JP4046626B2

JP4046626B2 - 飛翔体誘導装置

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Publication number: JP4046626B2
Application number: JP2003061548A
Authority: JP
Inventors: 健黒田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2023-03-07
Also published as: JP2004271025A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、飛来する弾道飛翔体（ＢＭ：ＢａｌｌｉｓｔｉｃＭｉｓｓｉｌｅ）を大気圏外で迎撃する迎撃飛翔体の誘導装置に関するものであり、特に、終末期最終段階における最終機動により１０数ｃｍ程度の命中精度で迎撃飛翔体を弾道飛翔体に直撃させるための飛翔体誘導装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の飛翔体誘導装置は、目視線方向検出装置が迎撃飛翔体に搭載され、画像センサで弾道飛翔体（目標飛翔体）の熱を検出することにより、迎撃飛翔体からＢＭへの方向を検出する。目視線方向時間変化率計算装置は、検出された目視線方向（迎撃飛翔体からＢＭの見える方向、目視方向）時刻歴に基づいて、Ｋａｌｍａｎフィルタ等のフィルタリングにより、その時間変化率を算出する。誘導信号計算装置は、目視線方向時間変化率に基づいて横加速度（例えば比例航法による誘導信号）を算出して噴射指令として出力する。サイドスラスタは、噴射指令による横加速度を発生し、迎撃飛翔体の軌道を弾道飛翔体との会合経路に乗せることにより、迎撃飛翔体をＢＭに命中させる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
ＡｍｅｒｉｃａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ刊、ＴａｃｔｉｃａｌａｎｄＳｔｒａｔｅｇｉｃＭｉｓｓｉｌｅＧｕｉｄａｎｃｅ第２版、ｐ．２５、ｐ．１８１
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の飛翔体誘導装置は以上のように、飛来するＢＭを検出するために、迎撃飛翔体に固定された画像センサでＢＭの熱を検出する。しかし、目視線方向検出装置で用いられている画像センサは、運用上必要とされる光学系画角に対し、現在の技術水準では充分な画素数、すなわち角度分解能を達成できておらず、画像センサで検出されたＢＭへの目視線方向は、画角分解能特性により階段状の時間変化をする。フィルタ処理では、画角分解能特性を観測誤差としてモデル化できないため目視線方向時間変化率（微分）の計算は困難であった。
例えば、フィルタ処理後も出力信号に大きな振動が残り、上下／左右方向の対向するサイドスラスタを無駄に噴いて軌道が波打ったり、逆に振動を強く抑えるために噴射指令の時間遅れが大きくなったりしてスラスタ噴射のタイミングが遅くなったりすることで、迎撃飛翔体の命中誤差が増大するという欠点があり、命中誤差を１０数ｃｍ程度にすることは困難であるという問題点があった。
【０００５】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、目視線方向が画像センサの画角分解能特性により階段状に時間変化する場合でも、１０数ｃｍ程度の命中誤差を達成することのできる飛翔体誘導装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る飛翔体誘導装置は、目標飛翔体に迎撃飛翔体を命中させるために迎撃飛翔体を誘導するものであって、画像センサを有し、画像センサによる目標飛翔体の撮像画像に基づいて、目標飛翔体の目視方向を検出し、画像センサの画角分解能特性により階段状に時間変化する目視方向検出値として所定時間毎に出力する目視方向検出装置と、目標飛翔体と迎撃飛翔体との相対速度、および迎撃飛翔体が目標飛翔体に命中するまでの残り時間を所定時間毎に出力する速度・時間出力装置と、あらかじめ格納された目視方向の観測モデルおよび目標飛翔体と無誘導を仮定した迎撃飛翔体との会合時刻において予想される命中誤差であるＺＥＭの観測モデルを用いて、相対速度および残り時間に基づいて所定時間毎の目視方向計算値およびＺＥＭ計算値を計算するとともに、目視方向検出値および目視方向計算値に基づいて画角分解能特性に合致するＺＥＭの範囲であるＺＥＭ可能領域を計算するＺＥＭ可能領域計算装置と、ＺＥＭ可能領域の中から誘導に用いるためのＺＥＭ代表点を計算するＺＥＭ代表点計算装置と、ＺＥＭ代表点に対応した相対速度および残り時間に基づいて、ＺＥＭ代表点をゼロとするサイドスラスタ噴射量を計算するサイドスラスタ噴射量計算装置と、迎撃飛翔体に搭載され、サイドスラスタ噴射量に応じて噴射を行うサイドスラスタとを備える。
ＺＥＭ可能領域計算装置は、所定時間毎の目視方向計算値と目視方向検出値とを比較し、目視方向計算値と目視方向検出値との偏差が所定範囲内の場合に、目視方向計算値に対応するＺＥＭ計算値がＺＥＭ可能領域に含まれると判定し、ＺＥＭ代表点計算装置は、ＺＥＭ可能領域に含まれるＺＥＭ計算値の平均値または中間値をＺＥＭ代表点とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。図１はこの発明の実施の形態１の飛翔体誘導装置を示すブロック構成図である。
図１において、本発明の実施の形態１による飛翔体誘導装置は、画像センサを備えた目視線方向検出装置（目視方向検出装置）１が迎撃飛翔体１２に搭載され、所定時間の間、迎撃飛翔体１２から見たＢＭ１１への目視線方向を検出する。
速度・時間出力装置６は、ＢＭ１１と迎撃飛翔体１２との相対速度と、迎撃飛翔体１２が弾道飛翔体１１に命中するまでの残り時間とを出力する。
