JP4407352B2

JP4407352B2 - 飛しょう体誘導システム

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Publication number: JP4407352B2
Application number: JP2004108741A
Authority: JP
Inventors: 基秀東山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-04-01
Filing date: 2004-04-01
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2024-04-01
Also published as: JP2005291639A

Description

この発明は、会合点に向かって飛しょうする飛しょう体と、地上・車両・艦船・航空機等に搭載された誘導管制装置との間で情報の授受を行う飛しょう体誘導システムに関するものである。

従来の飛しょう体の誘導システムは、追尾装置により目標速度、目標位置の目標情報を得て、誘導管制装置にて会合点を算出する。一例として、飛しょう体の到達範囲と、目標のベクトルから直線外挿の対比により会合点を算出する従来技術が知られている。この飛しょう体の到達範囲は、ある誘導則に基づいた射表あるいは算出アルゴリズムとして実装されており、一例として会合速度が最大となる一律の誘導則に基づき設定されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００３−１４８８９８号公報（第７−９頁、第１図）

高速目標や低高度目標等の様々な運動の目標に対し、従来の一律の誘導則で設定した射表あるいは算出アルゴリズムで会合点を算出する方式では、誘導誤差が大きくなりシステム性能を発揮できない。

この発明は、係る課題を解決するために成されたものであり、目標の種類及び運動に応じて、誘導誤差を低減し、目標に対し会合することができるようにしたことを目的とする。

この発明に関わる飛しょう体誘導システムは、レーダで目標を追尾し、目標の運動状態を表す目標情報を算出する追尾装置と、上記追尾装置からの上記目標の目標高度を含む目標情報により上記目標の会合点に向かって飛しょうする飛しょう体と、少なくとも上記目標高度と予め設定された判定値との比較によって目標種類を判定し、上記目標種類に応じて選択された経路予測方法によって目標経路予測を行い、上記目標との会合点情報を算出し、上記飛しょう体を誘導管制するための誘導管制装置とを具備したものである。

この発明によれば、目標の運動に応じて目標を類別し、目標の類別に応じた目標の経路予測を行い、到達時間最短の会合点、会合速度最大の会合点、定会合角度を満たす会合点の中から最適な会合点を選択し、飛しょう体を誘導するため、誘導誤差を低減し、最大のシステム性能を発揮することができる。

実施の形態１．
図１は実施の形態１による飛しょう体誘導システムを説明するための図であり、１は飛しょう体、２は追尾装置、３は誘導慣性装置、４は誘導管制演算部、５は送信部、６は受信部、７は送受信アンテナ、２３は目標である。

飛しょう体１は、誘導管制装置３からの会合点情報に基づき目標２３との会合点に向けて誘導飛しょうを行う。追尾装置２は、予め捜索レーダでロックオンされた目標２３の状態を移管を受けた後、レーダで目標２３を追尾し、信号強度、目標位置、目標速度等の目標情報を算出し、誘導管制装置３に出力する。

誘導管制装置３に備えられた誘導管制演算部４は、追尾装置２からの目標情報に基づき、会合点位置、会合点到達時間等の会合点情報を算出し、送信部５により送受信アンテナ７から飛しょう体１に出力し、飛しょう体１の状況を送受信アンテナ７を介して受信部６により受信する。

図２はこの発明の実施の形態による誘導管制装置に備えた誘導管制演算部を説明するための図であり、８は目標類別演算部、９は目標経路予測演算部、１０は会合点演算部であり、４〜６は図１の説明と同じものである。

誘導管制演算部４は、追尾装置２からの目標情報に基づき、目標類別演算部８にて目標の類別を行い、目標経路予測演算部９と会合点演算部１０に出力する。目標経路予測演算部９と会合点演算部１０の出力を受けた会合点演算部１０は目標類別演算部８からの目標類別に基づき、目標２３と飛しょう体１との会合点を算出し、送信部５に出力する。

なお、ここで、目標類別演算部８において、目標の類別を行うことが有効であるのは、目標２３が追尾当初の状態であり、終末行動に入る前であることが前提である。

目標類別演算部８は、追尾装置からの信号強度Sに基づき数１により目標の大きさσを推定し、推定した目標の大きさσと、追尾装置からの目標高度及び目標速度の目標情報とをあわせて、目標類別を判断し、目標経路予測演算部９と会合点演算部１０へ目標類別を出力する。

