JP5521594B2

JP5521594B2 - 誘導飛翔体装置

Info

Publication number: JP5521594B2
Application number: JP2010024193A
Authority: JP
Inventors: 貴一郎加藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2030-02-05
Also published as: JP2011163589A

Description

本発明は、複数のセンサ部により探知した目標に向けて誘導される、誘導飛翔体装置に関する。

誘導飛翔体のセンサ部には、赤外線センサや電波センサが用いられている。従来の赤外線センサ（赤外線追尾装置）を備えた誘導飛翔体装置（以下、赤外線誘導飛翔体装置と称する）は、その先端に赤外線を透過するための開口窓を有した半球状の赤外線透過ドームが設けられるため、空気抵抗を受けやすい構造となっていた。また、飛しょう時の空力加熱が赤外線透過ドームを過熱するため、赤外線透過ドーム自体からの赤外線放射量を増加させ、目標からの赤外線を探知しにくくし、探知距離を低減する問題があった。これらの問題を解決するため、赤外線誘導飛翔体装置の先端に針状の構造を設け、空気抵抗を低減することで、赤外線透過ドームの過熱の低減を図る方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

実開昭６０−３８４００号広報

しかしながら、従来の赤外線誘導飛翔体装置においては、針状の部分とそれを支える部分の構造が赤外線透過ドームの開口窓を狭めるため、赤外線センサの視野を狭めると共に、入射する目標の赤外線量を少なくして目標の探知距離を低減させていた。

この発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、センサ部の視野を狭めないように、センサ部へ透過光を入射させるウインドウを配置した誘導飛翔体装置を得ることを目的とする。

この発明による誘導飛翔体装置は、機体の先端側面に分散配置した複数のウインドウと、前記複数のウインドウをそれぞれ開口として、その視野の一部を重なるように配置した複数のセンサ部と、前記複数のセンサ部がそれぞれ出力する画像情報から目標を探知し、探知情報を出力する探知処理部と、前記探知情報と速度姿勢計測部が出力する速度姿勢情報を用いて目標を追尾し、追尾情報を出力する追尾処理部と、前記追尾情報から、視野の重なる領域で別々の前記センサ部が探知した目標の特徴量を求め、当該目標の特徴量に基いて同一目標を同定し、当該同定した同一目標に対応する追尾情報を１つの追尾情報に同一化して、前記追尾情報から目標情報を生成する同定処理部と、前記目標情報から目標に誘導するための誘導情報を生成し、操舵翼を制御するシステム制御部とを備えたものである。

この発明によれば、センサ部の視野を妨げることなく、誘導飛翔体装置の先端を尖った形状とすることができるので、誘導飛翔体装置の先端が空気抵抗を受けにくくなり、また側面に配置したウインドウが、誘導飛翔体装置の先端で特に大きい空力加熱の影響を受けにくいため、センサ部にて目標からの赤外線を探知しやすくなる。

この発明の実施の形態１に係わる構成及び動作を示す図である。この発明の実施の形態１に係わる赤外線誘導飛翔体装置の視野を示す図である。この発明の実施の形態３に係わる構成を示す図である。この発明の実施の形態４に係わる構成を示す図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わる赤外線誘導飛翔体装置の構成と信号の流れを示す図である。図２は、赤外線誘導飛翔体装置の視野を示す図である。図において、実施の形態１による赤外線誘導飛翔体装置は、先端に半球状で空気抵抗を受けやすい赤外線ドームを用いずに、一般の電波シーカを備えた誘導飛翔体装置と同様の先端の尖ったレドーム２０を備えている。

また、赤外線誘導飛翔体装置の側面に複数の分散させたウインドウ１（１ａ〜１ｄ）を配置して、そのウインドウ１を開口として視野の一部を重なるように複数のセンサ部２（２ａ〜２ｄ）を配置した構造を持ち、複数のセンサ部２が全体として広い視野を有している。すなわち、複数のウインドウ１（１ａ〜１ｄ）は赤外線誘導飛翔体装置の表面に分散配置され、複数のセンサ部２（２ａ〜２ｄ）は複数のウインドウ１をそれぞれ開口として、その視野の一部を重なるように配置される。また、赤外線誘導飛翔体装置は、複数のセンサ部２の視野の重なる領域で別々のセンサ部２が探知した目標が同一か否かを判定する同定処理部９を有している。

