JPH04104000A - Method for guiding guided bullet and guided bullet - Google Patents
Method for guiding guided bullet and guided bulletInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、誘導砲弾の誘導方法および誘導砲弾に関し、
特に、スピンのかかった誘導砲弾を、光ジヤイロ、画像
装置、メモリおよび火薬のトルカ−とによって誘導制御
するための新規な改良に関する。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for guiding guided artillery shells and guided artillery shells.
In particular, the present invention relates to a novel improvement for guiding and controlling a spinning guided artillery shell by means of an optical gyro, an imaging device, a memory, and a gunpowder torquer.
〔従来の技術〕
従来、用いられていたこの種の砲弾としては種々あるが
、一般に、大砲はスピンが掛がっているため誘導が困難
で、ミサイルは誘導のためスピンを掛けない方法を採用
していた。その為大砲では弾着修正、散布測定等の手法
により数で統計的に解決する手段を用いている。ミサイ
ルでは命中精度と引き替えに誘導関係の機器の体積、重
量が増加して推進燃料が多量に必要になり、弾丸として
の弾殻重量の割には大きな飛翔体を飛行させなければ目
的を達成出来なくなり、高価な飛翔体の割には破壊力が
少なく、経済的に不利になった来た。[Prior Art] There are various types of shells of this type that have been used in the past, but in general, cannons are difficult to guide because they have spin applied to them, and missiles have been guided using a method that does not apply spin. Was. For this reason, for cannons, methods such as bullet impact correction and dispersion measurement are used to statistically solve problems using numbers. For missiles, the volume and weight of guidance-related equipment increases in exchange for accuracy, and a large amount of propellant is required, and the purpose cannot be achieved unless a large projectile is flown, considering the weight of the bullet shell. Despite being an expensive flying object, its destructive power was low, making it economically disadvantageous.
第9図は従来の有翼砲弾の断面図を示す。これは一般の
榴弾砲で発射し、スピンを掛けず、発射@翼と舵を出し
ジャイロスタビライズされたシーカ−上の4素子赤外線
デイテクタで像を捕まえ、トラッキングして操舵する。FIG. 9 shows a cross-sectional view of a conventional winged artillery shell. It fires with a regular howitzer, does not apply spin, fires out the wings and rudders, captures the image with a 4-element infrared detector on a gyro-stabilized seeker, tracks, and steers.
このジャイロは発射のGを避けるため、砲身内では固定
してベアリングに掛かる大きな力を避け、発射後ジャイ
ロはスプリング起動して電気モータにより回転を継続さ
れる。像はトルカ−によりジャイロ上で捕捉されている
。このジャイロの方向に翼を動かして操舵している。画
像としてはレーザ照射器によるターゲットの反射光を追
いかけている。This gyro is fixed inside the gun barrel to avoid the G force of firing, avoiding large forces on the bearings, and after firing, the gyro is activated by a spring and continues to rotate by an electric motor. The image is captured on a gyro by a torquer. It steers by moving its wings in the direction of this gyro. The image follows the light reflected from the target by the laser irradiator.
従来の砲弾は以上のように構成されていたため、次のよ
うな課題が存在していた。Conventional artillery shells were constructed as described above, which posed the following problems.
すなわち、発射時における砲内ではバンドによるスピン
を掛けないので、操舵しないと方向性は相当に悪く、ス
ピンにより方向安定性を保ったものに僅かの方向修正を
加えたものに比べると広い視野の中から目標を選別し、
大きな舵角により存速を犠牲にして操舵する必要がある
点が従来の技術の欠点であった。In other words, since no spin is applied by the band inside the gun during firing, the directionality is considerably poor without steering, and compared to a gun that maintains directional stability through spin with a slight directional correction, it has a wider field of view. Select your goals from among them,
A drawback of the conventional technology is that it is necessary to perform steering at the expense of speed due to a large steering angle.
また、砲弾の方向性を制御するために、複数の翼を装着
しなくてはならず、この翼の方向制御が困難で、目標に
対する着地精度を向上させることが極めて困難であった
。Furthermore, in order to control the directionality of the shell, a plurality of wings had to be attached, making it difficult to control the direction of the wings, making it extremely difficult to improve the accuracy of landing on the target.
本発明は、以上のような課題を解決するためになされた
もので、特に、スピンのかかった誘導砲弾を、光ジヤイ
ロ、画像装置、メモリおよび火薬のトルカ−によって誘
導制御するようにした誘導砲弾の誘導方法および誘導砲
弾を提供することを目的とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and in particular, a guided artillery projectile in which a spinning guided artillery projectile is guided and controlled by a light gyroscope, an image device, a memory, and a gunpowder torquer. The purpose of this invention is to provide a guidance method and a guided artillery shell.
本発明による誘導砲弾の誘導方法は、スピン状態の砲弾
に設けられた光ファイバージャイロにより得られた角速
度からスピン角を求め、前記砲弾に設けられた画像装置
からの画像信号を極座標化して前記スピン角を差し引き
、前記画像信号をデジタル積分した後に画像認識を行い
、前記極座標の1点に砲弾を操舵する方法である。The method for guiding a guided artillery shell according to the present invention is to obtain the spin angle from the angular velocity obtained by an optical fiber gyro provided on the artillery shell in a spinning state, convert the image signal from the image device provided on the artillery shell into polar coordinates, and calculate the spin angle. In this method, the image signal is digitally integrated, image recognition is performed, and the shell is steered to one point on the polar coordinates.
さらに詳細には、前記スピン角は、前記砲弾のスピン軸
に固定した1軸慣性航法装置で砲内がら初期値を計測し
、前記光ファイバージャイロから同期信号を発生させ、
1回転毎にメモリに入る画像のスピン角を減算して重畳
積分を行うようにした方法である。More specifically, the spin angle is determined by measuring an initial value inside the gun using a uniaxial inertial navigation device fixed to the spin axis of the artillery shell, and generating a synchronization signal from the optical fiber gyro;
This method performs convolution integration by subtracting the spin angle of the image stored in the memory every rotation.
さらに詳細には、赤外線又は可視光線による画像信号に
対し、直行座標極座標変換を行い、極座標のデジタルハ
ードメモリーに前記画像信号を記憶するようにした方法
である。More specifically, this method performs orthogonal coordinate polar coordinate conversion on an image signal based on infrared rays or visible light, and stores the image signal in a polar coordinate digital hard memory.
さらに詳細には、積分デジタル画像より砲弾の偏移量を
求め、目標に前記砲弾を誘導するようにした方法である
。More specifically, this is a method in which the amount of deviation of a shell is determined from an integral digital image, and the shell is guided to a target.
さらに詳細には、事前に与えた画像と受信した画像との
一致を求めるため、事前に与えた画像を回転、縮小、拡
大を行い、一致時に指定した一点を目標に誘導する方法
である。More specifically, in order to find a match between the previously given image and the received image, the previously given image is rotated, reduced, and enlarged, and a point specified at the time of matching is guided to the target.
さらに詳細には、前記砲弾のスピン軸に直角に設けられ
た複数個の火薬によるトルカ−に対し、偏移角とほぼ直
角に前記火薬を爆発させて操舵するようにした方法であ
る。More specifically, in this method, the gunpowder is steered by exploding the gunpowder substantially at right angles to the deflection angle with respect to a plurality of gunpowder torquers arranged perpendicularly to the spin axis of the cannonball.
さらに詳細には、前記砲弾の偏移量に応じて前記トルカ
−を同時操作して操舵量を制御する方法である。More specifically, it is a method of controlling the amount of steering by simultaneously operating the torquers in accordance with the amount of deviation of the cannonball.
また、他の発明である誘導砲弾は、スピン状態で発射し
た砲弾を目標に向けて操舵する誘導砲弾において、前記
砲弾に設けられた制御部及び炸薬と、前記炸薬に隣接し
て設けられ複数個の火薬によるトルカ−と、前記制御部
に設けられた光ファイバージャイロ及び光学系を有する
画像装置と、前記操舵を制御するためのコンピュータと
を備え、前記トルカ−により前記砲弾の操舵を行うよう
にした構成である。In addition, a guided artillery shell according to another invention is a guided artillery shell that steers a shell fired in a spinning state toward a target, and includes a control unit and an explosive charge provided in the projectile, and a plurality of guided artillery shells provided adjacent to the explosive charge. A gunpowder torquer, an imaging device having an optical fiber gyro and an optical system provided in the control section, and a computer for controlling the steering, the gunpowder being steered by the torquer. It is the composition.
