20を落角Pと同一角度にオフセットした場合と同様な扱いを行うことができる。
【0031】
以上により、砲弾10自体に赤外線検出手段20を搭載し、天空の赤外線放射特性の仰角に基づく特性値の違いを計測することにより、その出力波形のピーク値、あるいは立ち上がりと立ち下がりとの演算から水平方向、ひいては、天頂方向を計測することができ、そのピーク値、すなわち、水平位置あるいは天頂位置を基準位置として回転飛翔体である砲弾10の回転角の計測が可能となることが分かる。
【0032】
次に、図1ないし図3に基づいて、本発明にかかる回転飛翔体の回転角計測装置及びその計測方法を、砲弾に適用した一実施形態を説明する。
ここにおいて、本実施形態の各構成部材における、前述の基本構成の説明における構成部材と同一もしくは相当構成部分には、同一もしくは相当符号を付し、説明を省略もしくは簡略にする。
【0033】
図1は本実施形態の概略構成を示すもので、砲弾発射用の火砲側には、砲弾10の追尾用弾道レーダ31が設けられ、この弾道レーダ31の出力は演算装置40の初速計測手段41及び弾道計測手段42に入力される。
演算装置40は、初速計測手段41及び弾道計測手段42の他に、これらの初速計測手段41及び弾道計測手段42からの信号を受けて砲弾10の弾道を計測する弾道演算手段43と、この弾道演算手段43からの信号と図示しない記憶手段に格納されている空気抵抗、気象情報などから予想弾着地を演算する予想弾着地演算手段44と、この予想弾着地演算手段44からの信号と同じく図示しない記憶手段に格納されている目標弾着地とから弾道修正量を演算する弾道修正量演算手段45と、この弾道修正量演算手段45からの信号により砲弾10におけるサイドスラスタ12の噴射個数及び噴射タイミングを演算するサイドスラスタ噴射個数、タイミング演算手段46とを備えている。このサイドスラスタ噴射個数、タイミング演算手段46からの弾道修正量信号は、送信手段33を介して砲弾10に送信されるようになっている。
【0034】
砲弾10側には、受信手段13の他に、赤外線検出手段20と、この赤外線検出手段20からの信号を受けてそのピーク値、あるいは、演算により算出される中心位置から水平方向あるいはこれと直行する天頂方向、すなわち、基準位置を演算する基準位置演算手段14と、この基準位置演算手段14からの信号により砲弾10の回転角を演算する回転角演算手段15と、この回転角演算手段15からの信号と受信手段13を介して入力される弾道修正量信号とによってサイドスラスタ12に駆動信号を出力するサイドスラスタ駆動装置16と、砲弾10の周面に複数設けられサイドスラスタ駆動装置16からの信号で駆動されて砲弾10の飛翔状態(弾道)を変更させるサイドスラスタ12とを備えている。
【0035】
このように構成された本実施形態の作用を、図2の模式図及び図3のフローチャートをも参照して説明する。
図2及び図3において、火砲30から砲弾10が発射されると(図3、ステップ71)、発射された砲弾10は、弾道レーダ31によりその初速とその後の弾道を観測され、これらの信号は演算装置40に入力されて初速計測手段41及び弾道計測手段42により初速及び弾道の計測がなされる(図3、ステップ72,73)。これらの初速計測手段41,弾道計測手段42からの出力により、弾道演算手段43で弾道の演算がなされる(図3、ステップ74)。
ついで、予想弾着地演算手段44により予想弾着地の演算がなされたのち、この演算された弾着地が目標とする弾着地と等しいかどうかが判断される(図3、ステップ75)。この演算弾着地と目標弾着地とが等しいと、弾道レーダ31からの信号が再度取り込まれ、以下ステップ73から75を繰り返すこととなる。この状態では、砲弾10は、目標通りに飛翔しているのであるから、弾道の修正は行われない。
一方、演算弾着地と目標弾着地とが等しくない場合は、弾道修正量演算手段45で弾道修正量が演算され(図3、ステップ76)、この修正を行うために必要なサイドスラスタ噴射個数と噴射タイミングがサイドスラスタ噴射個数、タイミング演算手段46により演算されて弾道修正信号が形成される(図3、ステップ77)。この弾道修正信号は、送信手段33から送信(発信)されるとともに(図3、ステップ78)、ステップ73にフィードバックされ、再度ステップ74で弾道計算がなされ、以下修正した弾道に沿って砲弾10が飛翔しているか否かが、弾道レーダ31からの信号で観測され、ステップ75以後のステップが前述と同様に繰り返される。
【0036】
砲弾10側では、砲弾10の発射に伴い(図3、ステップ81)、赤外線検出手段20により砲弾10の周囲の天空の赤外線放射エネルギが計測される(図3、ステップ82)と、この放射エネルギの観測仰角の相違に基づくエネルギ量の相違から、基準位置演算手段14によってピーク値、換言すると水平位置、天頂位置などの基準位置が演算される(図3、ステップ83)。このピーク値に基づき、回転角演算手段15により砲弾10の回転角が演算される(図3、ステップ84)。ついで、受信手段13で弾道修正信号が受信されているか否かがチェックされ(図3、ステップ85)、受信されていないときは、ステップ82の赤外線量計測からのステップが繰り返される。
一方、修正信号が受信されているときは、サイドスラスタ駆動装置16によりサイドスラスタ12の噴射が修正信号に基づいて行われ(図3、ステップ86)、砲弾10の飛翔状態の変更、すなわち、弾道変更が行われ、砲弾10が目標弾着地へ向かって飛翔することとなる。また、サイドスラスタ12の噴射が行われると、砲弾10では、再度ステップ82の赤外線量の計測が継続されることとなる。
【0037】
以下、上述の手順を繰り返すことで、飛翔中の砲弾10は、回転角を計測されながら弾道修正がなされることとなる。
【0038】
上述のような本実施形態によれば、次のような効果がある。
すなわち、本実施形態では、自然界に存在する赤外線放射エネルギが、天空の仰角によってそのエネルギ量が異なることに着目することによって、可動部を有しない赤外線検出手段20によって砲弾10の回転角を計測できる。従って、耐G性に優れ、安価な回転角計測装置及び計測方法を提供できる。
また、ジャイロなどを用いる従来技術に比べて、極めて小型に出来、砲弾10への適用も容易に出来る。
さらに、赤外線検出手段20の計測方向にオフセット角Qを設ければ、ノイズの多い地上方向の赤外線を計測することなく赤外線放射エネルギを計測できるから、より簡易な構成で基準値としてのピーク値を認識でき、この点からも安価に提供できる。この際、オフセット角Qを落角Pに等しいかそれより小さく、換言すると、オフセット角Qを落角P以下の角度(オフセット角Q≦落角P)に設定すれば、赤外線検出手段20は地面方向の赤外線を全く計測しないから、より精度を上げることが出来る。
【0039】
一方、オフセット角Qを落角Pより大きく(オフセット角Q>落角P)設定しても、前述のように、放射エネルギの立ち上がりと立ち下がりとの等しい値の中心地をピーク値として演算するようにすれば、回転角の計測は可能であるが、その演算機構を設定する分コスト的に不利である。
【0040】
次に、図4には、本発明の理論を確認するための第1の試験装置50が示されている。
第1の試験装置50は、支持脚51に支持された支持台52を備え、この支持台52上には、回転体53が水平面に対して落角Pだけ傾斜した回転軸Rに対して回転自在に支持されている。この回転体53の上部には、赤外線検出手段20が設けられ、この赤外線検出手段20のセンサ計測方向は、回転軸Rに対して落角Pに等しいオフセット角Qを有するようにされている。
この際、赤外線検出手段20は本来の赤外線センサの代わりに、放射温度計を用い、本装置で使用する波長帯の温度を計測できるようにされている。また、この装置では落角P=オフセット角Q=60度に設定し、最も赤外線放射エネルギの大きい水平方向より上の天空方向を計測するようにした。
【0041】
このようにして計測した結果が、図5に示されている。この図5によれば、水平方向にピーク値を持つことが分かる。なお、この図5の計測条件は、天候が晴れであるが、天候が曇りの場合でも、雲底による散乱エネルギはあるが、水平方向にピーク値を持つことは同様であり、このピーク値を基準として回転角を計測できるのも同様である。
【0042】
図6には、本発明の赤外線検出手段20として、非冷却型の赤外線センサを用いた第2の試験装置60が示されている。