さらに、赤外線誘導飛翔体装置は、信号処理部１８と、システム制御部１５と、速度姿勢計測部１０と、点火装置１３と、操舵装置１７と、操舵翼１６と、ノズル１８と、推進装置１９とを備えている。信号処理部１８は、探知処理部５、追尾処理部７、同定処理部９、システム制御部１５から構成される。

図１に示すように、赤外線誘導飛翔体装置の先端を半球状から尖った形状にすることによって、赤外線誘導飛翔体装置は空気抵抗を受けにくくなり、高速の飛しょうに有利になる。また、センサ部２の開口として半球状の赤外線ドームを用いずに、赤外線誘導飛翔体装置の側面に配置したウインドウ１を用いることとしたため、主に空気の圧縮、空気との摩擦によって、赤外線ドームに比べ赤外線誘導飛翔体装置の先端で特に大きい空力加熱の影響を受けにくくなり、目標からの赤外線を探知しやすく、探知距離を延伸させることができるようになった。また、視野の重なる領域で別々のセンサ部が探知した目標が同一か否かを判定する同定処理部９を有することで、異なるセンサ部２の視野の間で移動する目標を追尾することができる。

探知処理部５は、複数のセンサ部２がそれぞれ出力する画像情報３（３ａ〜３ｄ）から目標を探知し、探知情報４を出力する。追尾処理部７は、探知情報４と速度姿勢計測部１０が出力する赤外線誘導飛翔体装置の速度姿勢情報１１を用いて目標を追尾し、追尾情報６を出力する。同定処理部９は、追尾情報６に基づき視野の重なる領域で別々のセンサ部２が探知した目標の特徴が近ければ同一目標と同定し、追尾情報６に同定した同一目標の情報を付加して目標情報８として出力する。このとき、同定処理部９は、視野の重なる領域で別々の前記センサ部２が探知した目標の特徴量を追尾情報６から求め、求めた目標の特徴量に基いて同一目標を同定した後、同定した同一目標に対応する追尾情報を１つの追尾情報に同一化することで、追尾情報から目標情報８を生成する。

システム制御部１５は、母機情報２１と目標情報８から赤外線誘導飛翔体装置を目標に誘導する誘導情報１２を出力すると共に、点火装置１３に点火指令１４を出力する。操舵装置１７は、誘導情報１２に従い操舵翼１６を制御する。推進装置１９は、点火装置１３によって点火され、ノズル１８から燃焼ガスを噴出する。

赤外線誘導飛翔体装置は以上のように構成され、次のように動作する。
ウインドウ１は、センサ部２の光学的な開口となり、赤外線誘導飛翔体装置の側面の表面に分散配置され、空気抵抗が小さい形状で赤外線誘導飛翔体装置表面に取り付けられる。また、センサ部２の主要な検出波長帯域に対して透過率が高く、高速でぶつかる水滴などに対しても傷付きにくい材料から成る。また、必要に応じてウインドウ１の表面に低反射コートを施す。

センサ部２は、その視野内のものを赤外線画像として撮像し、画像情報３として探知処理部５に出力する。画像情報３は、オフセット補正、ゲイン補正、欠陥画素補正、などが既に施され、複数カメラ間で同じ輝度の目標を撮像した際には、同レベルの信号が出力されるよう調整されている。

探知処理部５は、画像情報３の中から輝度、または信号対ノイズ比が、予め設定した探知しきい値べて大きい連続した画素のかたまりを目標として探知し、探知した順番にシリアル番号を付与し、その目標の探知時間、角度、サイズ、形状、輝度、放射する光の波長などをまとめ、探知情報４として追尾処理部７に出力する。
速度姿勢計測部１０とは例えば、赤外線誘導飛翔体装置の姿勢を検出する姿勢検出計や、速度計、加速度計、高度計、ＧＰＳなどから構成され、例えば、赤外線誘導飛翔体装置の姿勢や、速度や、加速度や、高度や、緯度経度などを、速度姿勢情報１１として追尾処理部７に出力する。

追尾処理部７は、探知情報４と速度姿勢情報１１を用いて、赤外線誘導飛翔体装置または地球を原点とする慣性空間における目標の角度、角速度、角加速度の観測値の時間変化から、目標の将来角度、角速度、角加速度を予測して、その予測値を探知情報４と速度姿勢情報１１に付加して追尾情報６として同定処理部９に出力する。
同定処理部９は、追尾情報６に基づき、視野の重なる領域で別々のセンサ部２が探知した、異なるシリアル番号の目標の特徴を比較して、予め設定したしきい値よりも特徴が近ければ同一目標として同定し、その情報を追尾情報６に付加して目標情報８としてシステム制御部１５に出力する。同定処理に用いる目標の特徴とは、例えば目標の角度、角速度、角加速度、サイズ、形状、輝度、放射する光の波長、などが挙げられる。

