JP5933350B2 - 誘導装置 - Google Patents

Description

この発明は、飛しょう体を複数の目標から特定の追尾目標へ誘導する誘導装置に関するものである。

飛しょう体に搭載され、飛しょう体を追尾目標へ誘導する誘導装置においては、従来より誘導則として比例航法が広く用いられている（非特許文献１参照）。

従来の誘導装置は、対象となる目標から信号を検出して観測値を出力する信号処理部と、観測値から誘導信号を出力するための目標の相対位置や相対速度を推定するカルマンフィルタで構成され、観測値の雑音を除去する追尾処理部と、追尾処理部の出力信号から誘導信号として目視線変化率を算出する目視線変化率計算部と、目視線変化率計算部の出力信号から飛しょう体に指示する加速度である指令加速度を算出する指令加速度計算部とを備える。指令加速度計算部から入力される指令加速度に基づく加速度ベクトルにより飛しょう体が移動し、目標に会合する。

図１は、従来の誘導装置の指令加速度の算出方法を示す図である。図１では、指令加速度の算出方法を、２次元平面を用いて示しており、飛しょう体Ｐと追尾目標Ｑがそれぞれ速度ベクトルＶ_Mと速度ベクトルＶ_Tで移動している。飛しょう体Ｐと追尾目標Ｑとを結ぶ線分は目視線ＰＱであり、慣性座標において観測される飛しょう体Ｐの経路角、目視線角をそれぞれγ、σとする。飛しょう体Ｐは進行方向に垂直な加速度ベクトルｎ_cを発生し、追尾目標Ｑに会合する。加速度ベクトルｎ_cは、以下の式（１）に基づいて算出される。
ｎ_c＝Ｎ₁ｖ_cσ´ ・・・（１）
式（１）において、Ｎ₁は航法定数、ｖ_cは接近速度、σ´は目視線変化率を示す。「´」は時間に対する微分を示す。

また、慣性座標系において、以下の式（２）から式（４）が成り立つ。
ａ_MX＝−ｎ_cｓｉｎσ ・・・（２）
ａ_MY＝ｎ_cｃｏｓσ ・・・（３）
ｖ_c＝−Ｒ´_TM ・・・（４）
式（２）から式（４）において、σは目視線角、Ｒ´_TMは飛しょう体Ｐから追尾目標Ｑの相対距離変化率を示す。このように、目視線変化率にゲインである航法定数と接近速度を乗ずることにより指令加速度が算出される。

一方、複数存在する目標から追尾すべき追尾目標を選択する目標選択処理（以下、相関処理と称する）として、ＮＮ（Nearest Neighbor）方式による相関処理やＰＤＡ（Probabilistic Data Association）方式による相関処理などが知られている。ＮＮ方式は、追尾フィルタの予測値を中心に所定の領域を設定し、設定した領域内に複数の観測値が存在した場合には、予測値に最も近い観測値を追尾目標から得られた観測値と判断するアルゴリズムである。一方、ＰＤＡ方式は、設定した領域内の観測値はすべて追尾目標から得られている可能性があると考え、各観測値に対して信頼度に基づく荷重平均をとるアルゴリズムである。

なお、複数存在する目標から追尾目標を選択し、飛しょう体を追尾目標へと誘導する場合には、追尾処理部の前段に相関処理を行う相関処理部を設けるのみであり、目視線変化率計算部および指令速度計算部は上述した処理と同様の処理を行う。

P. Zarchan，Tactical and Strategic Missile Guidance Fourth Edition，Vol.199，AIAA，2002.

しかしながら、上述した従来の誘導装置では、複数存在する目標から追尾目標を選択する相関処理において、観測状況により追尾処理部の追尾フィルタの平滑値が不安定となるという課題があった。例えば、目標を遠く離れた地点から観測すると、測角誤差により追尾目標とその他の目標との区別が困難となり、区別が困難な状況において追尾目標を選択するあるいはその他の目標を選択すると、追尾処理部の追尾フィルタの平滑値が不安定となる。不安定な平滑値を用いて指令加速度を算出し、舵角指令を出力すると、舵角が安定せず、誘導装置の機体がふらつき、飛しょう体を確実に追尾目標へ誘導することができないという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、複数存在する目標から追尾目標を選択し、選択した追尾目標へ飛しょう体を誘導する場合に、観測状況に合わせて目標選択方法を選択し、飛しょう体を確実に追尾目標へ誘導する誘導装置を得ることを目的とする。

この発明に係る誘導装置は、複数存在する目標の検出信号から、目標の運動を示す観測値を取得する信号処理部と、信号処理部が取得した観測値に対してＰＤＡ相関に基づいて、またはＮＮ相関に基づいて相関処理を行い、複数存在する目標から追尾目標を決定する相関処理部と、相関処理部が決定した追尾目標の観測値から、当該追尾目標の運動を推測する追尾処理部と、飛しょう体の運動と、追尾処理部が推測した追尾目標の運動とから、飛しょう体と追尾目標との相対運動を算出する相対運動計算部と、追尾処理部が推測した追尾目標の運動と、相対運動計算部が算出した飛しょう体と追尾目標との相対運動とに基づいて、飛しょう体が追尾目標に会合するための飛しょう経路および加速度を算出し、算出した飛しょう経路および加速度から飛しょう体の航法計画を示す航法定数を算出する航法定数計算部と、航法定数計算部が算出した航法計画に基づいて、飛しょう体の加速度ベクトルを算出する指令加速度計算部とを備え、相関処理部は、飛しょう体が追尾目標に会合すると推測される時間である予想会合時間に応じて、追尾目標の観測値に対してＰＤＡ相関に基づく相関処理を実行するか、またはＮＮ相関による相関処理を実行するかを決定し、航法定数計算部は、相関処理部においてＰＤＡ相関による相関処理を実行すると決定された区間において発生する飛しょう遅れを、ＮＮ相関による相関処理を実行すると決定された区間において補償する加速度を算出し、飛しょう体の航法計画を決定するものである。