本発明による誘導砲弾の誘導方法および誘導砲弾におい
ては、まず、この誘導砲弾が砲又はランチャ−を出て、
スピン安定化されていると、所要予定時間の3/4程度
を経過した時点で、目標の画像、赤外線、レーザ反射光
、レーダ信号等の受信信号が受信機に受信される。この
砲弾内の画像のアドレスは発射体軸の極座標に変換され
、ストラップダウンの形の光ファイーバジャイロの信号
を積分して得られた砲弾旋回角だけ減算されると、地球
座標の偏移量r、その角度θに変換され、画像信号はA
/D変換後、rlビットのデジタル信号としてメモリに
記憶される。In the guided artillery shell guidance method and guided artillery shell according to the present invention, the guided artillery shell first exits the gun or launcher,
When the spin is stabilized, the receiver receives signals such as images of the target, infrared rays, reflected laser light, radar signals, etc. after about 3/4 of the scheduled time has elapsed. The address of the image inside the shell is converted to the polar coordinates of the projectile axis, and when the shell traverse angle obtained by integrating the signal of the strap-down fiber optic gyro is subtracted, the deviation in earth coordinates is obtained. r, its angle θ is converted, and the image signal is A
After /D conversion, it is stored in memory as an rl-bit digital signal.
この砲弾旋回角を知る為にはINS旋回計としての光フ
ァイバージャイロを用いる。ストラップダウンINSの
中で3万G、10000回転に耐えるものはこの光ファ
イバージャイロが好適で、これを旋回計としてスピン角
を求め、これを積分する事により
φ、=φ。+に ω dL
t:発射体の発射からの時間
ω:発射体の角速度(厳密には角加速度の1階積分)
φ。二発射体ま砲内の角度
φ、=を秒時点の発射体の角度(スピン量)として求め
られる。An optical fiber gyro is used as an INS rotation indicator to determine the shell traverse angle. Among strap-down INS, this optical fiber gyro is suitable for those that can withstand 30,000 G and 10,000 rotations.By using this as a rotation indicator and determining the spin angle, and integrating this, φ, = φ. +to ω dL t: Time from launch of the projectile ω: Angular velocity of the projectile (strictly speaking, first-order integral of angular acceleration) φ. The angle φ,= inside the two projectiles can be determined as the angle (spin amount) of the projectile at the time of second.
前記受信信号は地球座標にある物体、赤外線源、又はレ
ーダ波源(発射信号(アクチブ、セミアクチブ)含む)
、及び相手レーダ送信信号(ECM)の発生する光波、
赤外線、レーダ電波である。従ってスピン中の誘導砲弾
座標ではスピン軸上にある場合を除き同心円になる。こ
れを逆スピンを掛ければ同心円は解除され地球座標固定
の1点又は1画像になる。これはスピン中の誘導砲弾座
標を地球座標に座標変換したものである。スピンの掛か
った発射体はその誘導砲弾座標軸を地球座標軸に変換し
ないと目標に対する偏角(照準誤差)やその方向を求め
る事が出来ないからである。従って、誘導砲弾固定極座
標で取り扱うと容易であり、発射体内で極座標を用いて
、回転角を減算する。即ち
θ=φ−φt
ρ : r
r、θ:誘導砲弾固定極座標
ρ、θ:地球固定極座標(原点は誘導砲弾スピン軸θ=
0は天頂)
r、ρ:照準誤差
また、直交座標のアドレスx、yは次の式によりスピン
砲弾座標の極座標r、φに読みがえられる。尚、平面C
CDからなる画像装置は1画素毎にx、y座標で信号を
発生する。The received signal may be an object located in earth coordinates, an infrared source, or a radar wave source (including emitted signals (active, semi-active))
, and a light wave generated by the other party's radar transmission signal (ECM),
Infrared rays and radar radio waves. Therefore, the coordinates of a guided cannonball while spinning are concentric circles, except when they are on the spin axis. If this is reverse-spinned, the concentric circles will be canceled and it will become one point or one image with fixed earth coordinates. This is a coordinate transformation of the spinning guided projectile coordinates to earth coordinates. This is because the deflection angle (aiming error) and direction of a spinning projectile cannot be determined unless the guided projectile coordinate axis is converted to the earth coordinate axis. Therefore, it is easy to handle the guided projectile using fixed polar coordinates, and use the polar coordinates within the projectile to subtract the rotation angle. That is, θ=φ−φt ρ: r r, θ: Guided shell fixed polar coordinate ρ, θ: Earth fixed polar coordinate (origin is guided shell spin axis θ=
0 is the zenith) r, ρ: Aiming error Further, the orthogonal coordinate addresses x, y can be read into the polar coordinates r, φ of the spin cannonball coordinates by the following formula. In addition, plane C
An image device consisting of a CD generates a signal in x and y coordinates for each pixel.
r = I (x −xo)2+ (y −yo)2φ
= jan−’ ((x −xo)/ (y yo)
1:アンビギリティは回転により判断
XO+Fo:発射体のスピン軸の正面の像の位置前述の
変換は画像の1画素毎に行うので例えばスピン8000
rpmとすると200 X200素子で約1000ns
eeになる。これは現在のコンピュータでは処理できな
い速度で、デジタルハードメモリ<ROM)によって可
能になる。このデジタルハードメモリは45°分用意す
れば後は繰り返して使用することになる。 この地球固
定極座標に積分された画像を認識し、その中心位置又は
目標中の離剥点位置を求め、この照準誤差及びその方向
から操舵信号を火薬によるトルカ−に送る作用は、第8
図のフローチャートに示す通りである。前記デジタルハ
ードメモリ中で積分された像は第6図に示したように極
座標図形を便宜上直行座標メモリに容れたもので、照準
点に近い像は大きく、遠い像は小さく、スピン砲弾が舵
を切る事により、画像も変化する。r = I (x −xo)2+ (y −yo)2φ
= jan-' ((x - xo)/ (y yo)
1: Ambiguity is determined by rotation
In terms of rpm, it is approximately 1000ns with 200 x 200 elements
Become ee. This is made possible by digital hard memory (ROM) at a speed that current computers cannot handle. Once this digital hard memory is prepared for 45 degrees, it can be used repeatedly. The function of recognizing the image integrated in the earth-fixed polar coordinates, finding its center position or separation point position in the target, and sending a steering signal from this aiming error and direction to the gunpowder torquer is as follows.
This is as shown in the flowchart in the figure. The image integrated in the digital hard memory is a polar coordinate figure stored in a rectangular coordinate memory for convenience as shown in Fig. 6. The image near the aiming point is large, the image far away is small, and the spin cannonball is moving the rudder. By cutting, the image also changes.
従ってあらかじめスケルトンとして用意された画像は、
その都度極座標化して認識しないと画素との一致がとれ
ない。Therefore, images prepared as skeletons in advance are
Unless it is converted into polar coordinates and recognized each time, it will not be possible to match the pixels.
次に求められた照準誤差とその方向より操舵する前記ト
ルカ−の作用を説明する。トルカ−はスピン砲弾座標軸
上の事であるからr。、φつはスピン角を戻して
r w2 ρ
φ。=θ+φ、+90゜
で与えられる。即ち回転体である砲弾に必要なスピン軸
回転を与えるには、希望する回転方向と90°ずれたト
ルクを加える。即ち
L8−μxL
Lニスピン軸の回転角運動量ベクトル
μニスピン軸方向変更の回転角速度ベクトル
LR;回転軸に横からかけるトルク
L=、C・Ω
Cニスピン回転軸回りの慣性能率
Ωニスピン回転角速度ベクトル
Slμ1dt−ρt/a :偏移角ρ、ニスビン砲
弾極座標上の偏移
a:レンズからCCD迄の距離
dt:トルク継続時間
このdtとしてはトルカ−が36個設けられた場合、2
08μSeeと試算され偏移角の方向の誤差として歳差
運動(味噌スリ運動)の原因になる。Next, the aiming error determined and the action of the torquer for steering in that direction will be explained. Because the torquer is on the spin cannonball coordinate axis, r. , φ returns the spin angle to r w2 ρ φ. =θ+φ, given by +90°. In other words, in order to give the necessary spin axis rotation to the bullet, which is a rotating body, a torque deviating from the desired rotation direction by 90 degrees is applied. That is, L8-μxL L Rotational angular momentum vector of Nispin axis μ Rotational angular velocity vector of Nispin axis direction change LR; Torque applied laterally to the rotating shaft L=, C・Ω C Inertia factor around Nispin rotation axis Ω Nispin rotational angular velocity vector Slμ1dt -ρt/a: deviation angle ρ, deviation a on Nisvin shell polar coordinates: distance from lens to CCD dt: torque duration time. This dt is 2 if 36 torquers are provided.