図３はこの発明の実施の形態による誘導管制演算部に備えた目標類別演算部のアルゴリズムを説明するための図である。
図３において、目標類別処理を示したもので、目標の大きさと目標の高度と目標の速度と目標の減速加速度の関係から、偵察機、対地ミサイル、弾道弾、戦闘爆撃機、巡航ミサイルを判定する。目標の大きさに関する判定値σ１と、目標の高度に関する判定値Ｈ１と、目標の速度に関する判定値Ｖ１と、目標の減速加速度に関する判定値Ａ１は、あらかじめ設定された固定値である。

目標類別演算部８のアルゴリズムが開始すると、先ずステップ１において、目標の高度と判定値Ｈ１の大小を判定し、目標の高度が判定値Ｈ１より大きい場合は、ステップ２において、目標速度の判定を実施し、目標速度がＶ１より大きくない場合は、目標類別は偵察機と判断し、目標速度がＶ１より大きい場合は次にステップ３の判定を行う。

ステップ３において、目標の減速加速度が判定値Ａ１より大きく無い場合は目標類別は対地ミサイルと判定し、目標の減速加速度が判定値Ａ１より大きい場合は目標類別は
弾道弾と判定する。
なお、ステップ１において、目標の高度が判定値Ｈ１より小さい場合は、ステップ４に進み、ステップ４において、目標の大きさが判定値σ１より大きい場合は目標類別が戦闘爆撃機と判定し、目標の大きさが判定値σ１より大きく無い場合は目標類別が巡航ミサイルと判定する。

図４はこの発明の実施の形態による誘導管制装置に備えた目標経路予測演算部を説明するための図であり、１１は予測演算制御部、１２は等速直線外挿予測、１３はダイブ予測、１４は弾道飛しょう予測、１５は地形回避予測、１６は地形データベース、１７は掩護地域データベース、１８は防空網回避予測、１９は防空網配置データベースであり、８〜１０は図２の説明と同じものである。

図４において、誘導管制演算部に備えた目標経路予測演算部の構成を示しており、目標類別演算部８からの目標類別に基づき、予測演算制御部１１において、等速直線外挿予測１２、ダイブ予測１３、弾道飛しょう予測１４、地形回避予測１５、防空網回避予測１８のうち、使用する予測演算を選定し、使用する予測演算に対し追尾装置からの目標情報を出力し、予測演算からの目標の経路予測結果を入力する。

地形回避予測１５は、地形データベース１６に対し、追尾装置からの目標情報による目標位置及び速度を出力し、地形データベース１６は、地形回避予測１５に、目標進路付近における等高線データを出力する。地形回避予測１５は、掩護地域データベース１７に対し、追尾装置からの目標情報による目標位置及び速度を出力し、掩護地域データベース１７は、地形回避予測１５に、目標進路付近における掩護地域位置を出力する。

防空網回避予測１８は、防空網配置データベース１９に対し、追尾装置からの目標情報による目標位置及び速度を出力し、防空網配置データベース１９は、地形回避予測１５に、目標進路付近における防空網位置を出力する。予測演算制御部１１は、目標類別演算部８からの目標類別に対し、マトリクスにより経路予測の方法を選択する。

図５はこの発明の実施の形態による目標経路予測演算部に備えた予測演算制御部のマトリクスを説明するための図である。
目標の類別に対し、経路予測方法を選択する。目標類別が偵察機の場合、偵察任務の特性から等速直線侵入と考えられ、経路予測方法は等速直線外挿予測を選択する。目標類別が対地ミサイルの場合、定高度巡航の後に掩護地域に向かいダイブ飛しょうをすると考えられ、経路予測方法は等速直線外挿及びダイブ予測を選択する。ここで掩護地域とは、大都市等の我が方の守るべき地域のことを示す。

目標類別が弾道弾及び爆弾の場合、推力を持たず自由落下となるため、経路予測方法は弾道飛しょう予測を選択する。目標類別が巡航ミサイルの場合、我が方の地形障害をあらかじめ回避し掩護地域に侵入する経路を取ると考えられ、経路予測方法は地形回避予測を選択する。目標類別が戦闘爆撃機の場合、戦闘爆撃機に搭載された地形センサやレーダ警戒装置等のセンサにより地形障害や、我が方の防空網を回避しつつ掩護地域に侵入すると考えられ、経路予測方法は地形回避及び防空網回避予測を選択する。

予測演算制御部１１が等速直線外挿予測を選択した場合（目標類別が偵察機の場合）、等速直線外挿予測１２は、追尾装置２からの目標速度を用い、数２により等速直線外挿を行い、目標の経路予測結果ＰＴ（ｔ）を算出する。

