JP5367453B2 - スキッド・トゥ・ターン飛しょう体及びスキッド・トゥ・ターン飛しょう体のロール制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロール制御を改善したスキッド・トゥ・ターン飛しょう体に関する。

飛しょう体の軌道修正量は追跡目標との会合直前に最も大きくなる。よって、シーカの回転角と機体の可動角とは会合直前に最大値となる。シーカの追跡性能と機体の旋回性能がこの最大値を満たすように飛しょう体は設計される。

従来のスキッド・トゥ・ターン飛しょう体は会合直前に追跡目標がいかなる方向に旋回しても対処可能であることを前提に設計されていた。しかし、シーカ及び機体は構造上、性能に異方性を生ずるため、全方位についてシーカ性能及び旋回性能が等価となる設計では製造のコスト高となるという問題点がある。

この点に関し、シーカを機体軸周りに回転させる技術が提案されている（例えば、特許文献１）。しかし、この技術によっては機体の異方性を補償することができないという問題点がある。

特開平６−２１３６００号公報

本発明は、要求される旋回性能を低コストにて満足させるスキッド・トゥ・ターン飛しょう体を提供することを目的とする。

本発明は、追跡目標を追跡するスキッド・トゥ・ターン飛しょう体であって、複数の操舵翼と、第２のジンバル機構を内側に支持する第１のジンバル機構を有するジンバル機構と、を備え、ジンバル機構は、飛しょう体の優位な旋回方向の回転軸に対して第１のジンバル機構の回転軸が機体後方から見て０°をなすように取り付けられていることを特徴とするスキッド・トゥ・ターン飛しょう体を提供する。

安価なジンバル機構を搭載しても効率的な追跡目標の追跡が行える飛しょう体を提供することができるという効果がある。

飛しょう体の誘導制御装置の概要を示すブロック図である。 飛しょう体におけるジンバル機構の配置を示す斜視図である。 ジンバル機構の配置を機体の後方から見た図である。 飛しょう体の制御系を示すブロック図である。 飛しょう体のロール制御を示す図である。 操舵翼とジンバル機構との位置関係を示す後方図である。

以下に、本発明の一実施形態に係るスキッド・トゥ・ターン飛しょう体（以下、単に飛しょう体と呼ぶ。）を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、飛しょう体の誘導制御装置の概要を示すブロック図である。図１に示すように、飛しょう体の誘導制御装置は、追跡目標を検知するシーカ部１０１と、シーカ部１０１が出力した信号を処理し、シーカ部１０１にフィードバックする信号処理部１０２と、信号処理部１０２から出力された信号に従って操舵翼を制御する制御部１０３と、を備える。

シーカ部１０１は、追跡目標を検知し、画像信号を出力する目標検知器１１１と、目標検知器１１１を支持して旋回させるジンバル機構１１２と、ジンバル機構１１２の動きを制御するジンバル駆動回路１１５と、を備える。

ジンバル機構１１２は、目標検知器１１１の角度を検知する角度センサ１１４と、ジンバル機構１１２を駆動させるモータ１１３と、を備える。ジンバル機構１１２は、回転軸が互いに直行する２つの支持装置を備える。

信号処理部１０２は、目標検知器１１１からの画像信号を入力し、画像処理を行って追跡目標を判定する信号処理回路１２１と、ジンバル機構１１２及び飛しょう体の飛しょうを制御するジンバル制御・飛しょう制御回路１２２と、を備える。

制御部１０３は、ジンバル制御・飛しょう制御回路１２２が出力した制御信号を入力し、操舵翼１３２を回転させるモータ１３３を駆動させる操舵駆動回路１３５と、飛しょう体の姿勢角変化を検知するレートセンサ１３１と、操舵翼１３２の回転角度を検知する角度センサ１３４と、を備える。

ジンバル制御・飛しょう制御回路１２２は、角度センサ１１４からジンバル機構１１２の角度を入力し、信号処理回路１２１から追跡目標の誤差角を入力し、角度センサ１３４から操舵翼１３２の回転角度を入力し、レートセンサ１３１から機体の姿勢変化量を入力する。

ジンバル制御・飛しょう制御回路１２２は、入力した信号から追跡目標の目視線角を算出し、さらに誘導信号を生成し、操舵翼１３２の回転角を制御する制御信号を操舵駆動回路１３５に出力する。ジンバル制御・飛しょう制御回路１２２は、ジンバル機構１１２を駆動させる信号をジンバル駆動回路１１５に出力する。