It is estimated to be 0.08μSee, which causes precession (miso pickpocketing motion) as an error in the direction of the deviation angle.
この照準誤差が大きく1対のトルカ−で操舵困難の場合
には例えば10度毎の13対のトルカ−を同時使用する
と、
F=F、 +2F、CO510”+2F、CO520°
+2F、CO530°+ 2F 、 CO540”+2
F、CO550”+−2F、CO560’=10.38
F+ となって、十分時間的余裕があることになり、
逆に、13対のトルカ−を同時に点火消費するのは困る
場き、1対ずつ例えば上記の例で208μsecおきに
点火すると、
θ+φ、’ +90°=φ。If this aiming error is large and it is difficult to steer with just one pair of torquers, for example, if you use 13 pairs of torquers at 10 degree intervals at the same time, F=F, +2F, CO510"+2F, CO520°
+2F, CO530°+2F, CO540”+2
F, CO550"+-2F, CO560'=10.38
It turned out to be F+, meaning there was plenty of time to spare.
On the other hand, if it is difficult to ignite and consume 13 pairs of torquers at the same time, if you ignite one pair at a time, for example every 208 μsec in the above example, θ+φ, '+90°=φ.
φL’=φ。+ω(t+Δt)となり、隣のトルカ−で
偏移角修正が出来る。即ちスピン回転で隣のトルカ−が
働けばよい時点まで遅延をかける。これにより13対で
13倍の修正が可能になる例えば速度3マツハの発射体
を13KM先迄飛ばすには約13sec掛かる。飛翔距
離の3/4で画像装置の受信感度が出なとして、あと3
.2sec掛かる。この3/4行程で修正してもスピン
砲弾の落下の特性から、放物線を描き、命中しない。φL'=φ. +ω(t+Δt), and the deviation angle can be corrected using the adjacent torquer. In other words, a delay is applied until the point at which the adjacent torquer only needs to work due to spin rotation. This allows for 13 times more correction with 13 pairs.For example, it takes about 13 seconds to fly a projectile with a speed of 3 km to a distance of 13 km. Assuming that the reception sensitivity of the imaging device is insufficient at 3/4 of the flight distance, there are still 3 more to go.
.. It takes 2 seconds. Even if you correct it in this 3/4 stroke, due to the characteristics of the spin shell's fall, it will draw a parabola and will not hit the target.
そのため、残りの時間を36等分すると89 m5ec
おきの制御が望まれる。近付けばもっと頻繁な修正が必
要であり、遠ければ少ない修正で大きな偏移を得る事が
出来る。上記の2つの修正法を使い分けて、空気抵抗、
放物線落下修正、サーボ遅れ等を考慮して制御する。Therefore, dividing the remaining time into 36 equal parts equals 89 m5ec.
It is desirable to control the occupancy. The closer you get, the more frequent corrections are necessary; the farther you get, the more you can get a large deviation with fewer corrections. By using the above two correction methods, air resistance,
Control is performed taking into consideration parabolic drop correction, servo delay, etc.
次に放物線落下修正について説明する。Next, the parabolic fall correction will be explained.
y’ o= 1/2・gla/v。y’ o= 1/2・gla/v.
Lo:全飛翔予定時間 t:砲身より経過した時間 g:地球の重力加速度 vo:砲弾の速度 即ち ρ’= fρ2CO5;2θ+(ρSINθ+y°。Lo: Total scheduled flight time t: Time elapsed from the gun barrel g: Earth's gravitational acceleration vo: velocity of the shell That is, ρ'= fρ2CO5;2θ+(ρSINθ+y°.
)2θ’=TAN−’(ρSINθ+y′0/ρCOS
θ)ρ、θ :目標の極座標
ρ 、θ゛:照準点の極座標
また、電源系統について作用を述べる。砲弾旋回角は角
速度だけでなく砲弾内の角度初期値が必要であるから、
センサー、光ファイバージャイロ、処理部、メモリ等は
砲弾内から電源投入されている。従って、電源は2種類
有り、砲弾内で外部から与えられた角度初期値信号は発
射後逐次積分して砲弾旋回角を求める。もう1つの電源
は発射のスピン又はGで立ち上がり、火薬のトルカ−に
電源を供給する準備を行う。トルカ一部と制御部の間は
光カプラーにより結きし、搭載コンピュータによりプロ
セスコントロールされている。このコントロール機能は
CCDからなる画像装置をジンバルに乗せないために発
生するサーボ制御遅れやハンティングの問題を解決する
フィルタの機能をソフトで持たせている。動作トルカ−
の選択は地球座標のメモリ上で積分された画像情報から
照準誤差ρとその方向角θを求めて、これをコンピュー
タでスピン砲弾座標r、φになおして操舵条件に従って
タイミングを取って行われる。外部擾乱、目標の動きと
併せて刻々補正を加え姿勢制御のフィードバックにより
操舵される。タイマーが予定時間に近ずくに従って画像
のS/Nは良くなり、積分数を減少させる事が出来、画
像が大きくなり、偏移量も増加してくる。操舵の時間間
隔を詰め、必要なら並列複数操舵を行って目標に命中す
る。)2θ'=TAN-'(ρSINθ+y'0/ρCOS
θ) ρ, θ: Polar coordinates of the target ρ, θ゛: Polar coordinates of the aiming point Also, the effects of the power supply system will be described. Since the shell turning angle requires not only the angular velocity but also the initial value of the angle within the shell,
Sensors, fiber optic gyros, processing units, memory, etc. are powered from within the shell. Therefore, there are two types of power sources, and the angle initial value signal given from the outside inside the shell is successively integrated after firing to determine the shell turning angle. The other power source rises at the spin or G of the shot and prepares to power the gunpowder torquer. A part of the ToruCa and the control section are connected by an optical coupler, and the process is controlled by the onboard computer. This control function uses software to provide a filter function that solves the problems of servo control delays and hunting that occur because the CCD imaging device is not mounted on a gimbal. Operating torquer
The selection is made by determining the aiming error ρ and its direction angle θ from the image information integrated on the earth coordinate memory, converting these into spin shell coordinates r and φ using a computer, and timing them according to the steering conditions. It is steered by attitude control feedback, with constant corrections made in conjunction with external disturbances and target movement. As the timer approaches the scheduled time, the S/N ratio of the image improves, the number of integrations can be reduced, the image becomes larger, and the amount of deviation increases. Shorten the time interval between maneuvers and perform multiple maneuvers in parallel if necessary to hit the target.
また、複数画像が受信された場自には、事前に画像処理
、画像認識機能が入力してあれば必要なものを攻撃し、
無ければ画像の強い方に向いて攻撃する。トルカ−の選
定から動作までの時間ズレは事前にコンピュータで補正
して使用火薬の燃焼遅れに合わせである。In addition, when multiple images are received, if image processing and image recognition functions have been input in advance, the necessary images will be attacked.
If there is none, turn to the stronger image and attack. The time lag between torquer selection and operation is corrected in advance by computer to account for the combustion delay of the gunpowder used.
以下、図面と共に本発明による誘導砲弾の誘導方法およ
び誘導砲弾の好適な実施例について詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a method for guiding a guided artillery shell and a preferred embodiment of a guided artillery shell according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第1図から第8図は本発明による誘導砲弾の誘導方法お
よび誘導砲弾を示すためのもので、第1図はブロック図
、第2図は誘導砲弾を示す断面図、第3図は第2図のA
−A線によるトルカ−拡大断面図、第3A図は第3図の
一部を示す拡大断面図、第4図は直交画像装置上の光源
の像を示す構成図、第5図は砲内でφ。を与えるレーザ
光源のφ。マーク挿入原理図、第6図は地球固定座標軸
上のデジタルメモリの内容を示す構成図、第7図は砲弾
のスピンベクトルΩとトルカ−トルクベクトルTの方向
と、μなる角速度ベクトルでρだけスピン軸回転をして
止まる状態を示す砲弾の構成図、第8図は、照準誤差及
びその方向がら操舵信号をトルカ−に送る作用を示すフ
ローチャートである。1 to 8 are for illustrating a method for guiding a guided artillery shell and a guided artillery shell according to the present invention. FIG. 1 is a block diagram, FIG. 2 is a sectional view showing the guided artillery shell, and FIG. A in the diagram
- An enlarged sectional view of the torquer taken along the A line, Fig. 3A is an enlarged sectional view showing a part of Fig. 3, Fig. 4 is a configuration diagram showing the image of the light source on the orthogonal image device, and Fig. 5 is an enlarged sectional view of the inside of the gun. φ. φ of the laser light source that gives. A diagram of the principle of mark insertion. Figure 6 is a configuration diagram showing the contents of the digital memory on the earth-fixed coordinate axis. Figure 7 shows the spin vector Ω of the cannonball, the direction of the torque vector T, and the direction of the spin by ρ with an angular velocity vector μ. FIG. 8, which is a block diagram of a cannonball showing a state in which it rotates and stops, is a flowchart showing the action of sending a steering signal to the torquer based on the aiming error and its direction.