この発明によれば、目標を遠く離れた地点から観測する場合にも、誘導装置の舵角を安定させ、飛しょう体を追尾目標へ確実に誘導することができる。

誘導装置における指令加速度の算出方法を示す図である。 実施の形態１による誘導装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１による誘導装置の相関処理部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１による誘導装置の航法定数計算部の構成を示すブロック図である。 飛しょう体にかかる荷重を示す説明図である。 飛しょう体の機体を追尾目標に指向させる荷重を示す説明図である。 実施の形態１による誘導装置の航法定数のスケジュールを示す図である。 実施の形態２による誘導装置の航法定数計算部の構成を示すブロック図である。 実施の形態３による誘導装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態４による誘導装置の航法定数のスケジュールを示す図である。 実施の形態５による誘導装置の航法定数を示す説明図である。

本願発明の誘導装置が誘導を行う飛しょう体と、飛しょう体が会合する追尾目標との関係は、上述した図１と同様の関係を有している。さらに本願発明の誘導装置は、飛しょう体が会合すべき追尾目標以外の別目標が観測された時点で、以下に示す特徴的な処理動作を実行する。以下では、飛しょう体が会合すべき目標を追尾目標Ｑとし、そのほかに観測された別目標を観測目標Ｓ（図１参照）として説明を行う。なお、図１では複数の観測目標Ｓを記載しているが、観測目標Ｓの数はこれに限定されるものではない。

実施の形態１．
図２は、この発明の実施の形態１による誘導装置の構成を示すブロック図である。
誘導装置１０は、信号処理部１、追尾処理部２、目視線変化率計算部（相対運動計算部）３、指令加速度計算部４、相関処理部５および航法定数計算部６を備えて構成される。
信号処理部１は、アンテナ、赤外線センサや光学カメラなどを用いて、対象となる追尾目標Ｑが放射または反射する信号を検出し、当該検出した信号に対して信号処理を行い、観測値として出力する。追尾処理部２は、信号処理部１または相関処理部５から入力される観測値に基づいて、追尾目標Ｑの運動を推測し、各回のサンプリング時刻（観測時刻）における追尾目標Ｑに対する予測値、予測誤差共分散行列、観測誤差共分散行列および平滑値を算出する。

目視線変化率計算部３は、飛しょう体Ｐの運動と、追尾処理部２が推測した追尾目標Ｑの運動とに基づいて、飛しょう体Ｐと追尾目標Ｑとの相対運動を計算する。具体的には、追尾処理部２が算出した平滑値から相対距離、接近速度、目視線角および目視線変化率を算出する。指令加速度計算部４は、上述した式（１）に基づいて、目視線変化率計算部３が算出した目視線変化率に、ゲインである接近速度と航法定数を乗じることにより指令加速度を算出する。指令加速度計算部４が算出した指令加速度に基づいて飛しょう体Ｐを制御することにより、飛しょう体Ｐは進行方向に垂直な加速度ベクトルｎ_cを発生して移動し、追尾目標Ｑに会合する。

相関処理部５は、複数存在する目標から追尾する追尾目標Ｑを選択する目標選択処理（以下、相関処理と称する）を行う。指令加速度計算部４が算出した予想会合時間ｔ_goに基づいて、信号処理部１から入力される観測値に対して、ＰＤＡ方式相当の相関処理、あるいはＮＮ方式相当の相関処理を行う。

航法定数計算部６は、飛しょう体Ｐと追尾目標Ｑとの離間距離が大きい場合の遠距離航法定数（以下、第１の航法定数と称する）および、予想会合時間ｔ_goの１／Ｍ（Ｍは後述するパラメータ）以降であって発生した遅れを補償するための補償航法定数（以下、第２の航法定数と称する）の設定を行う。なお、第１の航法定数の設定において、飛しょう体Ｐと追尾目標Ｑとの離間距離が大きい場合には、目標選択の結果が飛しょう体Ｐの誘導に大きく反映されるのを抑制するために、予想会合時間ｔ_goの１／Ｍまでの区間において第１の航法定数の値を小さく設定する。

次に、相関処理部５の詳細について説明する。
図３は、この発明の実施の形態１による誘導装置の相関処理部の構成を示すブロック図である。
相関処理部５は、パラメータ設定部５１、切替設定部５２および残差二次形式計算部５３で構成されている。
パラメータ設定部５１は、切替設定部５２に対してあらかじめ記憶するパラメータＭを設定する。切替設定部５２は、パラメータ設定部５１により設定されたパラメータＭを用いて、予想会合時間ｔ_goの１／Ｍまでの区間ではＰＤＡ方式相当の相関処理を選択し、予想会合時間ｔ_goの１／Ｍ以降の区間ではＮＮ方式相当の相関処理を選択し、選択した相関処理方法を残差二次形式計算部５３に設定する。