システム制御部１５は、赤外線誘導飛翔体装置の発射時に母機から出力される母機情報２１に基づき、点火指令１４を点火装置に出力すると共に、母機情報２１と目標情報８に基づいて目標との会合点を予測し、会合点に対する赤外線誘導飛翔体装置の飛しょう方向（以下経路という）のずれを補正するような誘導情報１２を操舵装置１７に出力する。
システム制御部１５は、赤外線誘導飛翔体装置が発射して母機から切り離された後も、刻々と更新される母機情報２１及び目標情報８を用いて、目標との新たな会合点を予測し、会合点に対する経路のずれを補正する誘導情報１２を操舵装置１７に出力する。

赤外線誘導飛翔体装置が発射して母機から切り離された後に、母機情報２１が取得できない場合には、追尾情報６により新たな会合点を予測する。
母機情報２１は、例えば母機の位置情報、速度情報、加速度情報、目標の位置情報、速度情報、加速度情報、発射情報、各情報の取得時間などから成る。
操舵装置１７は、誘導情報１２に基づき操舵翼１６を制御する。操舵翼１６を制御することにより操舵翼１６が発生する空気力が変化し、引き続き赤外線誘導飛翔体装置の重心まわりの回転モーメントが変化して、赤外線誘導飛翔体装置の空力的姿勢が変化する。この空力的姿勢の変化が経路の変化をもたらす。
点火装置１３は、点火指令１４に基づき推進装置１９内の推進薬に点火する。推進装置１９内の燃焼ガスはノズル１８から、赤外線誘導飛翔体装置後方に噴出し、赤外線誘導飛翔体装置に推進力を与える。

図２は、赤外線誘導飛翔体装置の視野を示す図である。赤外線誘導飛翔体装置の表面に分散配置した複数のウインドウ１（１ａ〜１ｆ）に対応した視野２２ａ〜２２ｆは、それぞれの視野の一部を重ねるように配置している。このように複数の視野をもつことで、広い視野を確保できる。
外線誘導飛翔体装置の後方は高温の燃焼ガスが存在するため、推進装置１９の燃焼中は後方の視界は得ることができない。
視野の重なった領域は、複数のセンサ部２が重複して探知処理を行うため、無秩序に発生するホワイトノイズによる誤警報を低減することができる。
前記ホワイトノイズは、電子回路のノイズ、検知器の読出ノイズ、検知器のショットノイズなどから成り、赤外線の輝度が一様な物体を撮像しても、センサ部２の各画素の出力が無秩序にばらつき、時間の経過によっても変化する。このばらつき、またはばらつきの度合いをホワイトノイズと呼ぶ。

まれではあるが、ホワイトノイズにより、ある画素の出力が、探知処理部５の探知しきい値を超えて探知される場合がある。これがホワイトノイズによる誤警報となる。ホワイトノイズは無秩序に発生するため、視野の重なった領域で、複数のセンサ部２が重複して探知処理を行っている場合、その複数のセンサ部２が同時に、同じ角度でホワイトノイズによる誤警報が発生する確率は低い。
このため、複数のセンサ部２の視野が重なった領域で、その領域に視野をもつ１つのセンサ部２が探知し、その領域に視野をもつ他のセンサ部２が探知しない目標は、誤警報として扱い、その誤警報の情報はシステム制御部１５に目標情報８として送らないとすれば、ホワイトノイズによる誤警報を低減することができる。

以上説明した通り、実施の形態１による赤外線誘導飛翔体装置は、側面に複数の分散させたウインドウ１を配置して、そのウインドウ１を開口として視野の一部を重なるように複数のセンサ部２を配置した構造を持つことで、センサ部２の視野を妨げることなく先端を尖った形状とすることができるので、空気抵抗を受けにくくなり、高速の飛しょうに有利になり、側面に配置したウインドウ１が、赤外線誘導飛翔体装置の先端で特に大きい空力加熱の影響を受けにくいため、目標からの赤外線を探知しやすくなる。
また、ウインドウ１およびセンサ部２を分散配置しているため、広い視野をもつことができる。
また、視野の重なる領域で別々のセンサ部２が探知した目標が同一か否かを判定する同定処理部９を有することで、異なるセンサ部２の視野の間で移動する目標を追尾することができる。