まず、第2図において、符号1で示されているものは全
体形状が長手よりなり、翼を持たない砲弾であり、この
砲弾1の先端部には信管としての制御部2が設けられ、
この制御部2の下方位置には、炸薬3を介して一対の円
盤状のトルカ−4゜5が配設されており、全体構成とし
てはストラップダウンジャイロ回転誘導弾を構成してい
る。First, in FIG. 2, the bullet indicated by the reference numeral 1 is a cannonball whose overall shape is elongated and has no wings.The tip of the cannonball 1 is provided with a control section 2 as a fuze.
A pair of disk-shaped torquers 4.degree. 5 is disposed below the control section 2 via an explosive charge 3, and the overall configuration constitutes a strap-down gyro rotation guided missile.
前記各トルカ−4,5は、第3図および第3A図に示す
ように、その周面にスピン軸6と直交する方向に噴射孔
7を有し、上下対称で180°ずれた電気接続により、
スピン軸6をトルカ−4゜5の直角面内に操舵するよう
に構成されている。As shown in FIGS. 3 and 3A, each of the torquers 4 and 5 has an injection hole 7 on its circumferential surface in a direction perpendicular to the spin axis 6, and has vertically symmetrical electric connections deviated by 180°. ,
The spin shaft 6 is configured to be steered in a plane perpendicular to the torquer 4°5.
前記噴射孔7には、前記スピン軸6と平行な方向に形成
されたスキブ火薬8が設けられており、このスキブ火薬
8は遠心力を避けるためスピン軸6と平行に収納されて
いると共に、燃焼ガスの吹き出し方向はスピン軸6と直
角となるように構成されている。The injection hole 7 is provided with a squib gunpowder 8 formed in a direction parallel to the spin shaft 6, and this squib gunpowder 8 is housed parallel to the spin shaft 6 to avoid centrifugal force. The blowing direction of the combustion gas is configured to be perpendicular to the spin axis 6.
前記制御部2は円錐状をなし、中心部であるスピン軸6
に光学系レンズ10を有し、この光学系レンズ10には
密着して直交CCDからなる画像装置11が設けられ、
光学画像を得ることができる。この画像装置11は、第
4図に示すように、x、yの座標上に回転像11a及び
極座標限界11bを表示し、アナログシフトレジスタ部
11cを有している。The control section 2 has a conical shape, and has a spin shaft 6 at the center.
has an optical system lens 10, and an image device 11 consisting of an orthogonal CCD is provided in close contact with this optical system lens 10,
Optical images can be obtained. As shown in FIG. 4, this image device 11 displays a rotated image 11a and a polar coordinate limit 11b on x and y coordinates, and has an analog shift register section 11c.
前記光学系レンズ10および画像装置11は、可視、赤
外線、レーザー反射波、レーダ入力により異なった材質
形状を有しており、その目的により、この制御部2は交
換できるように構成されている。The optical system lens 10 and the imaging device 11 have different materials and shapes depending on visible, infrared, laser reflected waves, and radar input, and the control unit 2 is configured to be replaceable depending on the purpose.
前記光学系レンズ10には、そのレンズ保持金具(図示
せず)の一部に、着発信管・近接信管12が設けられて
いる。The optical system lens 10 is provided with an incoming and outgoing tube/proximity fuse 12 in a part of its lens holding fitting (not shown).
前記レンズ保持金具の外周には、ストラップダウン形の
光ファイバージャイロ13が光ファイバ(図示せず)を
巻回した構成で設けられており、この光ファイバの入出
力は、プリント基板14に接続されている。A strap-down type optical fiber gyro 13 is provided around the outer periphery of the lens holding fitting, and is configured by winding an optical fiber (not shown), and the input and output of this optical fiber is connected to a printed circuit board 14. There is.
前記プリント基板14には、ROMからなるデジタルハ
ードメモリ15およびCPUからなるコンピュータ16
が一体に形成されて搭載されており、前記画像装置11
の出力もこのプリント基板14に入力されている。The printed circuit board 14 has a digital hard memory 15 consisting of a ROM and a computer 16 consisting of a CPU.
is integrally formed and mounted, and the image device 11
The output of is also input to this printed circuit board 14.
前記画像装置11の下方には、前記トルカ−4゜5を作
動させる燃料電池17が設けられており、砲弾1の発射
時に起動されて電圧を発生するが、この電圧はコンピュ
ータ16が制御しているため、トルカ−4,5の暴燃は
防止されている。A fuel cell 17 for operating the torquer 4.5 is provided below the image device 11, and is activated when the shell 1 is fired to generate a voltage, which is controlled by a computer 16. Therefore, the torquers 4 and 5 are prevented from bursting into flames.
前記制御部2の制御部電池18は、プリント基板14の
反対側に位置しており、約1mA程度の電流をコンピュ
ータ16等に供給している。The control unit battery 18 of the control unit 2 is located on the opposite side of the printed circuit board 14, and supplies a current of about 1 mA to the computer 16 and the like.
前記電池18のスイッチは、制御部2を螺入した時にマ
イナス側が砲弾1のケース1aに接続されることにより
、砲内装填前に制御部2を作動させるように構成されて
おり、このプリント基板14上には画像処理IC(図示
せず)も設けられている。The switch of the battery 18 is configured such that when the control unit 2 is screwed in, the negative side is connected to the case 1a of the shell 1, thereby activating the control unit 2 before loading into the gun. An image processing IC (not shown) is also provided on 14.
前記各トルカ−4,5は、厚さが約20ミリ位で構成さ
れ、各スキブ火薬8はスピンを避ける方向に36個ずつ
埋設されており、スキブ電源(図示せず)は、各トルカ
−4,5をリボンゲーブル20で接続し、炸薬3の周囲
を通して接続されている。Each of the torquers 4 and 5 has a thickness of approximately 20 mm, each squib gunpowder 8 is buried in 36 pieces in a direction to avoid spin, and a squib power source (not shown) is connected to each torquer. 4 and 5 are connected by a ribbon gable 20 and connected through the periphery of the explosive charge 3.
このスキブ電源は、前記コンピュータ16によるデータ
セレクタ22によってその作動が制御されており、制御
部2とこのデータセレクタ22間は、スリップリング2
1によりシリアル信号及び電源が送られ、このデータセ
レクタ22とコンピュータ16間には光カブラ23が設
けられて燃焼電池17が起動しない限り安全性が得られ
るように構成されている。The operation of this squib power source is controlled by a data selector 22 by the computer 16, and a slip ring 2 is connected between the control section 2 and this data selector 22.
1, a serial signal and power are sent, and an optical coupler 23 is provided between the data selector 22 and the computer 16 to ensure safety unless the combustion battery 17 is activated.
前述の砲弾1は、40〜220mm径に広く適用できる
と共に、砲内にある時からセンサーを作動させて初期入
力を得、目標の形状を発射前に入力する構成である。The above-mentioned cannonball 1 can be widely applied to diameters of 40 to 220mm, and has a configuration in which a sensor is activated to obtain initial input while the bullet is inside the cannon, and the shape of the target is input before firing.
第1図は前述の制御部2を含む電気的構成を示しており
、スピン角速度測定用の光フアイバジャイロ13は、φ
。+ωtを計算する積分器30に接続され、φ。測定回
路31はこの積分器30に接続されている。FIG. 1 shows an electrical configuration including the aforementioned control section 2, and an optical fiber gyro 13 for measuring spin angular velocity has a diameter of φ
. +ωt is connected to an integrator 30 that calculates φ. A measuring circuit 31 is connected to this integrator 30.
可視、赤外線、レーザ画像等の光32を捕捉するための
直交CODからなる画像装N 11はA/D変換器33
を介して、直交アドレスを極座標アドレスに変換するR
OMからなるデジタルハードメモリ15に接続されてお
り、このデジタルハードメモリ15の出力15aは、φ
アドレスからφtすなわち旋回角を減算して地球固定座
標をアドレスに与えるスピン角度減算器34を介して、
既に入力された信号を引き出してこれから入力する信号
と加算して積分画像メモリを構成する積分加算器35に
入力されている。An image device N 11 is an A/D converter 33 consisting of an orthogonal COD for capturing light 32 such as visible, infrared, and laser images.