第2の試験装置60は基台61を備え、この基台61には支持腕62を介して本体63が所定角度、すなわち、落角Pに等しい角度、具体的には60度、傾斜して固定されている。この本体63には、その下部に非冷却型赤外線センサからなる赤外線検出手段20が設けられるとともに、上部に回転体64が回転可能に取り付けられている。回転体64内には、回転軸R対し落角Pと等しい角度(=60度)に設定されたオフセット角Qの方向から入射される赤外線を、丁度赤外線検出手段20に向けて反射するミラー65が設けられている。すなわち、ミラー65は、回転軸Rに対して30度傾斜して設けられ、回転体64と一体に回転するようにされている。
本体63には、ブラケット66を介して駆動モータ67が取り付けられ、この駆動モータ67の回転がベルト68を介して回転体64に伝達されるようになっている。
【0043】
このように構成された本装置において、回転体64の回転数を10回転/秒、落角P=オフセット角Q=60度になるように設定して回転角に対するセンサ出力を計測した。
その結果、赤外線検出手段20により検出した赤外線放射エネルギは、回転角が水平方向(180度)より少し手前の角度、すなわち、160度近辺で最低値を示し、天頂方向(360度)の少し手前の340度近辺で最高値を示す10Hzのサイン波を示した。この際、赤外線検出手段20の出力は、上述のようにセンサ測定方向水平時にピークを持たず、多少の位相遅れを示した。この位相遅れは、赤外線検出手段20及び図示しない電気回路の位相遅れによるものである。この赤外線検出手段20及び電気回路の位相遅れは、回転数により決まるものであるから、補正可能であり、問題となることはない。
【0044】
このような本実施装置によれば、現状では、安価ではあるが、感度が必ずしも高くはない非冷却型の赤外線センサを用いても、回転体64の回転角の計測が十分可能であり、より安価な装置を提供できる。
また、装置全体ではなく、ミラー65を含む回転体64の部分を回転させて各方位の赤外線を計測するようにしたから、回転機構を小型化でき、かつ、赤外線検出手段20の部分が回転しないため、信号及び電源線がよじられることがなく、この点からも装置の構造を簡易にできる。
この際、ミラー65を用いない場合は、信号線等をスリップリングや電波で外部に出力しなければならず、構造上複雑となって不利である。
【0045】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は、本発明に含まれるものである。
【0046】
例えば、赤外線検出手段20は、前述の温度計、非冷却型赤外線センサ素子に限らず、赤外線を検出できる手段であればいかなるものでもよく、その名称は問わない。
また、回転飛翔体としては、砲弾10に限らず、回転しながら飛翔するものなら如何なるものでもよい。
さらに、砲弾10の弾道を変更するサイドスラスタ12は、通常火薬式のものが用いられるが、本発明はこれに限定されるものではなく、如何なる駆動形式のものでもよく、かつ、その名称も不問であり、スラストモータ、推進手段など如何なるものでもよい。要するに、駆動指令により作動して、回転飛翔体の飛翔状態を変更できる手段であればよい。
【0047】
【発明の効果】
本発明によれば、赤外線検出手段を用い、観測仰角により異なる放射エネルギ量を示す赤外線を検出して回転飛翔体の回転角を検出するようにしたから、赤外線検出手段として可動部を持たない、耐G特性の高い素子を使用することができ、安定して安価に回転角を計測できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図2】図2は、図1の実施形態における作用を示す模式図である。
【図3】図3は、図1の実施形態における作用を示すフロー図である。
【図4】図4(A)、(B)は、本発明の理論を確認するための第1の試験装置を示す概略構成図であり、(A)は側面図、(B)は正面図である。
【図5】図5は、図4の試験装置により測定した回転角と温度との関係を示すグラフである。
【図6】図6は、本発明の理論を確認するための第2の試験装置を示す一部を切欠いた概略構成図である。
【図7】図7は、本発明を案出するきっかけとなった赤外線放射エネルギ強度と観測仰角との関係を示すグラフである。
【図8】図8は、本発明の回転飛翔体として砲弾に適用した一実施形態を示す概略構成図である。
【図9】図9は、図8の実施形態に用いられる赤外線検出手段の一例を示す概略構成図である。
【図10】図10は、本発明の回転飛翔体として砲弾に適用した他の実施形態を示す概略構成図である。
【図11】図11は、本発明の回転飛翔体として砲弾に適用したさらに他の実施形態を示す概略構成図である。
【図12】図12は、図10及び図11の各実施形態における回転角と放射エネルギとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
10 砲弾
12 サイドスラスタ
13 受信手段
14 基準位置演算手段
15 回転角演算手段
16 サイドスラスタ駆動装置
20 赤外線検出手段
30 火砲
31 弾道レーダ
33 送信手段
40 演算装置
41 初速計測手段
42 弾道計測手段
43 弾道演算手段
44 予想弾着地演算手段
45 弾道修正量演算手段
46 サイドスラスタ噴射個数、タイミング演算手段
50 第1の試験装置
60 第2の試験装置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotational angle measuring device for a rotating projectile that measures the rotational angle of a cannonball or other rotating projectile, and a measuring method thereof.
[0002]
[Background]
Conventionally, a rotating projectile that flies freely while rotating, such as a shell, is controlled by injecting a plurality of side thrusters provided on the peripheral surface of the shell to accurately land the shell at a target landing position. It has been known.
At this time, in order to determine which side thruster is injected to change the flight state of the shell, it is necessary to accurately grasp the rotation angle of the shell that is a rotating projectile.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
For this reason, it is necessary to mount a device for measuring the rotation angle on the cannonball. However, in a gyro or the like generally used in missiles or the like, it can withstand extremely high acceleration at the time of firing the cannonball, that is, high launch G. If it is made into a thing, there will be a problem that it becomes very expensive and is not practical.
On the ground, it is possible to measure the rotation angle by measuring the direction of gravity, but since the cannonball flies freely, gravity can be felt by the accelerometer provided on the cannonball during the fall process. There is no or very little gravity, so it is difficult to measure gravity and the rotation angle cannot be measured.