ＺＥＭ可能領域計算装置２は、目視線方向検出装置１で検出された目視線方向の時刻歴から目視線方向検出装置１の画像センサの画角分解能特性に合致するＺＥＭの範囲（ＺＥＭ可能領域）を計算する。
ここで、ＺＥＭ（Ｚｅｒｏ−Ｅｆｆｏｒｔ−Ｍｉｓｓ）とは、ある時点から誘導を行わない場合に予想される命中誤差を示す。
【０００８】
次に、ＺＥＭ代表点計算装置３は、ＺＥＭ可能領域の中から誘導に用いるための代表点を１点抽出する。サイドスラスタ噴射量計算装置４は、ＺＥＭ代表点計算後の誘導によりそのＺＥＭを相殺し、ＺＥＭをゼロとするようなサイドスラスタ噴射量を決定する。サイドスラスタ５は、サイドスラスタ噴射量計算装置４からの噴射指令に応じた量の噴射を行うことにより、迎撃飛翔体１２の飛翔経路を変更させ、迎撃飛翔体１２をＢＭ１１に命中させる。
【０００９】
図２から図４は、この発明の実施の形態１の飛翔体誘導装置を示すブロック構成図である。
図２のように、前述の図１の構成の他に、迎撃飛翔体１２にピッチ・ヨー姿勢角時間変化率を検出する姿勢角時間変化率検出装置７をさらに備えて、迎撃飛翔体１２の姿勢角の時間変化率を検出してもよい。この場合、ＺＥＭ可能領域計算装置２では目視線方向検出装置１で検出された目視線方向時刻歴および姿勢角時間変化率に基づいて、目視線方向検出装置１の画角分解能特性に合致するＺＥＭ可能領域を計算する。
また、図３のように、図１における飛翔体誘導装置に、ＺＥＭ初期推定計算装置８を備えてＺＥＭの初期推定値を決定してもよい。この場合、ＺＥＭ可能領域を計算する際の初期値としてＺＥＭの初期推定値を用い、ＺＥＭ可能領域の最初の目安を決める。
また、図４のように、姿勢各時間変化率検出装置６を備えた図３における飛翔体誘導装置に、さらにＺＥＭ初期推定計算装置８を備えてもよい。
【００１０】
図５は迎撃飛翔体の運用状況を示す説明図であり、図６は迎撃飛翔体１２のシーケンスを示す説明図であり、図７は迎撃飛翔体１２とＢＭ１１との会合状況を示す説明図であり、図８は終末期後半における迎撃飛翔体１２とＢＭ１１との距離とＺＥＭとを示す関係図である。
図５において、迎撃飛翔体１２の飛翔段階は、初期、中期、終末期およびＢＭ１１と会合するエンドゲームに分かれている。
図６において、通常、迎撃飛翔体１２は、初中期および終末期前半における誘導によりＢＭ１１への概略会合コースに乗っている。初中期では慣性誘導や地上からの指令誘導などが行われ、終末期では迎撃飛翔体１２に搭載されたセンサによる追尾誘導が行われる。なお、概略会合コースとは、近接信管を用いる空対空飛翔体の許容命中誤差が１０ｍ程度のコースを意味する。
【００１１】
図７（ａ）は、終末期の後半からエンドゲームまでの最終起動期間におけるある最終起動時刻における迎撃飛翔体１２とＢＭ１１との会合状況を示す。また、図７（ｂ）は、会合時刻における迎撃飛翔体１２とＢＭ１１との会合状況を示す。
図７（ａ）において、迎撃飛翔体１２はＢＭ１１との概略会合コース１３に乗っており、最終起動時刻においてサイドスラスタ５を噴射させる。接近速度方向は概略迎撃飛翔体１２からＢＭ１１の方向となり、接近速度方向に直交する方向を接近速度直交方向とする。サイドスラスタ５を噴射させることにより、接近速度直交方向への加速度を発生させて迎撃飛翔体１２をＢＭ１１との会合コース１４に誘導し、命中誤差を含んだ範囲の会合点１５でＢＭ１１と会合させる。なお、会合コース１４とは、命中誤差が１０数ｃｍ程度のコースを意味する。
【００１２】
図７（ｂ）および図８において、迎撃飛翔体１２とＢＭ１１との接近速度方向に直交する接近速度法平面を想定する。この接近速度法平面に、両者の基準点（例えば、各飛翔体の航法系の基準点や重心等）が含まれた時刻を会合時刻とし、会合時刻あるいは予想会合時刻においては、特にこの接近速度法平面をＭｉｓｓＰｌａｎｅ（略してＭＰ）１６という。ＭＰ１６内での両者の基準点間の距離を命中誤差という。
【００１３】
図９は終末期後半における目視線方向時間歴の変化を示す説明図である。
図８および図９に示すように、ＢＭ１１と迎撃飛翔体１２とが近づく（相対距離が小さくなる）に従って、目視線方向の値（ＬＯＳ角）は大きくなる。しかし、目視線方向検出装置１で検出される目視線方向の時間歴は、前述のように画像センサの画角分解能特性により階段状に時間変化する。
本発明による飛翔体誘導装置は、画像センサの画角分解能特性情報を積極的に用いることにより、画角分解能特性により階段状に時間変化する目視線方向時刻歴からＺＥＭ可能領域を求める。さらに、ＺＥＭ可能領域の中からＺＥＭの代表点を選択し、ＺＥＭ代表点選択後の誘導により、そのＺＥＭを相殺し、ＺＥＭをゼロとするようなサイドスラスタ噴射量を決定するように構成する。
【００１４】
次に、図１〜図３の全ての装置を備えた図４に示される飛翔体誘導装置の動作について詳細に説明する。
まず、目視線方向検出装置１の画角分解能特性を考慮した目視線方向観測モデルおよび目視線方向観測値の計算手順について説明する。
以下は、ＢＭ１１と迎撃飛翔体１２とが概略会合コース１３にある場合に適用される。
ＢＭ１１と迎撃飛翔体１２との接近速度Ｖ_ｃは一定であり、接近速度方向の距離は、接近速度Ｖ_ｃと会合までの残り時間ｔ_ｇｏ（ｔｉｍｅ−ｔｏ−ｇｏ）との積で表され、誘導による変化は、接近速度直交方向にのみ現れるものとする。
目視線方向検出装置１の画像センサは、画素が平面内に碁盤の目のように配置されているＣＣＤのようなものを想定する。また、目標となるＢＭ１１は、その画素面上に点として結像されると想定する。
迎撃飛翔体１２はロール角速度が充分小さくなるように制御されており、ピッチ系とヨー系を分離して考えることにする。ここでは、例えば目視線方向検出装置１の固定座標系でのピッチ目視線方向を観測値とする。
【００１５】
まず、目視線方向検出装置１の画素による量子化が無い場合の像を考える。
会合までの残り時間ｔ_ｇｏ，ｉにおけるピッチ目視線方向観測値θ_ｉは、以下の式（１）のように表すことができ、この式（１）を目視線方向観測モデルと呼ぶ。
【数１】

