JP3899803B2

JP3899803B2 - 誘導制御装置

Info

Publication number: JP3899803B2
Application number: JP2000304868A
Authority: JP
Inventors: 類廣川; 仁美田和
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-10-04
Filing date: 2000-10-04
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2020-10-04
Also published as: JP2002107098A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ストラップ型ダウンシーカを搭載し、ヘリコプターや飛行機等の航空機または地上から発射され、他の航空機または艦船等の目標に誘導されることを目的とする誘導飛しょう体の経路および姿勢を制御する誘導制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下に、ストラップ型ダウンシーカを用いる飛しょう体の従来の誘導制御方法を説明する。図６は従来の誘導制御装置を搭載した飛しょう体の簡略化した構成例を示す。図において、１は目標を捜索し誘導飛しょう体と目標方向を検知及び追尾するストラップ型ダウンシーカ、２は誘導飛しょう体の加速度、角速度を検出する慣性装置、５は後述の加速度指令計算機９より得られた加速度指令にしたがって誘導飛しょう体の発生加速度を制御するために操舵翼舵角指令を生成する舵角指令計算機、６は操舵翼舵角指令を受けて操舵翼７を駆動する操舵装置、９はシーカ１より検出された目標の相対位置、相対速度情報からピッチ系、ヨー系の加速度指令を生成する加速度指令計算機、１１は飛しょう体全体を示す。
【０００３】
ストラップ型ダウンシーカを用いる飛しょう体の従来の誘導制御装置は上記のように構成される。ここで、ストラップ型ダウンシーカとは、アンテナ方向を制御するための機械式のジンバル方向を持たず、アンテナ面が飛しょう体の前方に向けて固定されたシーカのことである。目標に関する誘導は鉛直面内と水平面内の誘導により３次元的に定義され、鉛直面内の信号をピッチ系、水平面内の信号をヨー系として定義する。
【０００４】
誘導を行なう際には目標へと向かうピッチ加速度指令apc及びヨー加速度指令aycを加速度指令計算機９において計算する。この際、目標との相対距離及び相対速度情報が必要となる。ストラップ型ダウンシーカが目標の情報を検出可能な距離に達するまでの間は、発射時に母機より与えられた目標との相対位置及び相対速度情報を用いる。発射時に与えられた情報に基づき飛しょう体１１と目標２２との相対距離、相対距離の時間変化率、相対速度Ｖｃ、ピッチ、ヨー方向目視線角、目視線角の時間変化率を数１にて計算する。
【０００５】
【数１】

【０００６】
ここで、空間に固定した慣性軸をＸ０，Ｙ０，Ｚ０、機体軸をＸｂ，Ｙｂ，Ｚｂと定義するものとし、それらの関係を図７に示す。飛しょう体１１の姿勢は慣性軸に対する機体軸の向きとしてオイラー角を用いて定義する。オイラー角とは３つの順序を有する回転y,q,fによって定義される。まず慣性軸Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０をＺ０軸周りに回転しＸ０がＺ０とＸ１とで定まる面に含まれるようにする。この時の回転角をyとし、この位置にあるＸ０，Ｙ０，Ｚ０を改めてＸ１，Ｙ１，Ｚ１と名づける。
【０００７】
次に、Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１をＹ１軸周りにq回転させ、Ｘ１を機体軸Ｘｂに一致させた軸をＸ２，Ｙ２，Ｚ２とする。最後にＸ２，Ｙ２，Ｚ２をＸ２軸周りにf回転させ機体軸Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂに一致させる。目視線角sp,syは図８に示すように慣性軸Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０を基準としたものである。数１より得た相対距離、相対速度Ｖｃ、目視線角の時間変化率より目標に向かうためのピッチ加速度指令apc、ヨー加速度指令aycを加速度指令計算機９において数２により計算する。加速度指令の計算手段としては種々の誘導則のうち最も一般的な比例航法を用いる。
【０００８】
【数２】