[0004]
Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 4-104000, a rotation angle is obtained from an angular velocity obtained by an optical fiber gyro provided on a rotating cannonball, and an image signal from an image device also provided on the cannonball is converted into polar coordinates. There is disclosed a guiding method for guiding bullets in which the above-mentioned rotation angle is subtracted and image recognition is performed after digital integration of the image signal to steer the shell to one point in polar coordinates.
[0005]
However, the invention described in Japanese Patent Laid-Open No. 4-104000 has a problem that an expensive configuration such as an optical fiber gyroscope or an image device is required, and the entire device is not economical. In addition, as a method of simply measuring the number of rotations, there is a method in which a photosensor is attached perpendicularly to the rotation axis of a rotating body and the number of rotations is obtained from the regularity of the output, but the position of the sun and the brightness of the ground Because of the irregularity, it is not possible to have a reference position, so that the rotation speed can be measured, but the rotation angle cannot be measured.
[0006]
An object of the present invention is to provide a measuring apparatus and a measuring method thereof that can measure the rotation angle of a rotating flying object at a low cost with a simple configuration.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made by paying attention to the fact that the infrared radiation energy of the sky varies depending on the elevation angle, and by using an infrared detection means such as an infrared sensor as a sensor to be used, it can withstand a high firing G of a shell. It is possible to achieve the above object as an element that does not have a movable part that can be seen in a gyroscope or the like.
[0008]
Specifically, the invention according to claim 1 is provided in a rotating flying object that freely flies while rotating, and the rotating flying object. , Detecting infrared rays in the sky above the horizontal direction when the rotating projectile falls Infrared detection means and radiation energy detected by the infrared detection means , Of the rotating projectile From differences in detection values based on rotation angle , A rotational angle measuring device for a rotating flying object, comprising: a reference position calculating means for calculating a reference position; and a rotation angle calculating means for calculating a rotation angle of the rotating flying object from a comparison between the reference position by the reference position calculating means. .
[0009]
According to the present invention, the rotation angle of the rotating projectile can be calculated by detecting the difference based on the elevation angle of the sky radiant energy by the infrared detection means, so that the rotation angle can be detected by an inexpensive detection means having no moving parts. . Therefore, it can sufficiently withstand high-launch G such as cannonballs, and the entire apparatus can be manufactured at low cost.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the rotational angle measurement device for the rotating projectile according to the first aspect, the infrared detecting means is inclined at a predetermined angle toward the rear of the rotating projecting unit with respect to the direction orthogonal to the rotational axis of the rotating projecting unit. This is an apparatus provided on the rotating flying object with an offset angle.