予測演算制御部１１が等速直線外挿予測及びダイブ予測を選択した場合（目標類別が対地ミサイルの場合）、追尾装置２からの目標速度を用い、数２により等速直線外挿を行い、さらにダイブ予測１３において数３により掩護地域データベース１７からの掩護地域の座標ＰＶＡを入力し、目標の進路の昇降角γ_ＥＬ（ｔ）を算出し、あらかじめ設定されたダイブ角γ１を満たす、ダイブ開始時間ｔ_diveを検索し、掩護地域に侵入するダイブ開始位置PTD₀を算出する。ダイブ開始時間ｔ_dive以降の目標の経路予測結果ＰＴ（ｔ）は数４により算出する。図６は予測演算制御部１１が等速直線外挿予測及びダイブ予測を選択した場合の説明図であり、追尾装置２を原点とし、数３及び数４の記号と同じものである。なお、掩護地域データベース１７からの我の掩護地域座標２４を図示する。

予測演算制御部１１が弾道飛しょう予測を選択した場合（目標類別が弾道弾及び爆弾の場合）、弾道飛しょう予測１４において、数５により、追尾装置２からの目標加速度及び目標速度に基づき、目標の減速係数を推定し、目標の経路予測結果ＰＴ（ｔ）を算出する。図７は予測演算制御部１１が弾道飛しょう予測を選択した場合の説明図であり、追尾装置２を原点とし、数３及び数５の記号と同じものである。

予測演算制御部１１が地形回避を選択した場合（目標類別が巡航ミサイルの場合）、地形回避予測１５において数２により等速直線外挿を行い、掩護地域データベース１７からの掩護地域の座標ＰＶＡを入力し、目標の進路の方位角γ_ＡＺ（ｔ）を算出し、あらかじめ設定された方位角γ２を満たす、目標の掩護地域への進路修正開始時間ｔ_atkを検索し、数６により掩護地域に侵入する進路修正開始位置PTD₀を算出する。

つぎに、数７により地形障害判定として、地形データベース１６に予め登録された標高データCONTOURと追尾装置からの目標高度とから、目標の対地高度AGLを算出する。あらかじめ設定された地形回避判定高度H1と対地高度AGLを比較し、AGLがH1以下となる時間を検索し、目標の旋回開始時間ｔ_turnを算出する。

次に数８により旋回開始時間ｔ_turn以降の目標の経路予測結果ＰＴ（ｔ）を算出し、さらに数３を用い掩護地域に侵入目標の掩護地域への旋回開始時間ｔ_turn以降の進路修正開始時間ｔ_atkを検索し、数６により掩護地域に侵入する旋回開始時間ｔ_turn以降の進路修正開始位置PTD₀を算出する。以降、数７による地形障害判定を実施し、経路予測結果ＰＴ（ｔ）を繰り返し算出する。
図８は予測演算制御部１１が地形回避を選択した場合の説明図であり、追尾装置２を原点とし、数８の記号と同じものである。

予測演算制御部１１が地形回避及び防空網回避を選択した場合（目標類別が戦闘爆撃機の場合）、地形回避予測１５により経路を算出し、さらに防空網回避予測１８において数９により防空網配置データベース１９からの我の防空網配置の座標 PSAMを入力し、あらかじめ設定された防空網回避距離R1とR_SAM（ｔ）とを比較し、R_SAM（ｔ）がR1以下となる時間を検索し、目標の回避開始時間ｔ_evaを算出する。

次に、数１０により回避開始時間ｔ_eva以降の目標の経路予測結果ＰＴ（ｔ）を算出し、次に数８により旋回開始時間ｔ_turn以降の目標の経路予測結果ＰＴ（ｔ）を算出し、さらに数３を用い掩護地域に侵入目標の掩護地域への旋回開始時間ｔ_turn以降の進路修正開始時間ｔ_atkを検索し、数６により掩護地域に侵入する旋回開始時間ｔ_turn以降の進路修正開始位置PTD₀を算出する。

以降、数９による防空網回避の判定を実施し、経路予測結果ＰＴ（ｔ）を繰り返し算出する。図９は予測演算制御部１１が地形回避及び防空網回避を選択した場合の説明図であり、数１０の記号と同じものであり、追尾装置２を原点とする。なお、防空網配置データベース１９からの我の防空網配置の座標２５を図示する。

図１０はこの発明の実施の形態による誘導管制装置に備えた会合点演算部を説明するための図であり、２０は会合点演算制御部、２１は飛しょう体１の平均速度を入力し、あらかじめ対応する目標位置を到達時間最短の会合点とする到達時間最短演算射表、２２は飛しょう体１の平均速度を入力し、あらかじめ対応する目標位置を存速最大の会合点とする会合速度最大演算射表であり、５、６は図１と同じもの、８〜１０は図２と同じものである。