残差二次形式計算部５３は、切替設定部５２により設定された方式の相関処理を実施する。具体的には、予想会合時間ｔ_goの１／Ｍまでの区間では、追尾目標Ｑの残差二次形式と観測目標Ｓの残差二次形式の逆比で荷重観測値を算出する。また、予想会合時間ｔ_goの１／Ｍ以降の区間では、追尾目標Ｑまたは観測目標Ｓのいずれかの観測値を選択する。

次に、航法定数計算部６の詳細について説明する。
図４は、この発明の実施の形態１による誘導装置の航法定数計算部の構成を示すブロック図である。
航法定数計算部６は、標準航法定数設定部６１、パラメータ設定部６２、遠距離用航法定数設定部６３、補償加速度計算部６４および航法定数スケジュール計算部６５から構成されている。
標準航法定数設定部６１は、標準航法定数をあらかじめ記憶し、遠距離用航法定数設定部６３に対して設定する。標準航法定数は、飛しょう体Ｐと追尾目標Ｑとの離間距離を考慮することなく、飛しょう体Ｐが追尾目標Ｑに会合するまで一定の条件で飛しょうする場合に適用する航法定数である。パラメータ設定部６２は、遠距離用航法定数設定部６３に対してあらかじめ記憶するパラメータＮを設定する。

遠距離用航法定数設定部６３は、標準航法定数設定部６１により設定された標準航法定数に、パラメータ設定部６２により設定されたパラメータＮの１／Ｎを乗じた値を、第１の航法定数とする。第１の航法定数は、標準航法定数の１／Ｎ倍であることから、相関処理結果に対する操舵の感度を低下させる航法定数となる。

補償加速度計算部６４は、遠距離用航法定数設定部６３が設定した第１の航法定数および目視線変化率計算部３から入力される相対距離、接近速度、目視線角、目視線変化率、指令加速度計算部４から入力される予測会合時間および追尾処理部２から入力される平滑値に基づいて飛しょう経路を算出した後、相関処理切替時間、すなわち予想会合時間ｔ_goの１／Ｍ以降の区間の会合経路を算出する。予想会合時間ｔ_goの１／Ｍまでの区間では値の小さい第１の航法定数を設定するため、飛しょう経路としては遅れが生じる。生じる遅れを補償するため、予想会合時間ｔ_goに飛しょう体Ｐが追尾目標Ｑと会合すべき飛しょう経路を計算し、相関処理をＮＮ方式相当の相関処理に切り替えた後に追尾目標Ｑに会合するための所要加速度を算出する。

航法定数スケジュール計算部６５は、補償加速度計算部６４が算出した所要加速度と、飛しょう体Ｐの飛しょう履歴から、相関処理をＮＮ方式相当の相関処理に切り替えた後の第２の航法定数を算出し、航法定数のスケジュールを決定する。

次に、誘導装置１０の処理動作について説明する。なお以下では、誘導装置１０の動作を、追尾目標Ｑ以外の観測目標Ｓが観測されていない場合であって、所定のサンプリング時間毎に飛しょう体Ｐと追尾目標Ｑが会合すると予想される時間を算出する動作と、追尾目標Ｑ以外の観測目標Ｓが観測された場合に、設定された予想会合時間ｔ_goを用いて相関処理を行い、指令加速度を算出する動作とに分けて説明を行う。
（１）追尾目標Ｑのみ観測；サンプリング時間毎の予想会合時間ｔ_go,kの算出処理
まず、追尾処理部２が信号処理部１から入力される観測値に基づいて各回のサンプリング時刻における追尾目標Ｑに対する予測値、予測誤差共分散行列、観測誤差共分散行列および平滑値を算出する。

追尾処理部２は等速直線運動モデル、等加速度運動モデルなどの追尾目標Ｑの運動状態を定義する。ここでは追尾目標Ｑの状態ベクトルｘ_kは、航法座標系における相対位置、相対速度として以下の式（５）で示される。

式（５）において、ｘ_k、ｙ_k、ｚ_kはサンプリング時刻ｔ_kにおける飛しょう体Ｐに対する追尾目標Ｑの相対位置、ｘ´_k、ｘ´_k、ｚ´_kはサンプリング時刻ｔ_kにおける飛しょう体Ｐに対する追尾目標Ｑの相対速度を示す。Ｔは転置を示す。

また、観測ベクトルｚ_kを以下の式（６）に示すように定義する。

式（６）において、ｒは飛しょう体Ｐから追尾目標Ｑまでの相対距離、ｒ´は相対距離の時間変化率を示す。

指令加速度計算部４は、目視線変化率計算部３から出力される接近速度ｖ_c、目視線変化率σ´およびあらかじめ設定された標準航法定数を乗じて指令加速度を算出する。さらに指令加速度計算部４は、目視線変化率計算部３から出力される相対距離ｒ、接近速度ｖ_cを用いて、サンプリング時刻毎に予想会合時間ｔ_go,k（ｔ_go,1，ｔ_go,2，・・・，ｔ_go,k）を算出する。さらに指令加速度計算部４は、追尾目標Ｑとは異なる観測目標Ｓが観測された場合に、当該観測目標Ｓが観測される直前に算出した予想会合時間ｔ_go,kを予想会合時間ｔ_goに設定し、相関処理部５に出力する。