[0011]
According to the present invention, since the mounting angle of the infrared detecting means with respect to the rotating projectile is inclined by a predetermined angle toward the rear of the rotating projectile, in the rotating projectile falling at a predetermined angle while rotating, infrared detection is performed. Compared with the case where the infrared rays detected by the means are provided in the orthogonal direction on the rotating flying object, the amount of infrared rays received from the ground is reduced, and the disturbance of the received radiant energy can be reduced.
At this time, if the offset angle of the infrared detecting device is set to be equal to or smaller than the falling angle of the rotating flying object as in the invention described in claim 3, infrared detection by the infrared detecting means is performed only in the zenith direction above the horizontal direction. Therefore, the measurement accuracy can be further improved without receiving irregular infrared rays from the ground.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, in the rotational angle measuring device for a rotating projectile according to any one of the first to third aspects, the infrared detecting means is an infrared ray having a wavelength of 3 to 5.5 μm and / or 7 to 14 μm. Is a device that detects radiant energy and measures its radiant energy.
According to the present invention, since the rotation angle is measured by detecting only the infrared wavelength range in which the radiant energy intensity greatly differs depending on the observation elevation angle, the zenith direction, and hence the rotation angle can be measured more clearly. .
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, in the rotational angle measuring device for a rotating projectile according to any one of the first to fourth aspects, the reference position calculating means rises and falls of the radiant energy detected by the infrared detecting means. Is a device that calculates a reference position based on the center position obtained by measuring a location having the same radiant energy as the center position.
[0014]
According to the present invention, the center position is obtained by the rise and fall of the radiant energy even if the infrared detection by the infrared detection means is set for the rotating projectile in the direction including the infrared from the ground. Therefore, even if it is difficult to detect the center position by unnecessary infrared rays from the ground, the center position of the radiant energy can be obtained, and thereby the rotation angle of the rotating projectile can be measured.
[0015]
According to a sixth aspect of the present invention, in the rotational angle measurement device for a rotating projectile according to the third aspect, the reference position calculation means measures a peak of radiant energy detected by the infrared detection means, and the peak position is measured at the peak position. A rotation angle measuring device for a rotating projectile that calculates a reference position based on the rotation position.
[0016]
According to this invention, the infrared radiation radiant energy peak value can be detected by providing the infrared detection means tilted toward the rear of the rotating flying object in the invention of claim 3, and thus the reference position is calculated based on this peak value. Therefore, the reference position can be set very easily, and the apparatus can be configured more simply and inexpensively.
[0017]
According to a seventh aspect of the present invention, in the rotational angle measuring device for a rotating projectile according to any one of the first to sixth aspects, the rotating projectile is a cannonball, and a shell is projected on a peripheral surface of the cannonball. A plurality of side thrusters for changing the state are provided, and the shell is provided with side thruster driving means for driving a predetermined side thruster from the rotation angle from the rotation angle calculation means and the ballistic correction signal.
As in the present invention, when the rotating projectile is a cannonball, the rotation angle of the cannonball can be accurately measured, and the side thruster can be driven based on the measurement result. Therefore, the bullet landing position can be accurately set to the target landing position. Can be guided to.
[0018]
In the invention of claim 8, infrared detecting means is provided in a rotating flying object that freely flies while rotating, and the infrared detecting means Based on the infrared rays detected in the sky above the horizontal direction when the rotating projectile falls, Detects the radiant energy around the rotating projectile, calculates the reference position from the difference in the detection value based on the rotation angle of this radiant energy, calculates the rotation angle of the rotating projectile from the comparison with this reference position, and rotates A rotation angle measurement method for a rotating projectile, characterized in that the rotation angle of the flying object is measured.
According to the present invention, the rotational angle of the rotating projectile can be measured at a low cost as in the first aspect.
[0019]
The invention according to claim 9 is the rotation angle measurement method for a rotating projecting object according to claim 8, wherein the infrared detection means detects infrared rays having a wavelength of 3 to 5.5 μm and / or 7 to 14 μm, and radiates energy thereof. It is a method to measure.
According to the present invention, as in claim 4, a more accurate rotation angle can be measured efficiently.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0021]
First, the idea for devising the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 7 shows the characteristics of sky infrared radiation energy obtained by simulation. The horizontal axis represents the infrared wavelength (μm), and the vertical axis represents the radiation energy intensity (mW / cm). 2 / Sr / μm), and the numbers written in the vicinity of each curve in the characteristic curve in the figure indicate the observation elevation angle, the observation elevation angle of 0 degrees indicates the horizontal direction, and 90 degrees indicates the zenith direction. Further, the calculation conditions of FIG. 7 are sensor (detector) altitude = 1000 m, the region is a mid-latitude region, the season is summer, and the weather is clear. Furthermore, the wave number resolution is 5 cm. -1 It is.
[0022]
As can be seen from this figure, in the infrared wavelength region of about 3 to about 5.5 μm and about 7 to about 14 μm, the intensity of the infrared radiation energy in the zenith direction and the infrared radiation energy in the horizontal direction are different. At intermediate angles, they have an intermediate energy intensity.
Therefore, by measuring this energy intensity difference, it is possible to measure the angle of observation elevation, and if the rotating projectile itself is provided with a means for measuring this energy intensity, the rotating projectile itself It can be seen that the rotation angle can be measured.
[0023]
8 and 9 are schematic configuration diagrams of an embodiment in the case where the present invention is applied to a shell as a rotating flying object.
In FIG. 8, a cannonball 10 as a rotating flying object is provided with an infrared detecting means 20 at the tip fuze part, a control wing 11 for stabilizing the rotation of the rotating flying object at the rear part, and as a rotating flying object at an intermediate part. A side thruster (rocket motor, propulsion means) 12 for changing the flight state of the cannonball 10 is provided.