さらに、赤外線誘導飛翔体装置は、視野を広くすることができるので、ターゲット機が自機の機首方向より大きくずれた位置にあっても、ターゲット機を赤外線誘導飛翔体装置の視野の中に収めた状態で追尾することができる。また、赤外線誘導飛翔体装置の探知距離を向上させることができるので、ターゲットの電波反射面積が低くても電波による探知距離の低下を補うことができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る赤外線誘導飛翔体装置は、実施の形態１の同定処理部９が行う同定処理を、各種の特徴量の誤差と重み付け量を用いて判定するものである。これによって、各種特徴量を誤差で規格化し、１つの数式で同定処理の判定を行うことができると共に、運用環境に応じて重み付け量を調整することで、様々な環境においてもより正確な判定を実現する。
センサ部２ａとセンサ部２ｂが、それぞれの視野の重なる領域で探知した目標を４０ａと４０ｂとする。赤外線誘導飛翔体装置から見た目標４０ａ、目標４０ｂの角度をそれぞれ、（ＡＺａ，ＥＬａ）、（ＡＺｂ，ＥＬｂ）とする。同様に角加速度を（ＡＺＶａ，ＥＬＶａ）、（ＡＺＶｂ，ＥＬＶｂ）とする。同様に角加速度を（ＡＺＡａ，ＥＬＡａ）、（ＡＺＡｂ，ＥＬＡｂ）とする。赤外線画像中の目標４０ａ、４０ｂのサイズをＳａ、Ｓｂとする。同様に形状情報を（ＡＺＦａ，ＥＬＦａ）、（ＡＺＦｂ，ＥＬＦｂ）とする。同様に輝度をＲａ、Ｒｂとする。同様に放射する光の波長情報をＤａ、Ｄｂとする。

ここで目標の角度とは、赤外線誘導飛翔体装置を原点としたＮＥＤ（Ｘ軸：Ｎｏｒｔｈ、Ｙ軸：Ｅａｓｔ、Ｚ軸：Ｄｏｗｎ）座標系において、Ｚ軸時計周りをＡＺとし、Ｙ軸時計周りをＥＬとした時に、赤外線誘導飛翔体装置から目標を見たＡＺ、ＥＬの角度とする。
ここで目標の角速度とは、上記ＮＥＤ座標系のＡＺ、ＥＬにおける目標の角速度とする。
ここで目標の角加速度とは、上記ＮＥＤ座標系のＡＺ、ＥＬにおける目標の角加速度とする。
ここで目標のサイズとは、探知処理にて探知した、連続した画素のかたまりの画素数をとする。
ここで目標の形状情報とは、探知処理にて探知した、連続した画素のかたまりのうち最も明るい画素の中心から、前記連続した画素のかたまりの重心位置に引いたベクトルを、ＮＥＤ座標系のＡＺ、ＥＬで表したものとする。
ここで目標の輝度とは、探知処理にて探知した、連続した画素のかたまりのうち最も明るい画素の輝度とする。
ここで目標が放射する波長情報とは、センサ部２の検出波長帯を短波長側と長波長側に分割し、短波長側の輝度Ｒｓと、長波長側の輝度Ｒｌの比Ｒｓ／Ｒｌをもとめ、それを、目標が放射する波長情報Ｄとする。

また、目標の角度、角速度、角加速度、サイズ、形状情報、輝度、放射する光の波長情報の想定される誤差をそれぞれθｅ、θＶｅ、θＡｅ、Ｓｅ、θＦｅ、Ｒｅ、Ｄｅとし、赤外線誘導飛翔体装置の同定処理における角度、角速度、角加速度、サイズ、形状情報、輝度、放射する光の波長情報の重み付け量をそれぞれ、θｗ、θＶｗ、θＡｗ、Ｓｗ、θＦｗ、Ｒｗ、Ｄｗとし、赤外線誘導飛翔体装置の同定処理部が、視野の重なる領域で探知した目標４０ａと目標４０ｂを同一目標と判定するしきい値をＴＨｅｑを[式１]とする。

ここで、重み付け量とは、各特徴量のうち、目標の同定処理に関連の深い項目について数値を大きくし、関連の浅い項目については数値を小さくして、[式１]における各特徴量の影響を調整する。また、運用環境に応じて重み付け量を調整して、様々な環境において正確な判定を実現する。
なお、目標の角度、角速度、角加速度、サイズ、形状情報、輝度、放射する光の波長情報のうち、データが得られない特徴量については、[式１]より、その特徴量に関する項を削除する。

