JP4625766B2 - 飛翔体誘導装置と目標会合時間予測方法 - Google Patents

Description

本発明は、飛翔体を目標に向けて誘導する飛翔体誘導装置と、この誘導装置に用いられ、飛翔体と目標との会合時間を予測する目標会合時間予測方法に関する。

従来の飛翔体誘導装置では、飛翔体の起爆タイミングの決定等のために、飛翔体と目標との最接近点までの経過時間として「会合時間」を予測する。この予測には、「飛翔体及び目標はそれぞれ直線の軌道を移動し、その軌道がある点で交差し、その交差する点までの経過時間がそれぞれ等しい。」という前提条件、すなわち飛翔体と目標の最接近点での離隔量（以下ミスディスタンスという）がゼロという前提条件にて計算する方法が使用されている。また、飛翔体の加速度についても、加速度がない、すなわち加速度がゼロという前提条件にて計算する方法が使用されている（例えば特許文献１参照）。

このように、従来方式の会合時間の予測計算では、ミスディスタンスはゼロであることが前提条件となっている。しかしながら、実際にはミスディスタンスはゼロとならない場合がある。その場合、飛翔体と目標とが最接近点に近づくほど、会合時間の計算値と実際の会合時間との誤差が大きくなってしまう。また、従来方式のように飛翔体の加速度を考慮していないと、飛翔体に加速度がある場合には、飛翔体と目標が最接近点から遠いほど、会合時間の計算値と実際の会合時間との誤差が大きくなってしまう。

このため、飛翔体と目標との最接近時におけるミスディスタンスがゼロでない場合に、最接近点で、従来方式よりも精度良く会合時間を計算できる方策が望まれていた。また、飛翔体に加速度がある場合に、最接近点から遠くても、従来方式よりも精度良く会合時間を計算できて、最接近点から遠くても、直撃できるどうかを判定する方策が望まれていた。
特開平０４−０５９４９７公報

以上述べたように、従来の飛翔体誘導装置では、会合時間の推定計算において、ミスディスタンスはゼロであることが前提条件となっている。このため、実際にはミスディスタンスがゼロとならない場合には、飛翔体と目標とが最接近点に近づくほど、会合時間の計算値と実際の会合時間との誤差が大きくなってしまう。また、飛翔体の加速度が考慮されていないため、飛翔体に加速度がある場合には、飛翔体と目標が最接近点から遠いほど、会合時間の計算値と実際の会合時間との誤差が大きくなってしまう。

本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、飛翔体と目標との最接近時におけるミスディスタンスがゼロでない場合に、最接近点の近くでも精度良く会合時間を計算することができ、飛翔体に加速度がある場合に、最接近点から遠くても精度良く会合時間を計算することができ、最接近点から遠くても直撃できるどうかを判定することのできる飛翔体誘導装置とその目標会合時間予測方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、本発明に係る飛翔体誘導装置及び目標会合時間予測方法は、飛翔体を目標に向けて誘導する際に、前記飛翔体と前記目標との会合時間を予測する場合に、前記飛翔体の位置を基準とする相対座標系で、前記目標に関しては等速直線運動をするものとし、前記飛翔体に関しては等加速度直線運動をするものとし、前記目標の相対位置を前記飛翔体との最接近点に向かう直線で表現し、前記相対座標系での前記目標の速度と前記飛翔体及び目標間の相対速度に基づいてミスディスタンスを計算し、このミスディスタンスの値を使用して前記会合時間を予測計算することを特徴とする。

このように、本発明では、ミスディスタンスを使用して会合時間を計算するので、ミスディスタンスがゼロとならない場合に、最接近点近くでも、従来方式よりも精度よく会合時間の計算を行うことが可能となる。また、飛翔体に加速度がある場合に、最接近点から遠くても、従来方式よりも精度よく会合時間の計算を行うことが可能となる。

以上のように、本発明によれば、飛翔体と目標との最接近時におけるミスディスタンスがゼロでない場合に、最接近点の近くでも精度良く会合時間を計算することができ、飛翔体に加速度がある場合に、最接近点から遠くても精度良く会合時間を計算することができ、最接近点から遠くても直撃できるどうかを判定することのできる飛翔体誘導装置とその目標会合時間予測方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明に係る飛翔体誘導装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。図１において、１１は飛翔体本体であり、この飛翔体本体１１内には目標を検出するセンサとして機能するシーカ１１１、このシーカ１１１で検出された目標Ｔを捕捉追尾して被搭載飛翔体と目標Ｔとの会合点と会合時間を推定計算し、その計算結果に基づいて誘導信号を生成する演算処理装置１１２、この演算処理装置１１２で生成された誘導信号に基づいて操舵を行う操舵制御装置１１３を備える。また、演算処理装置１１２で推定計算された会合点近傍で効果的に爆薬の起爆タイミングを決定する起爆装置１１４を備える。