[0024]
The cannonball 10 falls while turning at a predetermined rotational speed, for example, about 10 Hz = 3600 rpm, with the central axis R as the rotational axis. At this time, the central axis R and the ground (horizontal line) H fall at an angle of drop P. On the other hand, the infrared measurement direction of the infrared detection means 20 is set to be inclined at a predetermined angle toward the rear of the shell 10 with respect to the axis S orthogonal to the central axis (rotation axis) R. An angle formed with the axis R is an offset angle Q.
[0025]
Note that the drop angle P and the offset angle Q are preferably set to be equal. When these angles are equal, the infrared measurement direction of the infrared detection means 20 is measured above the horizontal direction, that is, only the zenith direction, and from the horizontal direction. The lower infrared rays are not measured, and the influence of irregular infrared radiation energy radiated from the ground H or the like is reduced.
[0026]
As shown in FIG. 9, the infrared detection means 20 includes an optical lens 21 that collects infrared rays, and the infrared rays collected by the optical lens 21 pass only by a wavelength necessary for measurement by the optical filter 22. And input to the infrared sensor 23. An amplifier 24 is connected to the sensor 23, and the output of the sensor 23 is amplified and then input to the electrical filter 25, and a frequency unnecessary for signal processing is cut. The output from the electrical filter 25 is input to the computer 26, and appropriate signal processing (to be described later) is performed by the computer 26 to obtain the rotation angle.
[0027]
Next, the difference in the output of the infrared detection means 20 due to the difference in the infrared measurement direction of the infrared detection means 20 will be described with reference to FIGS.
Here, a case where the drop angle P of the cannonball 10 is set to 60 degrees will be described.
[0028]
FIG. 10 is a view in the case where the mounting angle of the infrared detecting means 20 is perpendicular to the rotation axis R of the shell 10 (90 degrees). At this time, if the rotation angle of the infrared detection means 20 in the infrared measurement direction is α and the angle of each rotation angle of the infrared detection means 20 with respect to the horizontal plane, that is, the elevation angle is θ, in FIG. Like the curve shown, the elevation angle θ of the infrared detecting means 20 measures a range from +30 degrees on the sky side to −30 degrees on the ground side from the horizontal line (= 0 degree), and is shown in the upper part of FIG. A waveform like the characteristic will be output. In FIG. 12, in this example, the radiation in the sky direction generally does not show a minimum value as in this figure. On the other hand, the signal from the ground surface exhibits non-regular characteristics due to the influence of various heat sources provided on the ground. FIG. 12 shows the simulation when there is no cloud.
[0029]
FIG. 11 shows a diagram in which the attachment offset angle Q of the infrared detecting means 20 is set to 60 degrees from the rotation axis R of the shell 10, that is, equal to the drop angle P. The elevation angle θ of the infrared detecting means 20 in this case also changes with the rotation angle α of the shell 10 and is the sky above the horizontal direction (0 degree) as shown by the curve shown on the right side of the shell 10 in FIG. Only the range of 60 degrees will be measured.
The detection waveform of the infrared detection means 20 in this case is a waveform like the lower curve in FIG. 12, and has a peak when measured in the horizontal direction (180 degree direction) based on the infrared radiation characteristics of the sky. Output waveform.
[0030]
In FIG. 12, when the infrared detection means 20 is provided at a right angle to the rotation axis as shown in FIG. 10, the output waveform of the infrared detection means 20 has a peak value in the horizontal direction due to a disturbance signal from the ground surface. 11, the location where the detected radiant energy rises and falls has the same radiant energy is measured to obtain the center position, and the calculation is performed with the center position as a peak value. As shown, the same treatment as when the infrared detection means 20 is offset to the same angle as the drop angle P can be performed.
[0031]
As described above, the infrared detection means 20 is mounted on the shell 10 itself, and the difference between the characteristic values based on the elevation angle of the infrared radiation characteristics of the sky is measured, so that the peak value of the output waveform or the calculation of the rise and fall can be obtained. It can be seen that the horizontal direction, and hence the zenith direction, can be measured, and the peak value, that is, the rotation angle of the shell 10 as a rotating projectile can be measured with the horizontal position or the zenith position as a reference position.
[0032]
Next, based on FIG. 1 thru | or FIG. 3, one Embodiment which applied the rotation angle measuring apparatus of the rotary flying body concerning this invention and its measuring method to a cannonball is described.
Here, in each constituent member of the present embodiment, the same or corresponding components as those in the description of the basic configuration described above are denoted by the same or corresponding reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
[0033]
FIG. 1 shows a schematic configuration of this embodiment, and a ballistic radar 31 for tracking a cannonball 10 is provided on the side of a gun for firing a bullet, and the output of this ballistic radar 31 is an initial speed measuring means 41 of a computing device 40. And the trajectory measuring means 42.
In addition to the initial velocity measuring means 41 and the ballistic measuring means 42, the arithmetic device 40 receives the signals from the initial velocity measuring means 41 and the ballistic measuring means 42 and measures the trajectory of the shell 10 and the trajectory. The same as the signal from the expected impact landing calculation means 44 and the expected impact landing calculation means 44 for calculating the expected impact landing from the signal from the calculation means 43 and the air resistance and weather information stored in the storage means (not shown). The ballistic correction amount calculating means 45 for calculating the ballistic correction amount from the target landing point stored in the storage means that does not, and the number of injections and the injection timing of the side thrusters 12 in the cannonball 10 by the signal from the ballistic correction amount calculating means 45 And the side thruster injection number and timing calculation means 46 are provided. The ballistic correction amount signal from the number of side thrusters and the timing calculation means 46 is transmitted to the shell 10 via the transmission means 33.