【００１６】
式（１）において、ωは目視線方向検出装置１の固定座標系のピッチ角速度、ＺＥＭは誘導を行わなかった場合の会合時のＢＭ１１と迎撃飛翔体１２との距離、Ｖ_ｃはＢＭ１１と迎撃飛翔体１２との相対接近速度、θ_０はＺＥＭがゼロである場合の会合時のピッチ目視線方向である。
添字ｉ（ｉ＝１，．．．，Ｎ_ｏｂｓ）は何回目の観測であるかを示す。
残り時間ｔ_ｇｏの値が大きい遠方時においては、ＺＥＭの寄与は小さく、かつ概略会合コース１３にあるため、慣性系で目視線方向はほぼ一定方向となり、ピッチ目視線方向観測値θ_ｉは一定値θ_０と目視線方向検出装置１の固定座標系回転角の和とで近似することが出来る。
残り時間ｔ_ｇｏの値が小さくなり、ＢＭ１１と迎撃飛翔体１２とが接近するにつれてＺＥＭの寄与は大きくなり、図８に示すように、ピッチ目視線方向観測値（ＬＯＳ角）θ_ｉは、θ_ｉ−１、θ_ｉ、θ_ｉ＋１のように、会合が近づくに従って急激に大きくなる。図９を参照しても同様に、会合が近づく、すなわち両者の相対距離が短くなるに従って、ＬＯＳ角が急激に大きくなっている。
【００１７】
一方、目視線方向検出装置１の画像センサで得られた画素による量子化を考慮すると、ピッチ目視線方向観測値θ_ｉは量子化されたピッチ目視線方向観測値
【数２】