なお、上述した説明では、追尾目標Ｑとは異なる観測目標Ｓが観測された場合に、サンプリング時刻毎の予想会合時間ｔ_go,kを用いて予想会合時間ｔ_goを設定する構成を示したが、追尾目標Ｑとは異なる観測目標Ｓが観測された場合に、指令加速度計算部４が任意のパラメータを予想会合時間ｔ_goに設定するように構成してもよい。

次に、追尾目標Ｑ以外の観測目標Ｓが観測され、指令加速度計算部４が設定した予想会合時間ｔ_goを用いて相関処理を行って指令加速度を算出する動作について説明する。

式（１３）および式（１４）において、Ｈはカルマンフィルタ処理器の観測行列であり、追尾処理部２より出力される。

切替設定部５２は、指令加速度計算部４から出力される予想会合時間ｔ_goに基づいて、パラメータ設定部５１により設定されるパラメータＭを用いて、予想会合時間ｔ_goの１／Ｍまでの区間ではＰＤＡ方式相当の相関処理を選択し、いずれの目標も完全に選択しないように荷重観測値を選択し、予想会合時間ｔ_goが１／Ｍ以降の区間ではＮＮ方式相当の相関処理を選択する。

残差二次形式計算部５３は、切替設定部５２で選択された方式に基づく相関処理を行う。例えば、追尾目標Ｑの観測値をｚ_k,t、観測目標Ｓの観測値をｚ_k,aとすると、追尾目標Ｑの観測値から計算される残差二次形式をＱ_k,t、観測目標Ｓの観測値から計算される残差二次形式をＱ_k,aとすると、予想会合時間ｔ_goが１／Ｍまでの区間では以下の式（１６）に基づいて、追尾目標Ｑの残差二次形式と観測目標Ｓの残差二次形式の逆比で荷重観測値ｚ_k,gを算出する。

一方、予想会合時間ｔ_goが１／Ｍ以降の区間では、追尾目標Ｑの残差二次形式Ｑ_k,tと観測目標Ｓの残差二次形式Ｑ_k,aを比較し、追尾目標Ｑの残差二次形式Ｑ_k,tが観測目標Ｓの残差二次形式Ｑ_k,aよりも小さい場合には追尾目標Ｑの観測値をｚ_k,tを選択し、追尾目標Ｑの残差二次形式Ｑ_k,tが観測目標Ｓの残差二次形式Ｑ_k,a以上の場合には観測目標Ｓの観測値をｚ_k,aを選択する。

このように、飛しょう体Ｐと追尾目標Ｑとの離間距離が大きく、観測条件が悪い場合、具体的には測角誤差が大きく追尾目標Ｑと観測目標Ｓのどちらが選択されるか分からないと想定される予想会合時間ｔ_goの１／Ｍまでの区間では、追尾目標Ｑの観測値と観測目標Ｓの観測値の荷重平均を算出することにより、追尾処理部２の追尾フィルタの平滑値を安定化させ、飛しょう体Ｐの機体のふらつきを抑制することができる。一方、飛しょう体Ｐと追尾目標Ｑとの離間距離が小さい場合であって、観測条件が良い場合、具体的には測角誤差が小さく追尾目標Ｑと観測目標Ｓとが分離できると想定される予想会合時間ｔ_goの１／Ｍ以降の区間では、追尾目標Ｑの観測値を選択することにより、確実な目標選択を行うことができる。

目視線変化率計算部３は、追尾処理部２から入力される相関処理後の観測値に対する平滑値ｘ_k（＋）から、上述した式（７）から式（１２）に基づいて相対距離ｒ、接近速度ｖ_c、目視線角σ_p、σ_y、目視線変化率σ´_p、σ´_yを算出する。

航法定数計算部６の遠距離用航法定数設定部６３は、標準航法定数設定部６１により設定される標準航法定数と、パラメータ設定部６２により設定されるパラメータＮとを用いて、標準航法定数に１／Ｎを乗じた値を第１の航法定数とする。補償加速度計算部６４は、まず第１の航法定数での飛しょう体Ｐの飛しょう経路を算出する。遠距離用航法定数設定部６３が設定した第１の航法定数および目視線変化率計算部３から入力される接近速度ｖ_c、目視線角σ_p、σ_y、目視線変化率σ´_p、σ´_yとから、上述した式（１）から式（３）に基づいて加速度を計算することにより飛しょう体Ｐの飛しょう経路を算出する。

第１の航法定数は、標準航法定数よりも小さい値であるため、標準航法定数による飛しょう経路より遅れが生じる。そこで予想会合時間ｔ_goの１／Ｍ以降の区間の飛しょう経路において追尾目標Ｑへ会合するために必要な加速度を算出する。飛しょう体Ｐの状態ベクトルｘ_k,sをＮＥＤ（Ｘ軸:Ｅａｓｔ、Ｙ軸:Ｎｏｒｔｈ、Ｚ軸:Ｄｏｗｎ）座標系において定義すると以下の式（１７）のように示される。

式（１７）において、ｘ_k,s、ｙ_k,s、ｚ_k,sはサンプリング時刻ｔ_kにおける飛しょう体Ｐの位置、ｘ´_k,s、ｙ´_k,s、ｚ´_k,sはサンプリング時刻ｔ_kにおける飛しょう体Ｐの速度を示す。