[0034]
On the side of the shell 10, in addition to the receiving means 13, the infrared detecting means 20 and the peak value received from the infrared detecting means 20 or the center position calculated by calculation, or in the horizontal direction or directly therewith. From the reference position calculation means 14 for calculating the zenith direction, that is, the reference position, the rotation angle calculation means 15 for calculating the rotation angle of the shell 10 based on the signal from the reference position calculation means 14, and the rotation angle calculation means 15 And a side thruster drive device 16 for outputting a drive signal to the side thruster 12 by a ballistic correction amount signal input via the receiving means 13, and a plurality of side thruster drive devices 16 provided on the peripheral surface of the shell 10. And a side thruster 12 that is driven by a signal to change the flight state (ballistic trajectory) of the shell 10.
[0035]
The operation of the present embodiment configured as described above will be described with reference to the schematic diagram of FIG. 2 and the flowchart of FIG.
2 and 3, when the shell 10 is fired from the gun 30 (FIG. 3, step 71), the fired shell 10 is observed by the ballistic radar 31 for its initial velocity and subsequent ballistics, and these signals are The initial speed and the trajectory are measured by the initial speed measuring means 41 and the trajectory measuring means 42 after being input to the arithmetic unit 40 (FIG. 3, steps 72 and 73). Based on the outputs from the initial speed measuring means 41 and the ballistic measuring means 42, the trajectory calculating means 43 calculates the trajectory (FIG. 3, step 74).
Next, after the predicted landing is calculated by the predicted landing calculation means 44, it is determined whether or not the calculated landing is equal to the target landing (FIG. 3, step 75). If the calculated landing position is equal to the target landing position, the signal from the ballistic radar 31 is taken in again, and steps 73 to 75 are repeated thereafter. In this state, since the shell 10 is flying according to the target, the trajectory is not corrected.
On the other hand, if the calculated impact landing and the target impact landing are not equal, the trajectory correction amount is calculated by the trajectory correction amount calculating means 45 (step 76 in FIG. 3), and the number of side thruster injections necessary to perform this correction is calculated. The injection timing is calculated by the number of side thrusters and the timing calculation means 46 to form a ballistic correction signal (FIG. 3, step 77). This ballistic correction signal is transmitted (transmitted) from the transmitting means 33 (FIG. 3, step 78), and is fed back to step 73. The trajectory is calculated again in step 74, and the bullet 10 is then moved along the corrected trajectory. Whether or not the aircraft is flying is observed by a signal from the ballistic radar 31, and the steps after step 75 are repeated in the same manner as described above.
[0036]
On the cannonball 10 side, as the cannonball 10 is fired (step 81 in FIG. 3), infrared radiation energy in the sky around the shell 10 is measured by the infrared detection means 20 (FIG. 3, step 82). From the difference in energy amount based on the difference in observation elevation angle, the reference position calculation means 14 calculates a peak value, in other words, a reference position such as a horizontal position and a zenith position (FIG. 3, step 83). Based on this peak value, the rotation angle calculation means 15 calculates the rotation angle of the shell 10 (FIG. 3, step 84). Next, it is checked whether or not the ballistic correction signal is received by the receiving means 13 (FIG. 3, step 85). If not received, the steps from the infrared amount measurement in step 82 are repeated.
On the other hand, when the correction signal is received, the side thruster driving device 16 performs the injection of the side thruster 12 based on the correction signal (step 86 in FIG. 3), and changes the flight state of the shell 10, that is, the trajectory. The change is made and the shell 10 flies toward the target landing point. Further, when the side thruster 12 is injected, the measurement of the amount of infrared rays in step 82 is continued again in the shell 10.
[0037]
Hereinafter, by repeating the above-described procedure, the trajectory 10 in flight is subjected to ballistic correction while the rotation angle is measured.
[0038]
According to this embodiment as described above, the following effects are obtained.
In other words, in the present embodiment, it is possible to measure the rotation angle of the cannonball 10 by the infrared detecting means 20 having no movable part by noting that the amount of energy of the infrared radiation energy existing in nature varies depending on the elevation angle of the sky. . Therefore, it is possible to provide an inexpensive rotation angle measuring device and measuring method that are excellent in G resistance.
Further, it can be made extremely small as compared with the prior art using a gyro and the like, and can be easily applied to the shell 10.
Furthermore, if the offset angle Q is provided in the measurement direction of the infrared detection means 20, infrared radiant energy can be measured without measuring noisy infrared rays in the ground direction. Therefore, a peak value as a reference value can be obtained with a simpler configuration. It can be recognized and can also be provided at low cost. At this time, if the offset angle Q is equal to or smaller than the drop angle P, in other words, if the offset angle Q is set to an angle equal to or less than the drop angle P (offset angle Q ≦ drop angle P), the infrared detecting means 20 is allowed to move to the ground. Since the direction infrared rays are not measured at all, the accuracy can be improved.
[0039]
On the other hand, even if the offset angle Q is set larger than the drop angle P (offset angle Q> drop angle P), as described above, the center of the value where the rising and falling of the radiant energy are equal is calculated as the peak value. By doing so, it is possible to measure the rotation angle, but it is disadvantageous in terms of cost because the calculation mechanism is set.
[0040]
Next, FIG. 4 shows a first test apparatus 50 for confirming the theory of the present invention.
The first test apparatus 50 includes a support base 52 supported by support legs 51, on which a rotating body 53 rotates with respect to a rotation axis R inclined by a drop angle P with respect to a horizontal plane. It is supported freely. An infrared detector 20 is provided on the upper part of the rotating body 53, and the sensor measurement direction of the infrared detector 20 has an offset angle Q equal to the drop angle P with respect to the rotation axis R.
At this time, the infrared detecting means 20 uses a radiation thermometer instead of the original infrared sensor, and can measure the temperature of the wavelength band used in this apparatus. In this apparatus, the drop angle P = offset angle Q = 60 degrees is set, and the sky direction above the horizontal direction with the largest infrared radiation energy is measured.