となる。量子化の関数
【数３】

を用いて量子化を考慮した目視線方向観測モデルは、以下の式（２）のように表すことができる。
【数４】

【００１８】
次に、ＺＥＭ初期推定値、ＺＥＭ可能領域、およびＺＥＭ代表点の計算手順について説明する。
式（２）の目視線方向観測モデルにおいて、目視線方向検出装置１の固定座標系のピッチ角速度ωは、目視線方向検出装置１の固定座標系に取り付けられた姿勢角時間変化率検出装置（レートジャイロ等）６で計測可能である。また、速度・時間出力装置６から出力されるＢＭ１１と迎撃飛翔体１２との相対接近速度Ｖ_ｃおよび残り時間ｔ_ｇｏ，ｉは、地上レーダーの追尾処理によるＢＭ１１および迎撃飛翔体１２の航跡等から推定可能な概略既知情報である。したがって、誘導を行わなかった場合の会合時のＢＭ１１と迎撃飛翔体１２との間の距離ＺＥＭと、ＺＥＭがゼロである場合の会合時のピッチ目視線方向θ_０とが推定すべき未知パラメータとなる。
【００１９】
以上の概略既知情報および目視線方向検出装置１の画像センサから得られる量子化されたピッチ目視線方向の観測値
【数５】

の時刻歴に基づいて、未知パラメータであるＺＥＭを（副次的にθ_０も）精度良く推定することができる。
なお、目視線方向検出装置１による観測時間は１秒に満たず、かつ観測中はサイドスラスタ５を噴射しないと想定しているので、目視線方向検出装置１の固定座標系のピッチ角速度ωは観測中一定値であると仮定する。
また、推定方式については、搭載を考慮して出来るだけ簡便な方式を用いる。
【００２０】
基本的な考え方としては、ピッチ目視線方向θ_０およびＺＥＭの概略の初期推定値を求め、その初期推定値を基準値として未知パラメータを離散的に探索する。探索においては、目視線方向観測モデルに代入して得られた計算観測値と実観測値とが、目視線方向検出装置１の画角分解能特性を考慮した上で一致する候補解（可能解）か否かを調べるという手順を取る。この候補解（可能解）の集合をＺＥＭ可能領域と呼ぶ。
【００２１】
まず、ＺＥＭ初期推定計算装置８において、ピッチ目視線方向θ_０の初期推定値
【数６】