図２は、飛しょう体におけるジンバル機構１１２の配置を示す斜視図である。図２に示すように、操舵翼１３２は機体の周囲に４枚設置され、それぞれ独立に駆動される。目標検知器１１１は第２のジンバル機構であるインナージンバル１１２Ｂに設置される。インナージンバル１１２Ｂは第１のジンバル機構であるアウタージンバル１１２Ａに設置される。インナージンバル１１２Ｂはエレベーション方向に回転し、アウタージンバル１１２Ａはアジマス方向に回転する。

アウタージンバル１１２Ａの回転可能角度１１２ＡＺはインナージンバルの回転可能角度１１２ＥＬよりも大きい。すなわち、ジンバル機構１１２は異方性をもち、アウタージンバル１１２Ａの回転方向であるアジマス方向が優位となっている。

図３は、ジンバル機構１１２の配置を機体の後方から見た図である。図３に示すように、機体がアジマス方向に優位な旋回方向を有する場合、アウタージンバル１１２Ａの回転軸Ｚは操舵翼１３２の各回転軸Ｙ’，Ｚ’に対して４５°の位相差を有して設置される。

すなわち、アウタージンバル１１２Ａの回転軸Ｚは機体の優位な旋回方向と垂直に配置される。従って、ジンバル機構１１２の優位な回転方向と機体の優位な旋回方向が一致するようにジンバル機構１１２は機体に設置される。

図４は、飛しょう体の制御系を示すブロック図である。図４に示すように、ジンバル制御・飛しょう制御回路１２２において生成された誘導信号はピッチ・ヨー誘導制御装置４０１と、ロール制御装置４００に入力される。

ピッチ・ヨー誘導制御装置４０１は、従来の公知のピッチ・ヨー誘導制御装置を用いることができる。ピッチ・ヨー誘導制御装置４０１はピッチレートｑと、ヨーレートｒと、を出力する。

ロール制御装置４００は、ロール姿勢演算部４０２と、ロール飛しょう制御部４０３とを有する。ロール姿勢演算部４０２は、誘導信号からロール姿勢角指令φ_ＣＭＤ（ｒａｄ）を以下の（１）式により算出して出力する。

ここで、σ^・ _ＥＬはエレベーション方向の誘導信号（ｒａｄ／ｓ）、σ^・ _ＡＺはアジマス方向の誘導信号（ｒａｄ／ｓ）、ｓｉｇｎ（ｖ）は変数ｖの符号が正のときは１を、負のときは−１を出力する関数である。

また、σ^・ _ＥＬはエレベーション方向のジンバル角、σ^・ _ＡＺはアジマス方向のジンバル角を用いてもよい。さらに、σ^・ _ＥＬはエレベーション方向の推定目視線角、σ^・ _ＡＺはアジマス方向の推定目視線角を用いてもよい。

ロール飛しょう制御部４０３は、ロール姿勢角指令φ_ＣＭＤからロールレートｐのレートセンサ特性Ｇ_Ｒと積分特性１／ｓとを加味したフィードバック値を減じてロール角度ゲインＫ_φとする。ロール飛しょう制御部４０３は、ロールレートｐにレートセンサ特性Ｇ_Ｒを加味したロール角速度ゲインＫ_φ ^・をロール角度ゲインＫ_φから減じ、操舵特性Ｇ_δとロール機体特性Ｇ_{ＡＦ＿ＲＯＬＬ}とを加味してロールレートｐを出力する。

図５は、飛しょう体のロール制御を示す図である。図５を用いて説明する。図５（ａ）に示すように、追跡目標５０１は矢印Ａの方向に飛んでいるものとする。ここで、ジンバル制御・飛しょう制御回路１２２はエレベーション方向の誘導信号σ^・ _ＥＬと、アジマス方向の誘導信号σ^・ _ＡＺと、を生成する。

図５（ｂ）は機体を後ろから見た図である。追跡目標５０１は機体から見て矢印Ｃの方向に進んでいるように見える。ここで、矢印Ｙはジンバル機構１１２及び飛しょう体の優位な旋回方向を表す。図５（ｂ）に示すように、追跡目標５０１の進行方向と飛しょう体の優位な旋回方向とはずれている。

ここで、会合直前には追跡目標５０１はその進行方向から極端な進路変更は行えない。よって、追跡目標５０１の進行方向とジンバル機構１１２及び飛しょう体の優位な旋回方向とを合わせると、効率的な追跡が行えるようになる。