上記構成において、以下に従来方式と比較しながら本発明による方式を具体的に説明する。

まず、従来方式の会合時間の計算では、ミスディスタンスはゼロであることが前提条件となっている。ところが、実際にはミスディスタンスはゼロとならない場合がある。その場合、飛翔体と目標とが最接近点に近づくほど、会合時間の計算値と実際の会合時間との誤差が大きくなってしまう。また、従来方式のように飛翔体の加速度を考慮していないとすれば、飛翔体に加速度がある場合には、飛翔体と目標が最接近点から遠いほど、会合時間の計算値と実際の会合時間との誤差が大きくなってしまう。

これに対し、本発明による誘導装置は、会合時間の計算時に、最接近点におけるミスディスタンスを計算し、その値を使用して会合時間の計算を行うものである。また、飛翔体の加速度を考慮して会合時間の計算を行い、その会合時間に従って正確なミスディスタンスを求め、直撃できるかどうかを判定するものである。

以下に、本発明に係る飛翔体誘導装置の一実施形態を説明する。

飛翔体及び目標の運動については、次の内容を前提条件とする。目標に関しては等速直線運動をするものとし、飛翔体に関しては等加速度直線運動をするものとする。また、飛翔体の機体の半径をＲｍとする。

ここで、飛翔体と目標に関する座標系について、図２を参照して説明する。図２において、横軸は水平距離、縦軸は高度を示しており、点Ｏは飛翔体位置に相当する原点、点Ｐは目標の相対位置（ｘ，ｙ，ｚ）、点Ｈは目標に対する飛翔体の最接近点、Ｖは目標の相対座標系速度ベクトル、Ｖｄは飛翔体及び目標間の相対速度ベクトル、Ｄは目標位置−最接近点間距離（ＰＨ間距離）、Ｒは飛翔体及び目標間の相対距離（ＯＰ間距離）、Ｍは飛翔体及び最接近点間のミスディスタンス（ＯＨ間距離）を表している。

上記相対座標系において、図３を参照して本発明に係る予測計算の流れを説明する。まず、目標の相対位置Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）は（１）式のように定義する。この目標位置Ｐの時間経過に伴う移動については、ここでは直線上を移動するものと見なし、以下のような直線の式で表すものとする（ステップＳ１）。これは、飛翔体に直線方向の加速度がある場合には、この目標位置Ｐの移動は厳密には直線上とはならないが、実際に起爆を実施する領域内であれば、直線と見なすことによる誤差は少ないためである。

（１）式の直線と原点Ｏ（飛翔体位置）から（１）式へ下ろした垂線との交点Ｈ（最接近点）の座標を、以下のように表す。ここで、ｔ₀ は最接近点Ｈに至る時刻を表している。

Ｈ座標：（Ｖｘ・ｔ₀ ＋Ｘ，Ｖｙ・ｔ₀ ＋Ｙ，Ｖｚ・ｔ₀ ＋Ｚ）
原点Ｏを通り、Ｈ座標を通るベクトル（ＯＨ）は、以下のように表すことができる（ステップＳ２）。

（１）式の直線の方向ベクトルと（２）式のベクトルとは互いに直交するので、その内積結果はゼロとなり、以下の式のように表せる。

上記の式を、ｔ₀について解くと、以下の式のようになる（ステップＳ３）。

求めたｔ₀ の値を（１）式に代入すると以下の式となる。この式により求まる相対位置Ｐの座標（ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ）を、飛翔体と目標との最接近点Ｈとする（ステップＳ４）。

次に、時刻ｔにおける相対位置Ｐから最接近点Ｈまでの距離（Ｄ）を、以下の式により求める（ステップＳ６）。

尚、時刻ｔにおける相対位置Ｐから最接近点Ｈまでの距離（Ｄ）は、飛翔体と目標との相対距離（Ｒ）を使用して、以下の式で計算することも可能である。

また、求めた時刻ｔにおける相対位置Ｐから最接近点Ｈまでの距離（Ｄ）は、時刻ｔにおける相対座標系速度の大きさ、相対座標系加速度の大きさ及び時刻ｔから、以下の式のように表される。

この式を、以下の式に示すようにｔについて解き、そのｔの値を、会合時間とする（ステップＳ６）。

但し、Ａがゼロの場合は、以下の式によりｔの値を計算する。

ｔ ＝ Ｄ／Ｖ
上記内容にて計算した、会合時間誤差の例を図３、４に示す。図３は「飛翔体加速度なし、観測誤差なし」を想定しており、図４は「飛翔体加速度あり、観測誤差なし」を想定している。尚、比較のため、図３、図４にそれぞれ従来方式による会合時間の誤差の例を点線で示す。