は、例えば１回目の実観測値
【数７】

を用いて、以下の式（３）により計算される。
【数８】

この近似式は、１回目の観測ではｔ_ｇｏ，１が比較的大きく、既に述べたようにＺＥＭの寄与が比較的小さいという考えによるものであり、式（２）から式（３）が得られる。
【００２２】
次に、ＺＥＭの初期推定値
【数９】

の算出では、ピッチ目視線方向の実観測値
【数１０】

の時刻歴と、ピッチ目視線方向の初期推定値
【数１１】

および未知パラメータＺＥＭから、式（２）の目視線方向観測モデルに基づいて計算される計算観測値
【数１２】

の時刻歴との２乗誤差の和Ｅｒｒを定義する。２乗誤差の和Ｅｒｒは、以下の式（４）のように表すことができる。
【数１３】

【００２３】
この２乗誤差の和を最小値とするＺＥＭを初期推定値
【数１４】

とする。
すなわち、以下の式（５）から、式（６）のように、ＺＥＭの初期推定値が決定される。
【００２４】
【数１５】

【００２５】
ＺＥＭ可能領域計算装置２は、以上のようにして得られたピッチ目視線方向の初期推定値
【数１６】

と、ＺＥＭの初期推定値
【数１７】

を探索の基準値として、基準値の周辺の適当な２次元領域に渡って離散的に探索を行う。
【００２６】
探索においては、式（２）の量子化を考慮した目視線方向観測モデルに基づいて計算される量子化された計算観測値
【数１８】

の時刻歴と、実観測値
【数１９】

の時刻歴とが、全観測範囲に対して、画素の分解能（画角分解能）のレベルで一致するか否かを判定する。判定の結果、画素の分解能のレベルで一致した値の集合を、ＺＥＭ可能領域とする。ＺＥＭ可能領域の判定には、ピッチ目視線方向の初期推定値
【数２０】

と、ＺＥＭの初期推定値
【数２１】

とを用いて、以下の式（７）によって判定を行う。
【００２７】
【数２２】

式（７）において、εは例えば半画素に対応する視野角を選べば良い。
【数２３】

式（８）において、ＦＯＶとｐｉｘｅｌｓは、それぞれピッチ方向の画角と画素数とを示す。
【００２８】
初期推定値を初期値として、初期推定値の周辺のピッチ目視線およびＺＥＭの値を離散的に当てはめていく。式（７）の不等式に当てはめていった結果、式（７）の不等式を満たすピッチ目視線方向
【数２４】

と、ＺＥＭ
【数２５】

との各組み合わせを、未知パラメータの候補解
【数２６】

、
【数２７】

とする。前述のようにこの候補解の集合をＺＥＭ可能領域とする。
ここで添字ｊ（ｊ＝１，．．．，Ｎ_{ｃａｎｄｉｄａｔｅ}）は何番目の候補解であるかを表す。
【００２９】
最後に、ＺＥＭ代表点計算装置３における推定値の決定には幾つかの考え方があるが、ここでは、式（９）および式（１０）のように、候補解の平均値を推定値として用いることにする。なお、候補解の中間値を推定値としてもよい。
【数２８】