Convert an orthogonal address to a polar address via R
It is connected to a digital hard memory 15 consisting of OM, and the output 15a of this digital hard memory 15 is φ
via a spin angle subtractor 34 that subtracts φt, or the turning angle, from the address to give the address an earth-fixed coordinate;
The signals that have already been input are extracted and added to the signals that will be input from now on to form an integral image memory.
前記積分加算器35は、画像信号11aを地球固定座標
に記憶するための画像RAM36と、読み出しR及び書
き込みWが自在に接続されており、この画像RAM36
は、積分画像を引出してMSBから画像の中心の偏移量
ρとその方向θを求めるMSB読出器37に接続されて
いる。このMSB続出器37には1画像シリアル信号3
8が画像インターフェース39を介して入力されるコン
ピュータ16が接続され、このコンピュータ16は、砲
弾1発射後のタイミングから積分時間、トルカ−選択タ
イミング設定、放物線自然落下量の指定、トルカ−並列
点火指定等の制御を行う構成である。The integral adder 35 is freely connected to an image RAM 36 for storing the image signal 11a in earth-fixed coordinates, and readout R and writing W.
is connected to an MSB reader 37 that extracts the integral image and determines the deviation amount ρ and the direction θ of the center of the image from the MSB. This MSB serializer 37 has one image serial signal 3.
8 is inputted via the image interface 39, and this computer 16 inputs information from the timing after firing one shell to the integration time, torquer selection timing setting, parabolic natural fall amount designation, torquer parallel ignition designation. This is a configuration that performs control such as.
前記MSB読出器37は、光カプラ−23を介してデー
タセレクタ22に接続されており、この光カプラ−23
は、安全機能を有し、出力側フォトダイオード(図示せ
ず)の電源は全工程の3/4程度迄前記コンピュータ1
6のタイマにより画像が視野に入ったことを確認の上で
投入されるように構成され、このデータセレクタ22は
前記トルカ−4,5の前におかれ、コンピュータ16か
らのシリアルデータとクロックとストローブにより所定
のトルカ−4,5を選択して点火することで操舵してい
る。The MSB reader 37 is connected to the data selector 22 via an optical coupler 23.
The computer 1 has a safety function, and the power supply for the output side photodiode (not shown) is maintained until about 3/4 of the entire process.
The data selector 22 is placed in front of the torquers 4 and 5, and receives the serial data and clock from the computer 16. Steering is performed by selecting and igniting predetermined torquers 4 and 5 using a strobe.
前記データセレクタ22は、トルカ−4,5に接続され
、このトルカ−4,5は、砲弾のスピンと発射Gにより
起動してコンピュータ16のタイマにより電流を供給す
るトルカ−電源40に接続されている。The data selector 22 is connected to torquers 4 and 5, and the torquers 4 and 5 are connected to a torquer power source 40 which is activated by the spin and firing G of the cannonball and supplies current by a timer of the computer 16. There is.
本発明による誘導砲弾の誘導方法および誘導砲弾は、前
述したように構成されており、以下に、その動作につい
て説明する。The method for guiding a guided artillery shell and the guided artillery shell according to the present invention are constructed as described above, and the operation thereof will be described below.
まず、この誘導砲弾1が砲又はランチャ−(図示せず)
を出て、スピン安定化されていると、所要予定時間の3
/4程度を経過した時点で、目標の画像、赤外線、レー
ザ反射光、レーダ信号等の受信信号が画像装置11に受
信される。この砲弾1内の画像のアドレスは発射体軸の
極座標に変換される。この場合、第4図に示されるよう
に、直交CCD上の光源の像、放物線補正のためy。の
値をずらした直交座標から極座標変換を行う。ストラッ
プダウン形の光ファイバージャイロ13の信号を積分し
て得られた砲弾旋回角だけ減算されると、地球座標の偏
移量r、その角度θに変換され、画像信号はA/D変換
後、r1ビットのデジタル信号としてデジタルハードメ
モリ15に記憶される。 この砲弾旋回角を知る為には
INS旋回計としての光ファイバージャイロ13を用い
る。First, this guided artillery shell 1 is a gun or launcher (not shown).
When the spin is stabilized, the estimated time taken is 3.
At the time point when about 1/4 has elapsed, the image device 11 receives a target image, infrared rays, laser reflected light, radar signals, and other reception signals. The address of the image within this shell 1 is converted into polar coordinates of the projectile axis. In this case, the image of the light source on the orthogonal CCD, y due to parabolic correction, as shown in FIG. Perform polar coordinate transformation from orthogonal coordinates with shifted values. When the cannonball turning angle obtained by integrating the signal of the strap-down type optical fiber gyro 13 is subtracted, it is converted to the deviation amount r of the earth coordinate and its angle θ, and the image signal is converted to r1 after A/D conversion. It is stored in the digital hard memory 15 as a bit digital signal. In order to know this shell turning angle, an optical fiber gyro 13 is used as an INS rotation meter.
ストラップダウンINSの中で3万G、10000回転
に耐えるものはこの光ファイバージャイロが好適で、こ
れを旋回計としてスピン角を求め、これを積分する事に
より
φ(=φO+S二 ω dt
t:発射体の発射からの時間
ω:発射体の角速度(厳密には角加速度の1階積分)
φ。二発射体の砲内の角度
φt:を秒時点の発射体の角度(スピン量)として求め
られる。Among strap-down INS, this optical fiber gyro is suitable for those that can withstand 30,000 G and 10,000 rotations.By using this as a rotation indicator and calculating the spin angle, and integrating this, φ(=φO+S2 ω dt t: Projectile Time from firing ω: Angular velocity of the projectile (strictly speaking, first-order integral of angular acceleration) φ. Angle φt of the two projectiles inside the gun: is determined as the angle (spin amount) of the projectile at the time of second.
また、前記φ。は、第5図で示すように、砲身70内で
マーク71を有する砲弾1に対し、砲身70に設けられ
たレーザ光源72がらのレーザ光をセンサ73で検出す
ることによって検出し、誘導不能の場合には、誘導不能
警告
74が作動する。Moreover, the above-mentioned φ. As shown in FIG. 5, a laser beam from a laser light source 72 provided in the gun barrel 70 is detected by a sensor 73 to detect an unguided shell 1 having a mark 71 inside the gun barrel 70. In this case, a non-guidance warning 74 is activated.
前記受信信号は地球座標にある物体、赤外線源、又はレ
ーダ波源(反射信号(アクチブ、セミアクチブ)含む)
、及び相手レーダ送信信号(ECM)の発生する光波、
赤外線、レーダ電波である。従ってスピン中の誘導砲弾
座標ではスピン軸6上にある場合を除き同心円になる。The received signal is an object in the earth coordinates, an infrared source, or a radar wave source (including reflected signals (active, semi-active))
, and a light wave generated by the other party's radar transmission signal (ECM),
Infrared rays and radar radio waves. Therefore, the guided projectile coordinates during spinning are concentric circles except when they are on the spin axis 6.
これを逆スピンを掛ければ同心円は解除され地球座標固
定の1点又は1画像になる。これはスピン中の誘導砲弾
座標を地球座標に座標変換したものである。スピンの掛
かった発射体はその誘導砲弾座標軸を地球座標軸に変換
しないと目標に対する偏角(照準誤差)やその方向を求
める事が出来ないからである。従って、誘導砲弾固定極
座標で取り扱うと容易であり、発射体内で極座標を用い
て、回転角を減算する。If this is reverse-spinned, the concentric circles will be canceled and it will become one point or one image with fixed earth coordinates. This is a coordinate transformation of the spinning guided projectile coordinates to earth coordinates. This is because the deflection angle (aiming error) and direction of a spinning projectile cannot be determined unless the guided projectile coordinate axis is converted to the earth coordinate axis. Therefore, it is easy to handle the guided projectile using fixed polar coordinates, and the rotation angle is subtracted from the polar coordinates within the projectile.
即ち θ=φ−φ。That is, θ=φ−φ.