実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３に係る赤外線誘導飛翔体装置の構成と信号の流れを示す図である。装置の構成は、実施の形態１と同等である。動作の異なる部位は、電波シーカ部２４である。

この実施の形態３の赤外線誘導飛翔体装置では、電波シーカ部２４を赤外線誘導飛翔体装置の機体前方中央軸部分に設置し、電波シーカ部２４が出力する電波の送受信により電波目標情報２５を追尾処理部７に入力するよう構成する。
電波シーカ部２４は、送信ビームを目標に照射し、目標からの反射波を受信する。受信した反射波から、赤外線誘導飛翔体装置に対する目標の角度、角速度、角加速度、距離、速度、加速度を求め、電波目標情報２５として追尾処理部に出力する。

電波シーカ部は送信ビーム及び受信軸を走査させるため、赤外線誘導飛翔体装置の前方中央軸部分に設置することが好ましい。この実施の形態３の赤外線誘導飛翔体装置では、赤外線誘導飛翔体装置の側面にウインドウ１とセンサ部２を分散配置しているため、赤外線誘導飛翔体装置の前方中央軸部分に電波シーカ部２４を設置するスペースを確保することができる。

実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４に係わる赤外線誘導飛翔体装置の構成を示す図である。図において、一体型探知処理部２８（２８ａ〜２８ｄ）は、センサ部２（２ａ〜２ｄ）とそれぞれ一体化されている。一体型探知処理部２８は、センサ部２が出力する画像情報から目標を探知し、その結果を個別探知情報２９（２９ａ〜２９ｄ）として追尾処理部７に出力する。
実施の形態１では、赤外線誘導飛翔体装置の側面に分散配置した各センサ部２は、それぞれ画像情報３を探知処理部５に出力していた。しかし、画像情報３のデータ量は個別探知情報２９に比べて大きく、データの送信に時間がかかる他、複数の画像情報を一度に処理するため探知処理部５負荷が大きくなり探知処理に時間がかかる場合があった。
この実施の形態４では、一体型探知処理部２８をセンサ部２に一体化して分割して配置することで、画像情報の伝送にかかる時間を短縮すると共に、探知処理にかかる時間を短縮する。これによって、システム全体の処理時間を短縮することができる。

１ウインドウ、２センサ部、３画像情報、４探知情報、５探知処理部、６追尾情報、７追尾処理部、８目標情報、９同定処理部、１０速度姿勢計測部、１１速度姿勢情報、１２誘導情報、１３点火装置、１４点火指令、１５システム制御部、１６操舵翼、１７操舵装置、１８ノズル、１９推進装置、２０レドーム、２１母機情報、２２視野、２３胴体、２４電波シーカ、２５電波目標情報、２８一体型探知処理部、２９個別探知情報。

Claims

先端が尖った形状をなす機体の側面に分散配置した複数のウインドウと、
前記複数のウインドウをそれぞれ開口として、その視野の一部を重なるように配置した複数のセンサ部と、
前記複数のセンサ部がそれぞれ出力する画像情報から目標を探知し、探知情報を出力する探知処理部と、
前記探知情報と速度姿勢計測部が出力する速度姿勢情報を用いて目標を追尾し、追尾情報を出力する追尾処理部と、
前記追尾情報から、視野の重なる領域で別々の前記センサ部が探知した目標の特徴量を求め、当該目標の特徴量に基いて同一目標を同定し、当該同定した同一目標に対応する追尾情報を１つの追尾情報に同一化して、前記追尾情報から目標情報を生成する同定処理部と、
前記目標情報から目標に誘導するための誘導情報を生成し、操舵翼を制御するシステム制御部と、
を備えた誘導飛翔体装置。
前記同定処理部は、別々の前記センサ部が探知した目標の特徴量の誤差と、当該目標の特徴量毎に付与される重み付け量に基いて、同一目標の同定を行うことを特徴とする請求項１記載の誘導飛翔体装置。
機体の前方中央軸部分に設置され、前記追尾処理部に電波の送受信によって目標情報を取得する電波シーカ部を備えたことを特徴とする請求項１記載の誘導飛翔体装置。
前記探知処理部は、それぞれのセンサ部とそれぞれ一体化されたことを特徴とする請求項１記載の誘導飛翔体装置。