このとき，飛しょう体Ｐの運動モデルを、以下の式（１８）および式（１９）のように定義する。

式（１８）および式（１９）において、Φ_kは等速直線運動を示す推移行列、Γ_kは飛しょう体Ｐの速度ベクトル方向の機体軸とみなした場合の運動座標からＮＥＤ座標への変換行列、ｕ_kは飛しょう体Ｐの加速度、Ｉ_3x3は３行３列の単位行列、Δｔは予測のサンプリング時間を示す。

式（１８）に適用する飛しょう体Ｐにかかる荷重（加速度ベクトル）は、図５に示すように左右旋回加速度、上昇下降加速度を考慮する一方、加減速は考慮されず、以下の式（２０）のように示される。

式（２０）において、ｖ_kは左右旋回加速度、ｗ_kは上昇下降加速度を示す。左右旋回加速度ｖ_kおよび上昇下降加速度ｗ_kで飛しょう体Ｐは追尾目標Ｑを目指すものとする。さらに、以下の式（２１）および式（２２）に基づいて、図６に示すように一定時間後に飛しょう体Ｐの機体を追尾目標Ｑに指向させる荷重を計算する。

次に、以下の式（２３）に示すように、飛しょう体Ｐの加速度ｕ_kを機体軸からＮＥＤ座標に変換する。

予想会合時間ｔ_goの１／Ｍ以降の区間の第２の航法定数は、航法定数スケジュール計算部６５において、補償加速度計算部６４による出力される所要加速度ｄ_kから上述した式（１）を用いて以下の式（２５）のように逆計算される。また計算された第２の航法定数に基づいて、航法定数のスケジュールを決定する。

式（２５）において、ｈ_kはサンプリング時刻ｔ_kにおける航法定数、ｖ_c,kはサンプリング時刻ｔ_kにおける接近速度、σ´_kはサンプリング時刻ｔ_kにおける目視線変化率を示す。

図７は、この発明の実施の形態１による誘導装置の航法定数計算部により算出される航法定数のスケジュールの一例を示す図である。図７では、予想会合時間ｔ_goの１／Ｍまでの区間では第１の航法定数が設定され、予想会合時間ｔ_goの１／Ｍ以降の区間では第２の航法定数が設定される例を示している。

最後に、指令加速度計算部４は、目視線変化率計算部３から出力される接近速度ｖ_c、目視線変化率σ´および航法定数計算部６により出力される第１および第２の航法定数を用いて、上述した式（１）から式（３）から指令加速度を計算し、出力する。

なお、上述した処理動作では、予想会合時間ｔ_goを用いて相関処理および航法定数を算出する処理を行う構成を示したが、指令加速度計算部４におけるサンプリング時刻毎の予想会合時間ｔ_go,k算出時の飛しょう体Ｐと追尾目標Ｑとの距離に基づいて、飛しょう体Ｐと追尾目標Ｑとの離間距離が大きいか否か判定し、大きい場合には相関処理および航法定数算出処理に移行するように構成してもよい。

以上のように、この実施の形態１によれば、飛しょう体Ｐと追尾目標Ｑとの離間距離が大きい場合に予想会合時間ｔ_goの１／Ｍまでの区間では追尾目標Ｑと観測目標Ｓの観測値の荷重平均を取り、予想会合時間ｔ_goの１／Ｍ以降の区間では、追尾目標Ｑを完全に選択する相関処理を行う相関処理部５を備えるように構成したので、追尾処理部２の追尾フィルタの平滑値を安定させることができ、且つ確実な目標選択を行うことができる。

また、この実施の形態１によれば、飛しょう体Ｐと追尾目標Ｑとの距離が遠距離である場合に予想会合時間ｔ_goの１／Ｍまでの区間では標準航法定数よりも小さい値を有する遠距離用航法定数（第１の航法定数）を算出し、予想会合時間ｔ_goの１／Ｍ以降の区間では遠距離用航法定数により発生した遅れを補償するための加速度を算出し、補償航法定数（第２の航法定数）を算出し、航法定数のスケジュールを決定する航法定数計算部５を備えるように構成したので、飛しょう体を追尾目標へ確実に誘導することができる。

実施の形態２．
実施の形態２では、上述した実施の形態１の構成に加えて航法定数の異常値を判定する構成を有する誘導装置について示す。
図８は、実施の形態２による誘導装置の航法定数計算部の構成を示すブロック図である。図８に示すように、実施の形態１で示した航法定数計算部６に異常値判定パラメータ設定部６６および航法定数異常値判定部６７を追加して設け、航法定数計算部６´を構成している。なお、航法定数計算部６´以外の構成は実施の形態１と同様であるため、実施の形態１で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。

航法定数スケジュール計算部６５が算出した第１の航法定数および第２の航法定数の値が大きすぎる場合には飛しょう体Ｐに急激な旋回加速度が発生する可能性があるため、算出した第１の航法定数および第２の航法定数が異常値でないか否か判定し、適正な航法定数を再設定する。

異常値判定パラメータ設定部６６は、航法定数スケジュール計算部６５で算出された航法定数が異常値であると判定するためのパラメータを有しており、当該パラメータを航法定数異常値判定部６７に設定する。航法定数異常値判定部６７は、航法定数スケジュール計算部６５が算出した第１の航法定数および第２の航法定数の値が、異常値判定パラメータ設定部６６により設定されたパラメータより大きいか否か判定を行う。さらに第１の航法定数および第２の航法定数がパラメータより大きく異常値であると判定した場合には、異常値である第１の航法定数および第２の航法定数の値がパラメータ以下となる航法定数に再設定する。航法定数異常値判定部６７において異常値でないと判定された航法定数、あるいは異常値であったため適正な値に再設定された航法定数は、指令加速度計算部４に出力される。