ρ 2 r
r、θ:誘導砲弾固定極座標
ρ、θ:地球固定極座標(原点は誘導砲弾スピン軸θ=
0は天頂)
r、ρ:照準誤差
また、直交座標のアドレスx、yは次の式によリスピン
砲弾座標の極座標r、φに読みかえられる。尚、平面C
CDからなる画像装置11は1画素毎にx、y座標で信
号を発生する。ρ 2 r r, θ: Guided shell fixed polar coordinates ρ, θ: Earth fixed polar coordinates (origin is guided shell spin axis θ=
0 is the zenith) r, ρ: Aiming error Also, the orthogonal coordinate addresses x, y can be read as the polar coordinates r, φ of the respin shell coordinates by the following formula. In addition, plane C
An image device 11 consisting of a CD generates signals in x and y coordinates for each pixel.
r=J(x−xo)”+(y yo)’φ= tan
伺((x−x、)/ (y−yo)):アンビギリティ
は回転により判断
x0.yo=発射体のスピン軸の正面の像の位置前述の
変換は画像の1画素毎に行うので例えばスピン8000
rpmとするとZoo x200素子テ約1000ns
ecになる。これは現在のコンピュータでは処理できな
い速度で、デジタルハードメモリ(ROM) 15によ
って可能になる。このデジタルハードメモリ
15は45゛分用意すれば後は繰り返して使用すること
になる。r=J(x-xo)"+(y yo)'φ= tan
((x-x,)/(y-yo)): Ambiguity is determined by rotationx0. yo = position of the image in front of the spin axis of the projectile The above conversion is performed for each pixel of the image, so for example, spin 8000
In terms of rpm, Zoo x200 element is approximately 1000ns
Become ec. This is made possible by digital hard memory (ROM) 15 at a speed that current computers cannot handle. This digital hard memory 15 can be used repeatedly after 45 minutes are prepared.
この地球固定極座標に積分された画像(第6図に示す)
を認識し、その中心位置又は目標中の最弱点位置を求め
、この照準誤差及びその方向から操舵信号を火薬による
トルカ−4,5に送る作用は、後述の第8図のフローチ
ャートに示す通りである。前記デジタルハードメモリ1
5中で積分された像は第6図に示したように極座標図形
を便宜上直行座標メモリに容れたもので、照準点に近い
像は大きく、遠い像は小さく、スピン砲弾が舵を切る事
により、画像も変化する。従ってあらかじめスケルトン
として用意された画像は、その都度極座標化して認識し
ないと画素との一致がとれない。 次に求められた照準
誤差とその方向より操舵する前記トルカ−4,5の作用
を説明する。トルカ−4,5はスピン砲弾座標軸上の事
であるからr、φ。はスピン角を戻して
r w2 ρ
φ8−θ+φ、+90”
で与えられる。即ち回転体である砲弾1に必要なスピン
軸回転を与えるには、希望する回転方向と90°ずれた
トルクを加える。即ち
り、=μxL
Lニスピン軸の回転角運動量ベクトル
μニスピン軸方向変更の回転角速度ベクトル
L、l;回転軸に横からかけるトルク
L=C・Ω
Cニスピン回転軸回りの慣性能率
Ωニスピン回転角速度ベクトル
S l μ1dt= p t/ a :偏移角ρt
=スピン砲弾極座標上の偏移
a:レンズからCCD迄の距離
dt:)ルク継続時間
このdtとしてはトルカ−が36個設けられた場き、2
08μSeeと試算され偏移角の方向の誤差として歳差
運動(味噌スリ運動)の原因になる。Image integrated into this earth-fixed polar coordinate (shown in Figure 6)
The operation of recognizing the center position or the weakest point position of the target, and sending a steering signal from this aiming error and direction to the gunpowder torquers 4 and 5 is as shown in the flowchart of Fig. 8, which will be described later. be. The digital hard memory 1
As shown in Figure 6, the image integrated in 5 is a polar coordinate figure stored in a rectangular coordinate memory for convenience, and the image close to the aiming point is large and the image far away is small. , the image also changes. Therefore, images prepared in advance as skeletons cannot be matched with pixels unless they are converted into polar coordinates and recognized each time. Next, the aiming error determined and the action of the torquers 4 and 5 for steering in that direction will be explained. Since torquers 4 and 5 are on the spin cannonball coordinate axis, r and φ. is given by returning the spin angle to r w2 ρ φ8−θ+φ, +90''. That is, in order to give the necessary spin axis rotation to the bullet 1, which is a rotating body, a torque deviating from the desired rotation direction by 90 degrees is applied. That is, = μ x L Rotational angular momentum vector of L Nispin axis μ Rotational angular velocity vector of Nispin axis direction change L, l; Torque applied laterally to the rotating shaft L = C Ω C Coefficient of inertia around the Nispin rotation axis Ω Nispin rotational angular velocity Vector S l μ1dt= p t/a: deviation angle ρt
= Spin shell deviation on polar coordinates a: Distance from lens to CCD dt:) Torque duration time As this dt, when 36 torquers are provided, 2
It is estimated to be 0.08μSee, which causes precession (miso pickpocketing motion) as an error in the direction of the deviation angle.
尚、第7図に示すように、砲弾1のスピンベクトルΩと
トルカ−トルクベクトルTの方向と、μなる角速度ベク
トルでρだけスピン軸回転して止まることがてきるもの
である。As shown in FIG. 7, the cannonball 1 can rotate its spin axis by ρ in the direction of the spin vector Ω, the torque vector T, and the angular velocity vector μ, and then stop.
この照準誤差が大きく1対のトルカ−4,5で操舵困難
の場合には例えば10度毎の13対のトルカ−を同時使
用すると、
F=F、 +ZF、CO510”+2F、CO520”
+2F、CO530°+ 2F 、CO540@+ 2
F 、 CO550°+2F+CO560°=10.3
8F、 となって、十分大きな力が発生することにな
り、逆に、時間的余裕があり13対のトルカ−を同時に
点火消費するのは困る場合、1対ずつ例えば上記の例で
208μSeeおきに点火すると、
θ+φ、+ +90@=φ8
φt“=φ。+ω(t+Δt)となり、隣のトルカ−で
順次に偏移角修正が出来る。即ちスピン回転で隣のトル
カ−が働けばよい時点まで遅延をかける。これにより1
3対で13倍の修正が可能になる例えば速度3マツハの
発射体を13KM先迄飛ばすには約13sec掛かる。If this aiming error is large and it is difficult to steer with one pair of torquers 4 and 5, for example, if you use 13 pairs of torquers at 10 degree intervals at the same time, F=F, +ZF, CO510"+2F, CO520"
+2F, CO530°+2F, CO540@+2
F, CO550°+2F+CO560°=10.3
8F, and a sufficiently large force will be generated.On the other hand, if there is time and it is difficult to ignite and consume 13 pairs of torquers at the same time, one pair at a time, for example every 208μSee in the above example. When ignited, θ+φ, + +90@=φ8 φt"=φ.+ω(t+Δt), and the deviation angle can be corrected sequentially with the adjacent torquers. In other words, the rotation is delayed until the point where the adjacent torquer only needs to work. Multiply by 1.
For example, it takes about 13 seconds to fly a projectile with a speed of 3 km to a distance of 13 km.
飛翔距離の3/4で画像装置11の受信感度が出たとし
て、あと
3.2secJj)かる。この3/4行程で修正しても
スピン砲弾の落下の特性から、放物線を描き、命中しな
い、そのため、残りの時間を36等分すると8911s
ecおきの制御が望まれる。近付けばもつと頻繁な修正
が必要であり、遠ければ少ない修正で大きな偏移を得る
事が出来る。上記の2つの修正法を使い分けて、空気抵
抗、放物線落下修正、サーボ遅れ等を考慮して制御する
。Assuming that the reception sensitivity of the imaging device 11 is reached at 3/4 of the flight distance, it will take 3.2 secJj). Even if you correct it in this 3/4 stroke, due to the characteristics of the fall of the spin cannonball, it will draw a parabola and will not hit, so if you divide the remaining time into 36 equal parts, it will be 8911s
Control every ec is desired. The closer you get, the more frequent corrections are necessary, and the farther you get, the more you can get a large deviation with fewer corrections. The above two correction methods are used to perform control in consideration of air resistance, parabolic drop correction, servo delay, etc.