図５（ｃ）は、ロール制御後の機体から追跡目標５０１の見え方を示した図である。図５（ｃ）に示すように、追跡目標５０１は矢印Ｂに示すベクトルにて進んでいるように見える。ここで、アジマス方向に次の（２）式の誘導信号が生成され、エレベーション方向の誘導信号は０となる。

図５（ｄ）は、ロール制御後の機体を後ろから見た図である。図５（ｄ）示すように、ロール姿勢角指令φ_ＣＭＤに基づいて機体はθだけロールする。ロール制御後のジンバル機構１１２及び飛しょう体の優位な旋回方向を示す矢印Ｙａは、追跡目標５０１の進行方向矢印Ｄと合っている。したがって、飛しょう体は効率的に追跡目標５０１の追跡が可能となる。

図６は、操舵翼１３２とジンバル機構１１２との位置関係を示す後方図である。図６（ａ）に示すように、飛しょう体の優位な旋回方向Ｄが操舵翼１３２に対して４５°の位相がある場合には、ジンバル機構１１２の優位な回転方向Ｃが旋回方向Ｄに合うようにジンバル機構１１２を機体に設置する。すなわち、アウタージンバル１１２Ａの回転軸Ｅと操舵翼１３２の回転軸Ｆとのなす角が４５°になるようにジンバル機構１１２を機体に設置する。

図６（ｂ）に示すように、飛しょう体の優位な旋回方向Ｄが操舵翼１３２に対して０°の位相がある場合には、ジンバル機構１１２の優位な回転方向Ｃが飛しょう体の優位な旋回方向Ｄに合うようにジンバル機構１１２を機体に設置する。すなわち、アウタージンバル１１２Ａの回転軸Ｅと飛しょう体の優位な旋回方向を操舵する操舵翼１３２の回転軸Ｆとのなす角が０°になるようにジンバル機構１１２を機体に設置する。

以上述べたように、本実施形態の飛しょう体は、ジンバル機構１１２をジンバル機構の優位な回転方向と、機体の優位な旋回方向とが一致するように機体に設置する。また、追跡目標５０１の進行方向が機体の優位な旋回方向と一致するように機体のロールを制御するロール制御装置を備える。このため、安価なジンバル機構を搭載しても効率的な追跡目標の追跡が行える飛しょう体を提供することができるという効果がある。

１１２：ジンバル機構、
１１２Ａ：アウタージンバル、
１１２Ｂ：インナージンバル、
１３２：操舵翼、
４０２：ロール姿勢演算部。

Claims (5)

1. 追跡目標を追跡するスキッド・トゥ・ターン飛しょう体であって、
   複数の操舵翼と、
   第２のジンバル機構を内側に支持する第１のジンバル機構を有するジンバル機構と、を備え、
   前記ジンバル機構は、
   前記飛しょう体の優位な旋回方向の回転軸に対して前記第１のジンバル機構の回転軸が機体後方から見て０°をなすように取り付けられている
   ことを特徴とするスキッド・トゥ・ターン飛しょう体。
2. 前記追跡目標の進行方向と前記飛しょう体の優位な旋回方向とが前記飛しょう体から見て一致するように前記飛しょう体のロールを制御するロール制御装置を備えることを特徴とする請求項１記載のスキッド・トゥ・ターン飛しょう体。
3. 前記操舵翼の回転軸と前記第１のジンバル機構の回転軸とが機体後方から見たときに４５°をなしていることを特徴とする請求項１記載のスキッド・トゥ・ターン飛しょう体。
4. 前記操舵翼の回転軸と前記第１のジンバル機構の回転軸とが機体後方から見たときに０°をなしていることを特徴とする請求項１記載のスキッド・トゥ・ターン飛しょう体。
5. スキッド・トゥ・ターン飛しょう体のロール制御方法であって、
   飛しょう体の優位な旋回方向の回転軸に対して、第２のジンバル機構を内側に支持する第１のジンバル機構の回転軸が機体後方から見て０°をなすように取り付け、
   誘導信号を入力してロールレートを出力するロール制御装置が、追跡目標の進行方向と前記飛しょう体の優位な旋回方向とが前記飛しょう体から見て一致するように前記飛しょう体のロールを制御する
   ことを特徴とするスキッド・トゥ・ターン飛しょう体のロール制御方法。

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