以上のように、この実施の形態２によれば、航法定数スケジュール計算部６５が算出した第１の航法定数および第２の航法定数が異常値であるか否か判定を行い、異常値であると判定した場合に閾値以下となる適正な航法定数を再設定する航法定数異常値判定部６７を備えるように構成したので、飛しょう体に急激な指令加速度が発生するのを抑制し、飛しょう体を安定して誘導することができる。

実施の形態３．
図９は、この発明の実施の形態１による誘導装置の構成を示すブロック図である。図９に示すように、実施の形態１で示した誘導装置１０に領域内外判定部７を追加して設けている。なお、領域内外判定部７以外の構成は実施の形態１と同様であるため、実施の形態１で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。

領域内外判定部７は、上述した実施の形態１の指令加速度算出処理において、信号処理部１から入力される観測値、および追尾処理部２から入力される予測値、予測誤差共分散行列、観測誤差共分散行列に基づいて、追尾目標Ｑの観測値が観測される可能性が高い領域を設定する。さらに、観測値、予測値、予測誤差共分散行列、および観測誤差共分散行列から上述した式（７）から式（９）に基づいて残差二次形式を求め、求めた残差二次形式が以下の式（２６）を満たすか否か判定することにより、観測値が領域内に存在するか否か判定を行う。
Ｑ_k＜ｅ ・・・（２６）
式（２６）において、ｅはあらかじめ設定したパラメータである。信号処理部１から入力される複数の観測値のうち、上述した式（２６）の条件を満たす観測値は設定した領域内に存在すると判定し、式（２６）の条件を満たさない場合には設定した領域外に存在すると判定する。

領域内外判定部７において、領域内に存在すると判定された観測値のみが相関処理部５に出力され、相関処理部５において入力された観測値について実施の形態１と同一の相関処理が行われる。また、航法定数計算部６において実施の形態１と同様に第１の航法定数および第２の航法定数の設定を行う。

また、領域内外判定部７において領域内に存在すると判定された観測値が１つのみであった場合、相関処理部５および航法定数計算部６の処理が不要となるため、相関処理部５に対して観測値を出力せず、且つ航法定数計算部６に対して観測値が１つである旨を通知する制御信号を出力する。航法定数計算部６は、観測値が１つである旨を通知する制御信号を受信すると、航法定数に標準航法定数を設定し、指令加速度計算部４に出力する。

以上のように、この実施の形態３によれば、観測値が観測される可能性が高い領域を設定し、信号処理部１から入力された観測値が設定した領域の内側に存在するか、あるいは領域の外側に存在するか判定を行う領域内外判定部７を備えるように構成したので、相関処理部５において領域の内側に存在する観測値のみについて相関処理を実施すればよく、複数存在する目標の中から追尾目標を選択し、選択した追尾目標への誘導を高速に処理することができる。

また、この実施の形態３によれば、領域内外判定部７において領域内に存在すると判定された観測値が１つのみであった場合に、航法定数計算部６が標準航法定数を設定するように構成したので、飛しょう体を安定して誘導することができる。

実施の形態４．
この実施の形態４では、上述した実施の形態１の構成に加えて、飛しょう体Ｐが追尾目標Ｑに会合する直前に飛しょう体Ｐの機体がふらつくのを抑制する構成について説明する。実施の形態４による誘導装置は、実施の形態１の図２で示した誘導装置１０、図３で示した相関処理部５、図４で示した航法定数計算部６と同一の構成を有している。そのため、以下では実施の形態１で使用した符号と同一の符号を付して説明を行う。

上述した実施の形態１では、予想会合時間ｔ_goに応じて第１の航法定数および第２の航法定数を設定するとともに、第１の航法定数ではＰＤＡ方式相当の相関処理を行い、第２の航法定数ではＮＮ方式相当の相関処理を行う構成を示したが、飛しょう体Ｐが追尾目標Ｑに会合する前において、追尾目標Ｑ以外に複数の観測目標Ｓが存在する場合、飛しょう体Ｐと追尾目標Ｑとの離間距離が大きい場合と同様に追尾処理部２の追尾フィルタの推定値が不安定となり、飛しょう体Ｐの機体がふらつき、正確な誘導を行えない場合がある。

そこで、この実施の形態４では、図１１に示すようにパラメータＲ（Ｒ＞１／Ｍ）をあらかじめ設定し、（予想会合時間ｔ_go−Ｒ）以降の区間において、第３の航法定数に切り替える処理を行う。また、相関処理においては、第２の航法定数においてＮＮ方式相当の相関処理を実施しているため目標の複数の反射点において追尾処理部２の追尾フィルタの推定値が不安定となる。そこで、（予想会合時間ｔ_go−Ｒ）以降の区間においてＰＤＡ方式相当の相関処理に切り替え、追尾処理部２の追尾フィルタの推定値を安定させる。