【０００９】
加速度指令計算機９より得られるピッチ系、ヨー系の加速度指令apc,aycにしたがって飛しょう体１１の発生加速度を制御するために舵角指令計算機５において操舵翼舵角指令dpc,dycを生成する。舵角指令dpc,dycを受け操舵装置５で操舵翼６を駆動し、飛しょう体１１の空力的姿勢が変化することにより指令方向に加速度を発生する。そして誘導誤差を修正し、目標に会合させる。
【００１０】
ここで、飛しょう体１１が目標の情報を検知可能な距離に達した時、シーカ１にて目標を探索する。シーカ１より検出した誘導飛しょう体と目標との相対位置、相対速度情報を用いてピッチ系、ヨー系加速度指令apc,aycを生成し、飛しょう経路を制御することにより目標へ飛しょう体１１を誘導し会合させる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図９、図１０にストラップ型ダウンシーカを用いる飛しょう体のピッチ方向、ヨ―方向のシーカの視野範囲を示す。加速度指令により飛しょう体１１を目標２２へ誘導し会合させる際に、目標２２を探索するシーカのアンテナ面２１が飛しょう体の前方に向けて固定されているため、シーカの視野範囲２０が有限である。ここで、ピッチ方向の視野範囲を±qpmaxヨー方向の視野範囲を±qymaxとする。
【００１２】
従来の誘導制御装置において、図１１に示すように、目標を検出可能な相対距離Ｒ１に達した際に目標２２がシーカ視野範囲内に存在する場合は目標２２を検知できる。しかしながら、飛しょう体１１発射後目標の移動方向が変化した場合、飛しょう体１１が推定する目標位置と実際に存在する目標位置が異なるため、目標を検出可能な相対距離Ｒ１に達した際に目標位置の推定誤差が積み重なり、目標がシーカ視野範囲内に存在しない可能性がある。
【００１３】
また、飛しょう体１１の姿勢角や位置等を検出する慣性装置２の慣性計算誤差が存在する場合についても同様のことが起こり得る。従って、飛しょう体１１の飛しょう経路を制御し目標２２へ正確に誘導するのは困難であり、飛しょう体１１が目標を検出可能な相対距離Ｒ１に達した際に、シーカ視野範囲２０内に目標が存在しない可能性がある。その結果、目標２３の様に視野範囲に目標を見つけられないため、飛しょう体１１の飛しょう経路を目標２３との会合点に向けて制御することが出来ず、誘導性能が劣化する可能性があるという問題点があった。
【００１４】
本発明は、かかる課題を解決するものであり、ストラップ型ダウンシーカを用いる飛しょう体の飛しょう経路を制御する誘導制御装置において、機体の姿勢を制御することにより仮想的な角度捜索系を構成し、捜索可能な視野を広げ、誘導性能の劣化を防止することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による誘導制御装置は、誘導飛しょう体の目標へと誘導するために飛しょう経路を制御する誘導制御装置において、目標方向を検知するストラップ型ダウンシーカと、前記誘導飛しょう体の姿勢角速度、姿勢角を検出する慣性装置と、目標の捜索パターンを設定する捜索パターン設定手段と、前記捜索パターンに基づき仮想ジンバル方向と慣性系の目視線方向との角度からピッチ系、ヨー系の姿勢角指令を生成する姿勢角指令計算手段と、前記姿勢角指令から操舵翼の操舵指令を出力する操舵指令計算手段とを備えたものである。
【００１６】
また、第２の発明による誘導制御装置は第１の発明による誘導装置に加えて、速度情報に基づき機体の安定性を確保できる範囲に姿勢角指令を制限するリミッタを備えたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下に、本発明を図面にしたがって説明する。図１は飛しょう体の飛しょう経路を制御する誘導制御装置を搭載した誘導飛しょう体の簡略化した構成例を示す。図において、１は目標方向を検知するストラップ型ダウンシーカ、２は誘導飛しょう体の姿勢角速度、姿勢角を検知する慣性装置、３は目標の捜索パターンを設定する捜索パターン設定手段、４は前記捜索パターンに基づき仮想ジンバル方向を慣性系の目視線方向とするピッチ系、ヨー系の姿勢角指令を生成する姿勢角指令計算手段、５は姿勢角指令にしたがって誘導飛しょう体の姿勢角を制御するために操舵翼舵角指令を生成する舵角指令計算機、６は操舵翼舵角指令を受け、操舵翼７を駆動する操舵装置、１０は誘導制御装置全体、１１は飛しょう体全体を表す。
【００１８】
本発明の誘導制御装置は上記のように構成される。母機より発射された飛しょう体は目標を検出可能な相対距離Ｒ１に達するまでの間、慣性系の目視線方向を仮想のジンバル方向として変化させる数３のような姿勢角指令qc,ycを生成する。
【００１９】
【数３】

【００２０】
数３より得られたピッチ方向、ヨー方向の姿勢角指令qc,yc及び姿勢角速度q,rから操舵翼７の舵角指令を舵角指令計算機５により計算する。
【００２１】
ここで、舵角指令計算機５の構成を図３、図４に示す。姿勢角指令qc,ycに対して追従する様に、慣性装置２より得られる飛しょう体１１の姿勢角q,yループと姿勢角速度q,rループをもつ構成とし、Ｋ１,Ｋ２はそれぞれ適切に設定されたゲインである。ここで、操舵翼舵角指令dpc,dycは姿勢角q,y,姿勢角速度q,rを用いて数４のように表される。
【００２２】
【数４】