次に放物線落下修正について説明する。Next, the parabolic fall correction will be explained.
y゛。=172・gia/v。y゛. =172・gia/v.
to:全飛翔予定時間
t:砲身より経過した時間
g:地球の重力加速度
vo:砲弾の速度
即ち
ρ、fρ2COS”θ÷〈ρSINθ+y°。)2θ’
= TAN−1(ρSINθ+ y°0/ρCOSθ
)ρ、θ :目標の極座標
ρ“、θ”:照準点の極座標
また、電源系統について作用を述べる。砲弾旋回角は角
速度だけでなく砲弾内の角度初期値が必要であるから、
画像装置11、光ファイバージャイロ13、メモリ15
等は砲弾内から電源投入されている。従って、電源は制
御部電池18とトルカー電源としての燃料電池17の2
種類有り、砲弾内で外部から与えられた角度初期値信号
は発射後逐次積分して砲弾旋回角を求める。もう1つの
電源は発射のスピン又はGで立ち上がり、火薬のトルカ
−に電源を供給する準備を行う。トルカ−4,5と制御
部2の間は光カプラ−23により結合し、搭載コンピュ
ータ16によりプロセスコントロールされている。この
コントロール機能は画像装置11をジンバルに乗せない
ために発生するサーボ制御遅れやハンティングの問題を
解決するフィルタの機能をソフトで持たせている。動作
トルカ−の選択は地球座標のメモリ15上で積分された
画像情報から照準誤差ρとその方向角θを求めて、これ
をコンピュータ16でスピン砲弾座標r、φになおして
操舵条件に従ってタイミングを取って行われる。外部擾
乱、目標の動きと併せて刻々補正を加え姿勢制御のフィ
ードバックにより操舵される。コンピュータ16内のタ
イマーが予定時間に近ずくに従って画像のS/Nは良く
なり、積分数を減少させる事が出来、画像が大きくなり
、偏移量も増加してくる。操舵の時間間隔を詰め、必要
なら並列複数操舵を行って目標に命中する。to: Total scheduled flight time t: Time elapsed from the gun barrel g: Earth's gravitational acceleration vo: Velocity of the shell, ρ, fρ2COS"θ÷〈ρSINθ+y°.)2θ'
= TAN-1(ρSINθ+ y°0/ρCOSθ
) ρ, θ: Polar coordinates of the target ρ", θ": Polar coordinates of the aiming point Also, the effects of the power supply system will be described. Since the shell turning angle requires not only the angular velocity but also the initial value of the angle within the shell,
Image device 11, optical fiber gyro 13, memory 15
The power is supplied from within the shell. Therefore, there are two power sources: the control unit battery 18 and the fuel cell 17 as a torquer power source.
There are different types of angle initial value signals given externally within the shell, which are successively integrated after firing to determine the shell turning angle. The other power source rises at the spin or G of the shot and prepares to power the gunpowder torquer. The torquers 4 and 5 and the control section 2 are coupled by an optical coupler 23, and the process is controlled by an onboard computer 16. This control function is provided with a filter function in software to solve problems of servo control delay and hunting that occur because the image device 11 is not placed on the gimbal. The operating torquer is selected by determining the aiming error ρ and its direction angle θ from the image information integrated on the earth coordinate memory 15, converting this into the spin shell coordinates r and φ in the computer 16, and adjusting the timing according to the steering conditions. It is taken and done. It is steered by attitude control feedback, with constant corrections made in conjunction with external disturbances and target movement. As the timer in the computer 16 approaches the scheduled time, the S/N ratio of the image improves, the number of integrations can be reduced, the image becomes larger, and the amount of deviation increases. Shorten the time interval between maneuvers and perform multiple maneuvers in parallel if necessary to hit the target.
また、複数画像が受信された揚重には、事前に画像処理
、画像認識機能が入力してあれば必要なものを攻撃し、
無ければ画像の強い方に向いて攻撃する。トルカ−4,
5の選定から動作までの時間ズレは事前にコンピュータ
で補正して使用火薬の燃焼遅れに自わせである。In addition, for lifting when multiple images are received, if image processing and image recognition functions are input in advance, it will attack the necessary images,
If there is none, turn to the stronger image and attack. Toruka-4,
The time lag between selection and operation in step 5 is corrected in advance by computer to account for the combustion delay of the gunpowder used.
次に、前述の動作をまとめて示すと第8図のフローチャ
ートの通りであり、信管である制御部2に発射目標の形
状特長等を入力しく第1ステツプ50)、この制御部2
を砲弾1に装着し電源を投入する(第2ステツプ51)
。Next, the above-mentioned operations are summarized as shown in the flowchart of FIG.
Attach to shell 1 and turn on the power (second step 51)
.
尚、第8図のフローチャートにおいては、前記画像装置
11をCCDとして表し、コンピュータ16をCPUと
して表している。In the flowchart of FIG. 8, the image device 11 is represented as a CCD, and the computer 16 is represented as a CPU.
次に、砲弾1を装填し、スピン座標軸の地球座標基準点
を入力して(第3ステツプ52)、起動して発射する(
第4ステツプ53)と、砲弾1は約1万回転のスピンが
かけられて飛行する。Next, load the cannonball 1, input the earth coordinate reference point of the spin coordinate axis (third step 52), start it up and fire it (
In the fourth step 53), the cannonball 1 is spun at approximately 10,000 revolutions and flies.
発射後、スピン状態による光ファイバージャイロ13か
らの角速度ωtがコンピュータ16に送られ(第5ステ
ツプ54)、コンピュータ16で積分して回転角を得る
(第6ステツプ55)と同時に、xy座標をρθ座標に
変換して画像を記憶しく第7ステツプ56)、トルカ−
4,5用の燃料電池17の動作を開始する(第8ステツ
プ57)。After the launch, the angular velocity ωt from the optical fiber gyro 13 due to the spin state is sent to the computer 16 (fifth step 54), which integrates it to obtain the rotation angle (sixth step 55), and at the same time converts the xy coordinates into the ρθ coordinates. In the seventh step 56), convert the image into
The operation of the fuel cell 17 for 4 and 5 is started (eighth step 57).
次に、rφ座標をρθ座標に変換して画像を記憶し、1
回転後の同じρθ座標の画像を加えてρθ座標に記憶す
ると共に、MSBのメモリ(画像RAM36)まで画像
積分できたら画像識別および目標位置決定に移行する(
第9ステツプ58)。Next, the rφ coordinates are converted to ρθ coordinates, the image is stored, and 1
The image with the same ρθ coordinate after rotation is added and stored in the ρθ coordinate, and when the image can be integrated up to the MSB memory (image RAM 36), the process moves to image identification and target position determination (
Ninth step 58).
次に、前述の入力画像を回転、縮小および移動して画像
装置11の受信画像と一致をとり(第10ステツプ59
)、目標点のρθ座標を決めてトルカ−の番号を仮状め
すると共に照準位置ρθ′を計算する(第11ステツプ
60)。Next, the aforementioned input image is rotated, reduced and moved to match the image received by the imaging device 11 (10th step 59).
), the ρθ coordinate of the target point is determined, the torquer number is tentatively determined, and the aiming position ρθ' is calculated (eleventh step 60).
同時に、コンピュータ16内のタイマーが作動開始とな
り、時間チエツクを行い(第12ステツプ61)、光カ
プラ−23が作動してデータセレクタ22が作動して方
向修正を行い〈第13ステツプ62)、照準位置ρ°θ
“=0となった時に目標物への砲弾1の命中となる(第
14ステツプ63)。At the same time, the timer in the computer 16 starts operating and performs a time check (12th step 61), the optical coupler 23 operates and the data selector 22 operates to correct the direction (13th step 62), and aim. position ρ°θ
When "=0," the shell 1 hits the target (fourteenth step 63).
本発明による誘導砲弾の誘導方法および誘導砲弾は、以
上のように構成されているため、次のような効果を得る
ことができる。Since the method for guiding a guided artillery shell and the guided artillery shell according to the present invention are configured as described above, the following effects can be obtained.
すなわち、翼を用いることなく、高速のスピン状態で砲
台から発射された砲弾の光ファイバージャイロから得ら
れた姿勢変化時の角速度からスピン角を求め、画像装置
によって画像認識を行い、火薬のトルカ−によって砲弾
の方向を自在に制御するようにしたので、少ない推進薬
で高効率に目標物の命中を行うことができる。In other words, without using wings, the spin angle is determined from the angular velocity at the time of attitude change obtained from an optical fiber gyro of a cannonball fired from a gun turret in a high-speed spinning state, image recognition is performed by an imaging device, and the spin angle is determined by the torquer of gunpowder. Since the direction of the shell can be freely controlled, it is possible to hit the target with high efficiency using a small amount of propellant.
また、CODからなるが画像装置の内容を変えることに
より、可視、赤外、レーザ反射等を自在に受信して種々
の操舵が可能となり、兵器体系を変化させる効果が得ら
れる。In addition, by changing the contents of the imaging device, which is made up of COD, it is possible to freely receive visible, infrared, laser reflection, etc., and various types of steering can be performed, resulting in the effect of changing the weapon system.
また、作戦的にも多数の砲弾の発射を行う事は、味方の
砲の位置を相手に知らせ、攻撃の的を提供するのみで、
1発で目的を達成出来て次の目標に移れる事は、望まし
い事である。更に遠方で目的を達する事は、相手より少
ない火力で戦果を挙げる事が可能になった事を意味する
。特に相手の発射前に命中弾を送る事は相手に対する精
神的恐怖感を与える効果大である。Also, from a tactical perspective, firing a large number of shells only informs the enemy of the location of allied artillery and provides a target for attack.