[0041]
The measurement result is shown in FIG. According to FIG. 5, it can be seen that there is a peak value in the horizontal direction. The measurement condition of FIG. 5 is that the weather is sunny, but even when the weather is cloudy, there is scattered energy due to the cloud bottom, but it has the same peak value in the horizontal direction. Similarly, the rotation angle can be measured as a reference.
[0042]
FIG. 6 shows a second test apparatus 60 using an uncooled infrared sensor as the infrared detecting means 20 of the present invention.
The second test apparatus 60 includes a base 61, and a main body 63 is inclined to the base 61 via a support arm 62 at a predetermined angle, that is, an angle equal to the drop angle P, specifically 60 degrees. It is fixed. The main body 63 is provided with the infrared detecting means 20 including an uncooled infrared sensor at the lower portion thereof, and a rotating body 64 is rotatably attached to the upper portion thereof. In the rotating body 64, the mirror 65 that reflects the infrared rays incident from the direction of the offset angle Q set to the angle (= 60 degrees) equal to the drop angle P with respect to the rotation axis R, just toward the infrared detection means 20. Is provided. That is, the mirror 65 is provided with an inclination of 30 degrees with respect to the rotation axis R, and is rotated integrally with the rotating body 64.
A drive motor 67 is attached to the main body 63 via a bracket 66, and the rotation of the drive motor 67 is transmitted to the rotating body 64 via a belt 68.
[0043]
In this apparatus configured as described above, the rotational speed of the rotating body 64 was set to 10 rotations / second and the drop angle P = offset angle Q = 60 degrees, and the sensor output with respect to the rotation angle was measured.
As a result, the infrared radiant energy detected by the infrared detecting means 20 shows a minimum value when the rotation angle is a little before the horizontal direction (180 degrees), that is, around 160 degrees, and a little before the zenith direction (360 degrees). A sine wave of 10 Hz showing a maximum value around 340 degrees. At this time, the output of the infrared detection means 20 did not have a peak when the sensor measurement direction was horizontal as described above, and showed a slight phase delay. This phase delay is due to the phase delay of the infrared detecting means 20 and an electric circuit (not shown). Since the phase delay of the infrared detecting means 20 and the electric circuit is determined by the rotational speed, it can be corrected and does not cause a problem.
[0044]
According to the present embodiment, the rotation angle of the rotating body 64 can be sufficiently measured even using an uncooled infrared sensor that is inexpensive at the present time but does not necessarily have high sensitivity. An inexpensive device can be provided.
Moreover, since the part of the rotating body 64 including the mirror 65 is rotated to measure the infrared rays in each direction, not the entire apparatus, the rotating mechanism can be miniaturized and the part of the infrared detecting means 20 does not rotate. Therefore, the signal and the power line are not twisted, and the structure of the apparatus can be simplified from this point.
In this case, if the mirror 65 is not used, the signal line or the like must be output to the outside by a slip ring or radio waves, which is disadvantageous because of its structural complexity.
[0045]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications and improvements within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
[0046]
For example, the infrared detecting means 20 is not limited to the above-described thermometer and uncooled infrared sensor element, and any means can be used as long as it can detect infrared rays, and the name is not limited.
Further, the rotating flying object is not limited to the cannonball 10, and any object that flies while rotating may be used.
Further, as the side thruster 12 for changing the trajectory of the shell 10, a gunpowder type is usually used. However, the present invention is not limited to this, and any drive type may be used, and the name thereof is not limited. Anything such as a thrust motor or propulsion means may be used. In short, any means can be used as long as it can operate in accordance with the drive command and change the flying state of the rotating flying object.
[0047]
【The invention's effect】
According to the present invention, the infrared detecting means is used to detect the rotational angle of the rotating flying object by detecting the infrared ray showing a different amount of radiant energy depending on the observation elevation angle. An element having high G resistance can be used, and the rotation angle can be measured stably and inexpensively.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing an operation in the embodiment of FIG. 1;
FIG. 3 is a flowchart showing an operation in the embodiment of FIG. 1;
4A and 4B are schematic configuration diagrams showing a first test apparatus for confirming the theory of the present invention. FIG. 4A is a side view, and FIG. 4B is a front view. It is.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the rotation angle and temperature measured by the test apparatus of FIG. 4;
FIG. 6 is a schematic configuration diagram with a part cut away showing a second test apparatus for confirming the theory of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the infrared radiation energy intensity and the observation elevation angle that triggered the invention.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to a shell as a rotating projectile of the present invention.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing an example of infrared detection means used in the embodiment of FIG. 8;
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing another embodiment applied to a shell as a rotating projectile of the present invention.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing still another embodiment applied to a shell as a rotating projectile of the present invention.
12 is a graph showing the relationship between the rotation angle and radiant energy in each of the embodiments of FIGS. 10 and 11. FIG.
[Explanation of symbols]
10 Cannonball
12 Side thruster
13 Receiving means
14 Reference position calculation means
15 Rotation angle calculation means
16 Side thruster drive device
20 Infrared detection means
30 Artillery
31 Ballistic radar
33 Transmission means
40 arithmetic unit
41 Initial speed measurement means
42 Ballistic measurement means
43 Ballistic calculation means
44 Expected landing landing calculation means
45 Ballistic correction amount calculation means
46 Number of side thruster injection, timing calculation means
50 First test apparatus
60 Second test apparatus

Claims (9)

回転しながら自由飛翔する回転飛翔体と、
この回転飛翔体に設けられ、前記回転飛翔体の落下時における水平方向よりも上方の天空の赤外線を検出する赤外線検出手段と、
この赤外線検出手段により検出される放射エネルギの、前記回転飛翔体の回転角度に基づく検出値の相違から基準位置を算出する基準位置演算手段と、
この基準位置演算手段による基準位置との比較から前記回転飛翔体の回転角を演算する回転角演算手段とを備えた
ことを特徴とする回転飛翔体の回転角計測装置。
A rotating projectile that flies freely while rotating;
An infrared detecting means provided on the rotating projectile body for detecting infrared rays in the sky above the horizontal direction when the rotating projectile falls ;
Of radiant energy detected by the infrared detection means, the difference of the detection values based on the rotation angle of the rotating projectile, and the reference position calculation means for calculating a reference position,
A rotation angle measuring device for a rotating flying object, comprising: a rotation angle calculating means for calculating a rotation angle of the rotating flying object from a comparison with a reference position by the reference position calculating means.