【００２３】
操舵翼舵角指令dpc,dycを受けた操舵装置６により操舵翼７を駆動し、飛しょう体１１のピッチ・ヨー姿勢角q,yを制御する。
【００２４】
ここで、飛しょう体が目標検出可能な相対距離Ｒ１に達した際に、シーカ視野範囲内に目標が存在しない場合には、姿勢角を制御することにより目標を捜索する捜索パターンを設定する。捜索パターンとして例えば、図２に示すような捜索開始の状態での機体軸Ｘｂ方向を中心としその周辺を捜索するような捜索パターン２４を考える。
【００２５】
飛しょう体１１の姿勢は図７に示すようなオイラー角で定義でき、これらを飛しょう体１１のピッチ方向、ヨー方向、ロール方向の姿勢角q,y,fと定義する。図２に示す捜索パターン２４にしたがって姿勢角q,yを制御し目標２３を捜索する。そして、新たなシーカ視野範囲において目標２３を検知できなかった場合には、捜索パターン２４に従って姿勢角q,yを制御することによって目標２３を捜索し、目標２３を検知出来れば、慣性軸を基準とした目視線角sp,syをピッチ方向、ヨー方向の姿勢角指令qc,ycとして、姿勢角q,yを制御し目標２３へ飛しょう体１１を誘導し、検知した目標２３の追尾を行なう。
【００２６】
実施の形態２
図５を用いて本発明の実施の形態２について説明する。ここで、図５は実施の形態１基づく誘導制御装置を搭載した飛しょう体の構成を示すものである。８は速度情報に基づき機体の安定性を確保できる範囲に姿勢角指令を制限するリミッタである。その他の構成品は実施の形態１に基づく誘導制御装置と同じである。
【００２７】
誘導制御装置は上記のように構成される。実施の形態１と同様にシーカ１が目標情報を検出可能な相対距離に達するまでは、誘導に必要な目標方向を慣性系の目視線角sp,syとして発射時に母機より得、ピッチ方向、ヨー方向の飛しょう体の姿勢角指令qc,ycを出力し、操舵翼の舵角指令dpc,dpcを計算する。
【００２８】
ここで、姿勢角指令qcから迎角aまでの伝達関数をＴｆ（ｓ）とすると、姿勢角指令qcのステップ入力に対するこの定常値a０は数５のようになる。但し、伝達関数Ｔｆ（ｓ）は速度、高度によって変化するものとする。
【００２９】
【数５】

【００３０】
ここで、ピッチングモーメントや外乱モーメントは迎角aが大きくなるにつれて増大するため、飛しょう体１１の安定性を確保できる迎角の範囲が限られてくる。上式より求められた迎角の定常値a０が飛しょう体１１の安定性を確保できる迎角aの最大値amaxよりも小さくなるように姿勢角指令のリミット値qclimを数６より決定する。
【００３１】
【数６】

【００３２】
このように姿勢角指令のリミット値qclim,yclimを定めることにより、ある速度、高度において飛しょうする飛しょう体１１が機体の安定性を保ちつつ、飛しょう体のシーカ視野範囲内に目標があり検知できるため誘導性能が向上する。
【００３３】
【発明の効果】
本発明による誘導装置は、以上のように構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００３４】
第１の発明による誘導制御装置は従来の誘導制御装置に加えて、仮想的な角度捜索系を構成し捜索可能なシーカ視野範囲を広げるような姿勢角指令計算機を付加することにより、視野外にあるため検知不可能であった目標を検知することができ、誘導性能劣化を防止することができる。
【００３５】
また、第２の発明によれば、姿勢角指令を制限するリミッタを付加することにより、飛しょう体の安定性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による誘導制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１による誘導飛しょう体の目標捜索パターンを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１による誘導飛しょう体のピッチ系舵角指令計算機の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１による誘導飛しょう体のヨー系舵角指令計算機の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２による誘導制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】従来の誘導装置の構成を示す図である。
【図７】慣性軸と機体軸との関係を表す図である。
【図８】慣性軸を基準とした目視線角を示す図である。
【図９】飛しょう体のピッチ方向のシーカ視野範囲を示す図である。
【図１０】飛しょう体のヨー方向のシーカ視野範囲を示す図である。
【図１１】飛しょう体と目標との位置関係を示す図である。
【符号の説明】
１ストラップ型ダウンシーカ、２慣性装置、３捜索パターン設定手段、４姿勢角指令計算機、５舵角指令計算機、６操舵装置、７操舵翼、８リミッタ、９加速度指令計算機、１０誘導制御装置、１１飛しょう体、１２母機、２０シーカ視野範囲、２１シーカアンテナ面、２２目標、２３検知不可能な目標、２４捜索パターン一例、２５飛しょう体姿勢角変化により捜索を行なう範囲の一例。

Claims

誘導飛しょう体を目標へ誘導するために飛しょう経路を制御する誘導装置において、
目標方向を検知するストラップ型ダウンシーカと、
前記誘導飛しょう体の姿勢角速度、姿勢角を検知する慣性装置と、
前記誘導飛しょう体が目標検出可能な相対距離に達した際に、前記シーカ視野範囲内に目標が存在しない場合には、姿勢角を制御することにより機体軸方向を中心としその周辺を捜索するような目標の捜索パターンを設定する捜索パターン設定手段と、
前記捜索パターンに基づき仮想ジンバル方向と慣性系の目視線方向との角度からピッチ系、ヨー系の姿勢角指令を生成する姿勢角指令計算手段と、
前記慣性装置の速度、高度情報に基づき機体の安定性を確保できる範囲に前記姿勢角指令を制限するリミッタと、
前記姿勢角指令及び姿勢角速度から操舵翼の操舵指令を出力する操舵指令計算手段と
を備えることを特徴とする誘導制御装置。