【００３０】
以上のようにして得られた推定値
【数２９】

、
【数３０】

をＺＥＭ代表点とする。
【００３１】
次に、典型的な会合ケースについて計算した結果を示す。
図１０は目視線方向時刻歴の真値と実観測値とを示す説明図であり、図１１はＺＥＭ初期推定値／ＺＥＭ可能領域／ＺＥＭ代表点／ＺＥＭ真値を示す説明図である。
ここで、ＢＭ１１と迎撃飛翔体１２との接近速度Ｖ_ｃは６[ｋｍ／ｓｅｃ]、観測時刻ｔ_ｇｏは、０．３５〜０．２５[ｓｅｃ]の間に、５[ｍｓｅｃ]間隔で合計２１回行われた。目視線方向検出装置１の固定座標系のピッチ角速度ωは、＋１[ｄｅｇ／ｓｅｃ]とした。ピッチ目視線方向θ_０とＺＥＭとの真値は、それぞれ＋１２[ｍｒａｄ]、＋０．５６７[ｍ]とした。また、画角分解能は約０．０１[ｄｅｇ]とした。
以上のような条件でＺＥＭ代表点を算出すると、真値と比べてＺＥＭ代表点が０．１[ｍ]以下の誤差で推定できていることが分かる。
【００３２】
ＺＥＭ代表点が計算されると、サイドスラスタ噴射量計算装置４は、代表点として推定されたＺＥＭを相殺する、すなわちＺＥＭがゼロとなるように飛翔経路を変更するためのサイドスラスタ噴射量を計算し、噴射指令として出力する。
サイドスラスタ５は、サイドスラスタ噴射量計算装置４からの噴射指令に基づいてサイドスラスタを噴射し、迎撃飛翔体１２を経路変更させてＢＭ１１に命中させる。
【００３３】
このように、目視線方向検出装置１の画角分解能特性を陽に考慮したので、目視線方向時刻歴が画角分解能特性により階段状に変化する場合であっても、従来例のフィルタリングによる場合に起こる目視線方向時間変化率の不十分な平滑化や時間遅れが生じず、サイドスラスタ５の無駄噴きや軌道の波打ちを防ぐことができ、命中誤差の増大を防ぐことができる。
また、ＺＥＭ可能領域計算において、目視線方向検出装置１の画角分解能特性とともに迎撃飛翔体１２のピッチ・ヨー姿勢角時間変化率を陽に考慮したので、目視線方向観測中の迎撃飛翔体１２のピッチ・ヨー姿勢角時間変化の影響を受けることなくＺＥＭ可能領域が計算でき、命中誤差の増大を防ぐことができる。
また、目視線方向時刻歴のうちの１点または複数点からＺＥＭの初期推定値を選択し、ＺＥＭ可能領域を計算する際の初期値としてＺＥＭの初期推定値を用いるようにしたので、初期値を基準にして計算することができ、ＺＥＭ可能領域存在範囲の検索を効率的に計算でき、演算時間の短縮や搭載計算機の負荷を軽減することができる。演算時間の短縮によって会合までの残余時間を長くすることができ、一定のＺＥＭに対してスラスタ噴射レベルの低減、あるいは、より大きなＺＥＭの相殺が可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、画像センサによるＢＭ１１の撮像画像に基づいて、迎撃飛翔体１２の目視方向を検出し、画像センサの画角分解能特性により階段状に時間変化する目視方向検出値として所定時間毎に出力する目視線方向検出装置１と、ＢＭ１１と迎撃飛翔体１２との相対速度、命中するまでの残り時間を所定時間毎に出力する速度・時間出力装置６と、観測モデルを用いて、相対速度および残り時間に基づいて所定時間毎の目視方向計算値およびＺＥＭ計算値を計算するとともに、所定時間毎の目視方向計算値と目視方向検出値とを比較して、目視方向計算値と目視方向検出値との偏差が所定範囲内の場合に、目視方向計算値に対応するＺＥＭ計算値がＺＥＭ可能領域に含まれると判定するＺＥＭ可能領域計算装置２と、ＺＥＭ可能領域に含まれるＺＥＭ計算値の平均値または中間値を、誘導に用いるためのＺＥＭ代表点として計算するＺＥＭ代表点計算装置３と、ＺＥＭ代表点に対応した相対距離および残り時間に基づいて、ＺＥＭ代表点をゼロとするサイドスラスタ噴射量を計算するサイドスラスタ噴射量計算装置４と、サイドスラスタ噴射量に応じて噴射を行うサイドスラスタ５とを備えたので、目視線方向時刻歴が画角分解能特性により階段状に変化する場合であっても、目視線方向時間変化率の不十分な平滑化や時間遅れが生じず、サイドスラスタ５の無駄噴きや軌道の波打ちを防ぐことができ、命中誤差の増大を防ぐことのできる飛翔体誘導装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の飛翔体誘導装置を示すブロック構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１の飛翔体誘導装置を示すブロック構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１の飛翔体誘導装置を示すブロック構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１の飛翔体誘導装置を示すブロック構成図である。
【図５】迎撃飛翔体の運用状況を示す説明図である。
【図６】迎撃飛翔体のシーケンスを示す説明図である。
【図７】迎撃飛翔体とＢＭとの会合状況を示す説明図である。
【図８】終末期後半における迎撃飛翔体とＢＭとの距離と命中誤差（ＺＥＭ）とを示す関係図である。
【図９】終末期後半における目視線方向時間歴の変化を示す説明図である。
【図１０】目視線方向時刻歴の真値と実観測値とを示す説明図である。
【図１１】ＺＥＭ初期推定値／ＺＥＭ可能領域／ＺＥＭ代表点／ＺＥＭ真値を示す説明図である。
【符号の説明】
１目視線方向検出装置、２ＺＥＭ可能領域計算装置、３ＺＥＭ代表点計算装置、４サイドスラスタ噴射量計算装置、５サイドスラスタ、６速度・時間出力装置、７姿勢角時間変化率検出装置、８ＺＥＭ初期推定計算装置、１１弾道飛翔体（ＢＭ）、１２迎撃飛翔体、１３概略会合コース、１４会合コース、１５会合点。