It is desirable to be able to achieve your goal in one shot and then move on to the next one. Reaching the objective further away means that it is now possible to achieve results with less firepower than the opponent. In particular, sending a bullet that hits the target before the enemy fires has a great effect on instilling a sense of psychological fear in the opponent.
さらに、発射器も装弾機も現状のまま一切の装備変更無
く砲弾の消費を激減出来る事は国家的な予算の有効性か
らも大きな効果である。Furthermore, being able to dramatically reduce the consumption of shells without changing the current launcher or ammunition loading machine is a major benefit from the standpoint of national budget efficiency.
第1図から第8図は本発明による誘導砲弾の誘導方法お
よび誘導砲弾を示すためのもので、第1図はブロック図
、第2図は誘導砲弾を示す断面図、第3図は第2図のA
−A線によるトルカ−の拡大断面図、第3A図は第3図
の一部を示す拡大断面図、第4図は直交画像装置上の光
源の像を示す構成図、第5図は砲内でφ。を与えるレー
ザ光源のφ。マーク挿入原理図、第6図は地球固定座標
軸上のデジタルメモリの内容を示す構成図、第7図は砲
弾のスピンベクトルΩとトルカ−トルクベクトルTの方
向と、μなる角速度ベクトルでρだけスピン軸回転をし
て止まる状態を示す砲弾の構成図、第8図は、照準誤差
及゛びその方向から操舵信号をトルカ−に送る作用を示
すフローチャート、第9図は従来の有翼形砲弾を示す構
成図である。
1は砲弾、2は制御部、4,5はトルカ−11は画像装
置、13は光ファイバージャイロ、16はコンピュータ
である。
特許出願人 株式会社日本製鋼所1 to 8 are for illustrating a method for guiding a guided artillery shell and a guided artillery shell according to the present invention. FIG. 1 is a block diagram, FIG. 2 is a sectional view showing the guided artillery shell, and FIG. A in the diagram
- An enlarged sectional view of the torquer taken along the A line, Fig. 3A is an enlarged sectional view showing a part of Fig. 3, Fig. 4 is a configuration diagram showing the image of the light source on the orthogonal image device, and Fig. 5 is inside the gun. So φ. φ of the laser light source that gives. A diagram of the principle of mark insertion. Figure 6 is a configuration diagram showing the contents of the digital memory on the earth-fixed coordinate axis. Figure 7 shows the spin vector Ω of the cannonball, the direction of the torque vector T, and the direction of the spin by ρ with an angular velocity vector μ. Fig. 8 is a flowchart showing the aiming error and the effect of sending a steering signal from that direction to the torquer; Fig. 9 shows a conventional winged artillery shell. FIG. 1 is a shell, 2 is a control unit, 4 and 5 are torquers, 11 is an image device, 13 is an optical fiber gyro, and 16 is a computer. Patent applicant: Japan Steel Works, Ltd.
Claims (8)
ージャイロ(13)により得られた角速度からスピン角
を求め、前記砲弾(1)に設けられた画像装置(11)
からの画像信号を極座標化して前記スピン角を差し引き
、前記画像信号をデジタル積分した後に画像認識を行い
、前記極座標の1点に砲弾(1)を操舵することを特徴
とする誘導砲弾の誘導方法。(1) The spin angle is determined from the angular velocity obtained by the optical fiber gyro (13) installed on the cannonball (1) in a spinning state, and the imaging device (11) installed on the cannonball (1)
A method for guiding a guided artillery shell, the method comprising: converting an image signal from an image signal into polar coordinates, subtracting the spin angle, digitally integrating the image signal, performing image recognition, and steering the artillery shell (1) to one point on the polar coordinates. .
1軸慣性航法装置で砲内から初期値を計測し、前記光フ
ァイバージャイロ(13)から同期信号を発生させ、1
回転毎にメモリに入る画像のスピン角を減算して重畳積
分を行うようにしたことを特徴とする請求項1記載の誘
導砲弾の誘導方法。(2) The spin angle is determined by measuring the initial value from inside the gun using a single-axis inertial navigation device fixed to the spin axis of the shell, and generating a synchronization signal from the optical fiber gyro (13).
2. The method for guiding a guided artillery shell according to claim 1, wherein the spin angle of the image stored in the memory is subtracted for each rotation to perform convolution integration.
座標極座標変換を行い、デジタルハードメモリー(15
)に前記画像信号を記憶するようにしたことを特徴とす
る請求項1又は2記載の誘導砲弾の誘導方法。(3) Cartesian coordinate polar coordinate conversion is performed on the image signal by infrared rays or visible light, and digital hard memory (15
3. The method for guiding a guided artillery shell according to claim 1 or 2, wherein the image signal is stored in the image signal.
に前記砲弾を誘導するようにしたことを特徴とする請求
項1乃至3の何れかに記載の誘導砲弾の誘導方法。(4) The method for guiding a guided artillery shell according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the amount of deviation of the artillery shell is determined from an integral digital image and the projectile is guided to the target.
るため、事前に与えた画像を回転、縮小、拡大を行い、
一致時に指定した一点を目標に誘導することを特徴とす
る請求項1乃至4の何れかに記載の誘導砲弾の誘導方法
。(5) In order to find a match between the previously given image and the received image, rotate, reduce, and enlarge the previously given image,
5. The method for guiding a guided artillery shell according to claim 1, further comprising guiding a designated point to a target when a coincidence occurs.
数個の火薬によるトルカー(4、5)に対し、偏移角と
ほぼ直角に前記火薬を爆発させて操舵するようにしたこ
とを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の誘導弾
の誘導方法。(6) A plurality of gunpowder torquers (4, 5) provided perpendicularly to the spin axis of the cannonball (1) are configured to explode the gunpowder almost perpendicularly to the deflection angle for steering. The method for guiding a guided missile according to any one of claims 1 to 5.
4、5)を同時操作して操舵量を制御することを特徴と
する請求項6記載の誘導弾の誘導方法。(7) The torquer (
7. The method for guiding a guided missile according to claim 6, wherein the steering amount is controlled by simultaneously operating the parameters 4 and 5).
操舵する誘導砲弾において、前記砲弾(1)に設けられ
た制御部(2)及び炸薬(3)と、前記炸薬(3)に隣
接して設けられ複数個の火薬によるトルカー(4、5)
と、前記制御部(2)に設けられた光ファイバージャイ
ロ(13)及び光学系を有する画像装置(11)と、前
記操舵を制御するためのコンピュータ(16)とを備え
、前記トルカー(4、5)により前記砲弾(1)の操舵
を行うようにしたことを特徴とする誘導砲弾。(8) In a guided artillery shell that steers an artillery shell (1) fired in a spin state toward a target, a control unit (2) and an explosive charge (3) provided in the artillery shell (1), and a Torkers (4, 5) with multiple gunpowder installed adjacently
, an image device (11) having an optical fiber gyro (13) and an optical system provided in the control section (2), and a computer (16) for controlling the steering; ) The guided artillery shell is characterized in that the artillery shell (1) is steered by the following.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21902290A JPH04104000A (en) | 1990-08-22 | 1990-08-22 | Method for guiding guided bullet and guided bullet |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21902290A JPH04104000A (en) | 1990-08-22 | 1990-08-22 | Method for guiding guided bullet and guided bullet |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04104000A true JPH04104000A (en) | 1992-04-06 |
Family
ID=16729028
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21902290A Pending JPH04104000A (en) | 1990-08-22 | 1990-08-22 | Method for guiding guided bullet and guided bullet |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04104000A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007518060A (en) * | 2004-01-15 | 2007-07-05 | レイセオン・カンパニー | Two-dimensional projectile trajectory correction system and method |
US7999212B1 (en) * | 2008-05-01 | 2011-08-16 | Emag Technologies, Inc. | Precision guided munitions |
CN116026309A (en) * | 2023-03-30 | 2023-04-28 | 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 | Conformal fiber optic gyroscope device and manufacturing method thereof |
-
1990
- 1990-08-22 JP JP21902290A patent/JPH04104000A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007518060A (en) * | 2004-01-15 | 2007-07-05 | レイセオン・カンパニー | Two-dimensional projectile trajectory correction system and method |
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CN116026309A (en) * | 2023-03-30 | 2023-04-28 | 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 | Conformal fiber optic gyroscope device and manufacturing method thereof |
CN116026309B (en) * | 2023-03-30 | 2023-06-23 | 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 | Conformal fiber optic gyroscope device and manufacturing method thereof |
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