図３、４に示すように、本発明の予測計算によれば、飛翔体と目標との最接近点におけるミスディスタンスがゼロでない場合に最接近点に近づいても、会合時間の計算誤差は大きくならず、従来方式と比較して、より正確に会合時間を計算することが可能となる。また、飛翔体に加速度がある場合に、最接近点から遠くても、会合時間の計算誤差は大きくならず、従来方式と比較して、より正確に会合時間を計算することが可能となる。

上記の予測計算で求まった時間ｔを会合時間ｔ₁ として（１）式に代入すると、以下の式が成立する。この式により求まる相対位置（ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）を、飛翔体と目標との最接近点Ｈとする（ステップＳ７）。

時刻ｔ₁ における相対位置から原点までの距離（Ｍ）：ミスディスタンスは、以下の式により求める（ステップＳ８）。

このミスディスタンスが下記の条件（ステップＳ９）を満足している場合には直撃可能と判定し（ステップＳ１０）、満足していない場合には直撃不能と判定する（ステップＳ１１）。
Ｍ（ミスディスタンス）≦Ｒｍ（飛翔体の半径）
以上述べたように、本発明の飛翔体誘導装置によれば、ミスディスタンスを使用して会合時間を計算することができるので、ミスディスタンスがゼロとならない場合に、最接近点近くでも、従来方式よりも精度よく会合時間の計算を行うことができる。また、飛翔体に加速度がある場合に、最接近点から遠くても、従来方式よりも精度よく会合時間の計算を行うことができる。

このように、従来方式よりも精度良く求まった会合時間から、精度良いミスディスタンスを求めることができ、これによって最接近点の近くでも遠くでも、飛翔体と目標の直撃判定をより精度良く行うことができる。

尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

図１は本発明に係る飛翔体誘導装置の一実施形態の構成を示すブロック図。 上記実施形態の予測計算に適用される飛翔体と目標に関する相対座標系を示す図。 上記実施形態の予測計算の流れを示すフローチャート。 上記実施形態において、「飛翔体加速度なし、観測誤差なし」を想定した場合の会合時間誤差の例を従来方式と比較して示す特性図。 上記実施形態において、「飛翔体加速度あり、観測誤差なし」を想定した場合の会合時間誤差の例を従来方式と比較して示す特性図。

符号の説明

１１…飛翔体本体、１１１…シーカ、１１２…演算処理装置、１１３…操舵制御装置、１１４…起爆装置。

Claims (4)

1. 飛翔体に搭載され、当該飛翔体を移動中の目標に向けて誘導する飛翔体誘導装置において、
   前記目標を検出する検出手段と、
   前記検出手段で検出される目標を捕捉追尾して被搭載飛翔体と前記目標との会合点と会合時間を予測計算し、その計算結果に基づいて誘導信号を生成する演算処理手段と、
   前記誘導信号に基づいて被搭載飛翔体の操舵を行う操舵制御手段とを具備し、
   前記演算処理手段は、
   前記飛翔体の位置を基準とする相対座標系で、前記目標に関しては等速直線運動をするものとし、前記飛翔体に関しては等加速度直線運動をするものとし、前記目標の相対位置を前記飛翔体との最接近点に向かう直線で表現し、前記相対座標系での前記目標の速度と前記飛翔体及び目標間の相対速度に基づいてミスディスタンスを計算し、このミスディスタンスの値を使用して前記会合時間を予測計算することを特徴とする飛翔体誘導装置。
2. 前記演算処理手段は、さらに、前記予測計算された会合時間に対応するミスディスタンスを求め、その値を基準値と比較して直接会合するか否かを判定することを特徴とする請求項１記載の飛翔体誘導装置。
3. 前記基準値は前記飛翔体の機体の半径に相当することを特徴とする請求項２記載の飛翔体誘導装置。
4. 飛翔体を移動中の目標に向けて誘導する際に、前記飛翔体と前記目標との会合時間を予測する目標会合時間予測方法において、
   前記飛翔体の位置を基準とする相対座標系で、前記目標に関しては等速直線運動をするものとし、前記飛翔体に関しては等加速度直線運動をするものとし、前記目標の相対位置を前記飛翔体との最接近点に向かう直線で表現し、前記相対座標系での前記目標の速度と前記飛翔体及び目標間の相対速度に基づいてミスディスタンスを計算し、このミスディスタンスの値を使用して前記会合時間を予測計算することを特徴とする目標会合時間予測方法。

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