Claims

目標飛翔体に迎撃飛翔体を命中させるために前記迎撃飛翔体を誘導する飛翔体誘導装置であって、
画像センサを有し、前記画像センサによる前記目標飛翔体の撮像画像に基づいて、前記目標飛翔体の目視方向を検出し、前記画像センサの画角分解能特性により階段状に時間変化する目視方向検出値として所定時間毎に出力する目視方向検出装置と、
前記目標飛翔体と前記迎撃飛翔体との相対速度、および前記迎撃飛翔体が前記目標飛翔体に命中するまでの残り時間を前記所定時間毎に出力する速度・時間出力装置と、
あらかじめ格納された目視方向の観測モデルおよび前記目標飛翔体と無誘導を仮定した前記迎撃飛翔体との会合時刻において予想される命中誤差であるＺＥＭの観測モデルを用いて、前記相対速度および前記残り時間に基づいて前記所定時間毎の目視方向計算値およびＺＥＭ計算値を計算するとともに、前記目視方向検出値および前記目視方向計算値に基づいて前記画角分解能特性に合致する前記ＺＥＭの範囲であるＺＥＭ可能領域を計算するＺＥＭ可能領域計算装置と、
前記ＺＥＭ可能領域の中から前記誘導に用いるためのＺＥＭ代表点を計算するＺＥＭ代表点計算装置と、
前記ＺＥＭ代表点に対応した相対速度および残り時間に基づいて、前記ＺＥＭ代表点をゼロとするサイドスラスタ噴射量を計算するサイドスラスタ噴射量計算装置と、
前記迎撃飛翔体に搭載され、前記サイドスラスタ噴射量に応じて噴射を行うサイドスラスタと
を備え、
前記ＺＥＭ可能領域計算装置は、前記所定時間毎の前記目視方向計算値と前記目視方向検出値とを比較し、前記目視方向計算値と前記目視方向検出値との偏差が所定範囲内の場合に、前記目視方向計算値に対応するＺＥＭ計算値が前記ＺＥＭ可能領域に含まれると判定し、
前記ＺＥＭ代表点計算装置は、前記ＺＥＭ可能領域に含まれるＺＥＭ計算値の平均値または中間値を前記ＺＥＭ代表点とすることを特徴とする飛翔体誘導装置。
前記迎撃飛翔体の姿勢角の時間変化率を検出する姿勢角時間変化率検出装置を備え、
前記ＺＥＭ可能領域計算装置は、前記姿勢角の時間変化率に応じた観測モデルを用いて、前記目視方向計算値および前記ＺＥＭ計算値を計算することを特徴とする請求項１に記載の飛翔体誘導装置。
前記目視方向検出値の中の少なくとも１点に基づいて、前記目視方向検出値と前記目視方向計算値との偏差を最小にする前記ＺＥＭの初期推定値を計算する初期推定計算装置を備え、
前記ＺＥＭ可能領域計算装置は、前記初期推定値を初期値として前記ＺＥＭ計算値を選択することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の飛翔体誘導装置。