目標類別演算部８からの目標類別に基づき、会合点演算制御部２０において、到達時間最短演算射表２１、及び会合速度最大演算射表２２から、目標経路予測演算部９からの目標の経路予測結果に対応する飛しょう体１の平均速度を入力し、目標２３と飛しょう体１との会合点を算出し、送信部５に出力し、飛しょう体１の状況を受信部６から入力する。

図１１は、到達時間最短演算射表２１、及び会合速度最大演算射表２２の構成を説明するための図であり、到達時間最短演算射表２１、及び会合速度最大演算射表２２は、飛しょう体発射装置２６を原点とし、横軸を水平距離、縦軸を高度とした場合の、水平距離がＲで、かつ高度がＨの場合に対応する射表データ２７として、水平距離Ｒ、かつ高度Ｈまでに到達に要する飛しょう体１の飛しょう時間を、あらかじめ算出した固定値として格納したデータベースである。
到達時間最短演算射表２１は、飛しょう体１が水平距離Ｒ、かつ高度Ｈまで最短時間で到達する誘導則に基きあらかじめ算出した場合の射表データ２７を格納する。
会合速度最大演算射表２２は、飛しょう体１が水平距離Ｒ、かつ高度Ｈに到達した時点で最大の速度で到達する誘導則に基きあらかじめ算出した場合の射表データ２７を格納する。

会合点演算制御部２０は、目標経路予測演算部９からの目標の経路予測結果PT(ｔ)と、到達時間最短演算射表２１からの目標の経路予測結果に対応する飛しょう体１の平均速度を入力し、数１１によりあらかじめ設定された予想会合点演算精度MD1となる時間ｔ1_tminを算出し、対応する目標位置PT（ｔ1_tmin）を到達時間最短の会合点PT_tminとする。

次に会合点演算制御部２０は、目標経路予測演算部９からの目標の経路予測結果PT(ｔ)と、存速最大演算射表２２からの目標の経路予測結果に対応する飛しょう体１の平均速度を入力し、数１２によりあらかじめ設定された予想会合点演算精度MD2となる時間ｔ１＿VMAXを算出し、対応する目標位置PT（ｔ1_VMAX）を存速最大の会合点PT_VMAXとする。

次に会合点演算制御部２０は、数１３の予想会合点に到達する時間ｔ１にｔ1_tminを代入し、到達時間最短の予想会合点に対する定会合角度の誘導を開始する飛しょう体位置PM_term_tminを算出する。
次に会合点演算制御部２０は、数１３の予想会合点に到達する時間ｔ１にｔ1_VMAXを代入し、存速最大の予想会合点に対する定会合角度の誘導を開始する飛しょう体位置PM_term_VMAXを算出する。
図１２は、追尾装置２を原点とし、目標２３、飛しょう体１、経路予測結果ＰＴ（ｔ）予想会合点ＰＴ（ｔ１）、終末誘導開始時の飛しょう体１の位置ＰＭ_termの関係を示した図である。

次に会合点演算制御部２０は目標類別演算部８からの目標類別から、到達時間最短の会合点PT_tmin、存速最大の会合点PT_VMAX、到達時間最短の予想会合点に対する定会合角度の誘導を開始する飛しょう体位置PM_term_tmin、存速最大の予想会合点に対する定会合角度の誘導を開始する飛しょう体位置PM_term_VMAXのいずれに対し誘導を行うかを判定する。

目標類別が弾道弾、対地ミサイルの場合、目標の速度が高速度であるため、十分な誘導精度を得るために会合角度を制御する必要があり、目標の現在位置までの距離があらかじめ設定した相対距離判定値R2より遠方であれば、存速最大の予想会合点に対する定会合角度の誘導を開始する飛しょう体位置PM_term_VMAXを誘導点として選択する。また、目標の現在位置までの距離があらかじめ設定した相対距離判定値R2より近方であれば到達時間最短の予想会合点に対する定会合角度の誘導を開始する飛しょう体位置PM_term_tminを選択する。

目標の類別が、巡航ミサイルまたは戦闘爆撃機または偵察機の場合、目標の現在位置に応じて選択する。目標の現在位置までの距離があらかじめ設定した相対距離判定値R3より遠方であれば、存速最大の会合点PT_VMAXを選択する。目標の現在位置までの距離があらかじめ設定した相対距離判定値R2より近方であれば到達時間最短の会合点PT_tminを選択する。