相関処理部５のパラメータ設定部５１は、パラメータＭに加えてパラメータＲをあらかじめ記憶し、当該パラメータＭ，Ｒを切替設定部５２に設定する。切替設定部５２は、パラメータ設定部５１により設定されたパラメータＭ，Ｒを用いて、予想会合時間ｔ_goの１／Ｍまでの区間ではＰＤＡ方式相当の相関処理を選択し、予想会合時間ｔ_goの１／Ｍ以降の区間であり、且つ（予想会合時間ｔ_go−Ｒ）までの区間ではＮＮ方式相当の相関処理を選択し、さらに（予想会合時間ｔ_go−Ｒ）以降の区間ではＰＤＡ方式相当の相関処理を選択する。選択した相関処理方法は、残差二次形式計算部５３に設定される。

残差二次形式計算部５３は、切替設定部５２により設定された方式の相関処理を実施する。具体的には、予想会合時間ｔ_goの１／Ｍまでの区間、および（予想会合時間ｔ_go−Ｒ）以降の区間では、追尾目標Ｑの残差二次形式と観測目標Ｓの残差二次形式の逆比で荷重観測値を算出する。一方、予想会合時間ｔ_goの１／Ｍ以降の区間であり、且つ（予想会合時間ｔ_go−Ｒ）までの区間では、追尾目標Ｑまたは観測目標Ｓのいずれかの観測値を選択する。

航法定数計算部６のパラメータ設定部６２は、パラメータＮに加えてパラメータＮ´をあらかじめ記憶し、当該パラメータＮ，Ｎ´を遠距離用航法定数設定部６３に設定する。遠距離用航法定数設定部６３は、標準航法定数設定部６１により設定された標準航法定数に、パラメータ設定部６２により設定されたパラメータＮの１／Ｎを乗じた値を第１の航法定数とし、標準航法定数にパラメータＮ´の１／Ｎ´を乗じた値を第３の航法定数とする。第１の航法定数および第３の航法定数は、標準航法定数の１／Ｎ倍および１／Ｎ´倍であることから、相関処理結果に対する操舵の感度を低下させる航法定数となる。

補償加速度計算部６４は、遠距離用航法定数設定部６３が設定した第１および第３の航法定数、目視線変化率計算部３から入力される相対距離、接近速度、目視線角、目視線変化率、指令加速度計算部４から入力される予測会合時間および追尾処理部２から入力される平滑値に基づいて飛しょう経路を算出した後、相関処理切替時間、すなわち予想会合時間ｔ_goの１／Ｍ以降の区間、且つ（予想会合時間ｔ_go−Ｒ）までの区間の会合経路を算出する。予想会合時間ｔ_goの１／Ｍまでの区間では値の小さい第１の航法定数を設定し、（予想会合時間ｔ_go−Ｒ）以降の区間では値の小さい第３の航法定数を設定するため、飛しょう経路として遅れが生じる。生じる遅れを補償するため、予想会合時間ｔ_goに飛しょう体Ｐが追尾目標Ｑと会合すべき飛しょう経路を計算し、相関処理をＮＮ方式相当の相関処理に切り替えた後に追尾目標Ｑに会合するための所要加速度を算出する。

航法定数スケジュール計算部６５は、補償加速度計算部６４が算出した所要加速度と、飛しょう体Ｐの飛しょう履歴から、相関処理をＮＮ方式相当の相関処理に切り替えた後の第２の航法定数を算出し、航法定数のスケジュールを決定する。

以上のように、この実施の形態４によれば、（予想会合時間ｔ_go−Ｒ）以降の区間において値の小さい第３の航法定数に切り替えてＰＤＡ方式相当の相関処理を行う相関処理部５および航法定数計算部６とを備えるように構成したので、飛しょう体が目標に会合する直前において、飛しょう体の機体がふらつくのを抑制し、飛しょう体が目標に会合するまで正確な誘導を行うことができる。

実施の形態５．
この実施の形態５では、上述した実施の形態１の構成に加えて、第１の航法定数と第２の航法定数とが不連続に切り替わるのを抑制する構成について説明する。実施の形態５による誘導装置は、実施の形態１の図２で示した誘導装置１０、図３で示した相関処理部５、図４で示した航法定数計算部６と同一の構成を有している。そのため、以下では実施の形態１で使用した符号と同一の符号を付して説明を行う。

上述した実施の形態１では、予想会合時間ｔ_goの１／Ｍにおいて第１の航法定数と第２の航法定数とを切り替える構成を示したが、図１６（ａ）に示すように航法定数に不連続な切り替えが発生する。航法定数の不連続な切り替えが発生すると、飛しょう体Ｐの機体に急激な加速度が加わり、安定した誘導を行うことができない。

そこで、この実施の形態５では、航法定数計算部６の航法定数スケジュール計算部６５が、第１の航法定数、予想会合時間ｔ_goの１／Ｍにおける第２の航法定数および指数関数を用いて第１の航法定数以降の区間における航法定数ｇ_kを以下の式（２７）に基づいて算出する。
ｇ_k＜ｆ₁＋（ｆ₂−ｆ₁）ｅ^ak ・・・（２７）
式（２７）において、ｆ₁は第１の航法定数、ｆ₂は予想会合時間ｔ_goの１／Ｍにおける第２の航法定数、ａはあらかじめ設定されたパラメータである。式（２７）に基づいて算出した航法定数ｇ_kを用いることにより、図１６（ｂ）に示すように航法定数を連続的に切り替えることができる。