請求項1に記載の回転飛翔体の回転角計測装置において、前記赤外線検出手段は、回転飛翔体の回転軸直交方向に対し、回転飛翔体の後方に向かって所定角度傾いたオフセット角を有して回転飛翔体に設けられたことを特徴とする回転飛翔体の回転角計測装置。The rotation angle measuring device of the rotating projecting object according to claim 1, wherein the infrared detecting means has an offset angle inclined by a predetermined angle toward the rear of the rotating projecting object with respect to the direction orthogonal to the rotation axis of the rotating projecting object. A rotation angle measuring device for a rotating flying object, characterized in that the rotation angle measuring apparatus is provided on the rotating flying object. 請求項2に記載の回転飛翔体の回転角計測装置において、前記オフセット角は、回転飛翔体の落角以下の角度に設定されていることを特徴とする回転飛翔体の回転角計測装置。The rotation angle measuring device for a rotating projectile according to claim 2, wherein the offset angle is set to an angle equal to or less than a drop angle of the rotating projectile. 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の回転飛翔体の回転角計測装置において、前記赤外線検出手段は、3〜5.5μmおよび/または7〜14μmの波長の赤外線を検出してその放射エネルギを計測することを特徴とする回転飛翔体の回転角計測装置。4. The rotation angle measuring device for a rotating projectile according to claim 1, wherein the infrared detecting means detects infrared rays having a wavelength of 3 to 5.5 [mu] m and / or 7 to 14 [mu] m and emits the infrared rays. A rotation angle measuring device for a rotating flying object, characterized by measuring energy. 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の回転飛翔体の回転角計測装置において、前記基準位置演算手段は、前記赤外線検出手段により検出される放射エネルギの立ち上がりと立ち下がりとの同じ放射エネルギとなる箇所を計測してその中心位置を求め、この中心位置に基づいて基準位置を算出することを特徴とする回転飛翔体の回転角計測装置。5. The rotation angle measurement device for a rotating projectile according to claim 1, wherein the reference position calculation means has the same radiant energy as the rise and fall of the radiant energy detected by the infrared detection means. A rotation angle measuring device for a rotating projectile, characterized in that a center position is obtained by measuring a position to be and a reference position is calculated based on the center position. 請求項3に記載の回転飛翔体の回転角計測装置において、前記基準位置演算手段は、前記赤外線検出手段により検出される放射エネルギのピークを計測し、このピーク位置に基づいて基準位置を算出することを特徴とする回転飛翔体の回転角計測装置。4. The rotation angle measuring device for a rotating projectile according to claim 3, wherein the reference position calculation means measures a peak of radiant energy detected by the infrared detection means, and calculates a reference position based on the peak position. An apparatus for measuring a rotation angle of a rotating flying object. 請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の回転飛翔体の回転角計測装置において、前記回転飛翔体は砲弾とされるとともに、この砲弾の周面には砲弾の飛翔状態を変化させるサイドスラスタが複数設けられ、かつ、前記砲弾には前記回転角演算手段からの回転角と弾道修正信号とから所定のサイドスラスタを駆動するサイドスラスタ駆動手段が設けられたことを特徴とする回転飛翔体の回転角計測装置。7. The rotational angle measurement device for a rotating projectile according to claim 1, wherein the rotating projectile is a shell, and a side thruster for changing a flight state of the shell on a peripheral surface of the shell. And a plurality of side thruster driving means for driving a predetermined side thruster from a rotation angle and a ballistic correction signal from the rotation angle calculating means. Rotation angle measuring device. 回転しながら自由飛翔する回転飛翔体に赤外線検出手段を設け、
この赤外線検出手段により、この回転飛翔体の落下時における水平方向よりも上方の天空で検出される赤外線に基づいて、前記回転飛翔体の周囲の放射エネルギを検出するとともに、
この放射エネルギの回転角度に基づく検出値の相違から基準位置を算出し、
この基準位置との比較から回転飛翔体の回転角を演算して回転飛翔体の回転角を計測する
ことを特徴とする回転飛翔体の回転角計測方法。
Infrared detection means is provided on a rotating flying object that flies freely while rotating,
The infrared detection means detects the radiant energy around the rotary projectile based on the infrared detected in the sky above the horizontal direction when the rotary projectile falls .
Calculate the reference position from the difference in detection value based on the rotation angle of this radiant energy,
A rotation angle measurement method for a rotating projectile, wherein the rotation angle of the rotating projectile is calculated by calculating the rotation angle of the rotating projectile from a comparison with the reference position.
請求項8に記載の回転飛翔体の回転角計測方法において、前記赤外線検出手段は、3〜5.5μmおよび/または7〜14μmの波長の赤外線を検出してその放射エネルギを計測することを特徴とする回転飛翔体の回転角計測方法。9. The rotational angle measurement method for a rotating projectile according to claim 8, wherein the infrared detecting means detects infrared rays having a wavelength of 3 to 5.5 [mu] m and / or 7 to 14 [mu] m and measures the radiation energy thereof. The rotation angle measurement method of the rotating projectile.
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