選択した誘導点の算出に使用した、到達時間最短演算射表２１または存速最大演算射表２２のいずれかに射表に基づき、関連する誘導パラメータを検索し、送信部５に出力する。

この発明の実施の形態による飛しょう体誘導システムを説明するための図である。この発明の実施の形態による誘導管制装置に備えた誘導管制演算部を説明するための図である。この発明の実施の形態による誘導管制演算部に備えた目標類別演算部のアルゴリズムを説明するための図である。この発明の実施の形態による誘導管制装置に備えた目標経路予測演算部を説明するための図である。この発明の実施の形態による目標経路予測演算部に備えた予測演算制御部のマトリクスを説明するための図である。この発明の実施の形態による目標経路予測演算部に備えた予測演算制御部の演算を説明するための図である。この発明の実施の形態による目標経路予測演算部に備えた予測演算制御部の演算を説明するための図である。この発明の実施の形態による目標経路予測演算部に備えた予測演算制御部の演算を説明するための図である。この発明の実施の形態による目標経路予測演算部に備えた予測演算制御部の演算を説明するための図である。この発明の実施の形態による誘導管制装置に備えた会合点演算部を説明するための図である。この発明の実施の形態による会合点演算部に備えた到達時間最短演算者表及び会合速度最大演算者表の構成を説明するための図である。この発明の実施の形態による会合点演算部に備えた会合点演算制御部の演算を説明するための図である。

符号の説明

１飛しょう体、２追尾装置、３誘導慣性装置、４誘導管制演算部、５送信部、６受信部、７送受信アンテナ、８目標類別演算部、９目標経路予測演算部、１０会合点演算部、１１予測演算制御部、１２等速直線外挿予測、１３ダイブ予測、１４弾道飛しょう予測、１５地形回避予測、１６地形データベース、１７掩護地域データベース、１８防空網回避予測、１９防空網配置データベース、２０会合点演算制御部、２１到達時間最短演算射表、２２会合速度最大演算射表、２３目標、２４掩護地域座標、２５我の防空網配置の座標、２６飛しょう体発射装置、２７射表データ。

Claims

レーダで目標を追尾し、目標の運動状態を表す目標情報を算出する追尾装置と、
上記追尾装置からの上記目標の目標高度を含む目標情報により上記目標の会合点に向かって飛しょうする飛しょう体と、
少なくとも上記目標高度と予め設定された判定値との比較によって目標種類を判定し、上記目標種類に応じて選択された経路予測方法によって目標経路予測を行い、上記目標との会合点情報を算出し、上記飛しょう体を誘導管制するための誘導管制装置と、
を具備したことを特徴とする飛しょう体誘導システム。
上記誘導管制装置として、
上記飛しょう体との間で情報を授受する送受信アンテナと、
上記飛しょう体から送信された飛しょう体運動情報を上記送受信アンテナで受信する受信部と、
上記追尾装置からの情報に基づき、目標種類を判定し、目標種類毎に目標経路予測を行い、目標種類毎に会合点情報を算出する誘導管制演算部と、
上記誘導管制演算部で算出された会合点情報を上記送受信アンテナから上記飛しょう体へ送信する送信部と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の飛しょう体誘導システム。
上記誘導管制演算部として、
上記追尾装置からの情報により目標を類別する目標類別演算部と、
上記目標類別演算部からの情報に基づき目標の経路を予測する目標経路予測演算部と、
上記目標経路予測演算部からの情報に基づき会合点を算出する会合点演算部と、
を備えたことを特徴とする請求項２記載の飛しょう体誘導システム。
上記目標経路予測演算部として、
上記目標類別演算部からの情報に基づき等速直線外挿予測、ダイブ予測、弾道飛しょう予測、地形回避予測、防空網回避予測のうち、使用する予測演算を選定し、予測演算からの目標の経路予測を行い、会合点演算部へ出力する予測演算制御部と、
を具備することを特徴とする請求項３記載の飛しょう体誘導システム。
上記会合点演算部として、
上記追尾装置からの情報により目標を類別する目標類別演算部と、
上記目標類別演算部からの情報と目標経路予測演算部からの情報に基づき到達時間最短演算射表、及び会合速度最大演算射表から、目標経路予測演算部からの目標の経路予測結果に対応する飛しょう体の平均速度を入力し、目標と飛しょう体との会合点を算出する会合点演算制御部と、
を具備することを特徴とする請求項３記載の飛しょう体誘導システム。