以上のように、この実施の形態５によれば、航法定数スケジュール計算部６５が、予想会合時間ｔ_goの１／Ｍにおいて連続的な切り替えを可能とする航法定数ｇ_kを算出するように構成したので、飛しょう体の機体に急激な加速度が加わるのを抑制し、安定した誘導を行うことができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ 信号処理部、２ 追尾処理部、３ 目視線変化率計算部、４ 指令加速度計算部、５ 相関処理部、６，６´ 航法定数計算部、７ 領域内外判定部、１０，１０´ 誘導装置、５１ パラメータ設定部、５２ 切替設定部、５３ 残差二次形式計算部、６１ 標準航法定数設定部、６２ パラメータ設定部、６３ 遠距離用航法定数設定部、６４ 補償加速度計算部、６５ 航法定数スケジュール計算部、６６ 異常値判定パラメータ設定部、６７ 航法定数異常値判定部。

Claims (6)

1. 複数存在する目標から飛しょう体が追尾すべき追尾目標を選択し、選択した追尾目標へ前記飛しょう体を誘導する誘導装置において、
   前記複数存在する目標の検出信号から、前記目標の運動を示す観測値を取得する信号処理部と、
   前記信号処理部が取得した観測値に対してＰＤＡ（Probabilistic Data Association）相関に基づいて、またはＮＮ（Nearest Neighbor）相関に基づいて相関処理を行い、前記複数存在する目標から追尾目標を決定する相関処理部と、
   前記相関処理部が決定した追尾目標の観測値から、当該追尾目標の運動を推測する追尾処理部と、
   前記飛しょう体の運動と、前記追尾処理部が推測した前記追尾目標の運動とから、前記飛しょう体と前記追尾目標との相対運動を算出する相対運動計算部と、
   前記追尾処理部が推測した前記追尾目標の運動と、前記相対運動計算部が算出した前記飛しょう体と前記追尾目標との相対運動とに基づいて、前記飛しょう体が前記追尾目標に会合するための飛しょう経路および加速度を算出し、算出した飛しょう経路および加速度から前記飛しょう体の航法計画を示す航法定数を算出する航法定数計算部と、
   前記航法定数計算部が算出した航法計画に基づいて、前記飛しょう体の加速度ベクトルを算出する指令加速度計算部とを備え、
   前記相関処理部は、前記飛しょう体が前記追尾目標に会合すると推測される時間である予想会合時間に応じて、前記追尾目標の観測値に対してＰＤＡ相関に基づく相関処理を実行するか、またはＮＮ相関による相関処理を実行するかを決定し、
   前記航法定数計算部は、前記相関処理部においてＰＤＡ相関による相関処理を実行すると決定された区間において発生する飛しょう遅れを、前記ＮＮ相関による相関処理を実行すると決定された区間において補償する加速度を算出し、前記飛しょう体の航法計画を決定することを特徴とする誘導装置。
2. 前記航法定数計算部は、
   前記飛しょう体の航法定数の標準値である標準航法定数をあらかじめ保有する標準航法定数設定部と、
   前記予想会合時間の閾値未満の区間である前記ＰＤＡ相関による相関処理を実行すると決定された区間において、前記標準航法定数より小さい値の第１の航法定数を設定する航法定数設定部と、
   前記予想会合時間と、前記航法定数設定部が設定した第１の航法定数と、前記追尾処理部が算出した前記追尾目標の運動推定結果と、前記相対運動計算部が算出する前記飛しょう体と前記追尾目標との相対運動結果とに基づいて、前記予想会合時間に前記飛しょう体が前記追尾目標に会合する飛しょう経路を算出し、算出した飛しょう経路に基づいて予想会合時間の閾値以上の区間である前記ＮＮ相関による相関処理を実行すると決定された区間における前記飛しょう体の加速度を算出する補償加速度計算部と、
   前記補償加速度計算部が算出した予想会合時間の閾値以上の区間における前記飛しょう体の加速度から前記飛しょう体の第２の航法定数を算出し、前記第１の航法定数と、算出した前記第２の航法定数とを航法定数スケジュールとして出力する航法定数スケジュール計算部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の誘導装置。
3. 前記航法定数計算部は、前記航法定数スケジュール計算部が算出した前記第１の航法定数および前記第２の航法定数があらかじめ設定した異常値判定の閾値より大きいか否か判定を行い、前記異常値判定の閾値より大きいと判定された第１の航法定数あるいは第２の航法定数を前記異常値判定の閾値以下の値に設定する航法定数異常値判定部を備えたことを特徴とする請求項２記載の誘導装置。
4. 前記信号処理部が取得した観測値、および前記追尾処理部が推測した前記追尾目標の運動に基づいて、前記追尾目標が存在すると予測される領域を設定し、設定した領域内に前記目標の観測値が存在するか否か判定を行う領域内外判定部を備え、
   前記相関処理部は、前記領域内外判定部において、前記設定した領域内に存在すると判定された観測値を有する目標に対して前記ＰＤＡ相関または前記ＮＮ相関による相関処理を実行することを特徴とする請求項１記載の誘導装置。
5. 前記相関処理部は、前記予想会合時間から所定値後の区間において、ＰＤＡ相関に基づく相関処理を実行し、
   前記航法定数設定部は、前記予想会合時間から所定値後の区間において、前記標準航法定数より小さい値の第３の航法定数を設定することを特徴とする請求項２記載の誘導装置。
6. 前記航法定数計算部は、前記航法定数の切り替え区間において、前記航法定数を連続的に切り替えることを特徴とする請求項２または請求項５記載の誘導装置。

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