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発明の名称 誘導飛翔体及びそのシステム
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−51834(P2007−51834A)
公開日 平成19年3月1日(2007.3.1)
出願番号 特願2005−237811(P2005−237811)
出願日 平成17年8月18日(2005.8.18)
代理人 【識別番号】110000235
【氏名又は名称】特許業務法人 天城国際特許事務所
発明者 井梅 俊行
要約 課題
常に効果的に目標を爆破することが可能な小型の誘導飛翔体及びそのシステムを提供すること。

解決手段
本体の周囲方向に設置された爆発体と、この爆発体を爆発させるために前記爆発体の各部に対して設けられた複数の信管と、ターゲットとなる目標が所定距離に接近したことを検知する目標検出器と、前記目標の速度を検出する速度検出器と、前記目標検知器により前記目標が前記飛翔体本体に近づいたことを検知したとき、前記複数の爆発体の各々が前記目標に到達したときに爆発するように起爆のタイミングを演算する起爆タイミング演算部と、を備え、前記起爆タイミング演算部により演算されたタイミングに前記複数の信管を起動することを特徴とする誘導飛翔体。
特許請求の範囲
【請求項1】
本体の周囲方向に設置された爆発体と、
この爆発体を爆発させるために前記爆発体の各部に対して設けられた複数の信管と、
ターゲットとなる目標が所定距離に接近したことを検知する目標検出器と、
前記目標の速度を検出する速度検出器と、
前記目標検知器により前記目標が前記飛翔体本体に近づいたことを検知したとき、前記複数の爆発体の各々が前記目標に到達したときに爆発するように起爆のタイミングを演算する起爆タイミング演算部と、を備え、
前記起爆タイミング演算部により演算されたタイミングに前記複数の信管を起動することを特徴とする誘導飛翔体。
【請求項2】
誘導装置によりターゲットとなる目標に飛翔体本体を有する誘導飛翔体システムであって、
前記飛翔体本体は、
この飛翔体本体の周囲方向に設置された爆発体と、
この爆発体を爆発させるために前記爆発体の各部に対して設けられた複数の信管と、
前記目標が所定距離に接近したことを検知する目標検出器と、
前記目標の速度を検出する速度検出器と、
前記目標検知器により前記目標が前記飛翔体本体に近づいたことを検知したとき、前記複数の爆発体の各々が前記目標に到達したときに爆発するように起爆のタイミングを演算する起爆タイミング演算部と、を備え、
前記起爆タイミング演算部により演算されたタイミングに前記複数の信管を起動することを特徴とする誘導飛翔体システム。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は追随中の目標に接近したことを検出し、これに応じて信管を起動させ搭載している弾頭を爆発させる誘導飛翔体システムの改良に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、従来のミサイル等の誘導飛翔体システムは、図3に示すように、目標1の方向に向け飛翔する飛翔体本体2により構成される。この飛翔体本体2には、これを目標に向け飛翔させる推進部2aとともに、目標を追随し目標方向へ誘導する誘導部2bと、目標1の接近を捕らえ起爆信号を生成する近接センサ2cと、近接センサの検知信号から起爆信号を生成する信管2d、及び起爆信号により爆発する弾頭2e等が搭載されている。
【0003】
飛翔体本体2が、推進部2aの推力により目標1の方向に向け飛翔を開始した後は、誘導部2bは目標1の位置を捕らえ、目標1を追尾しつつ、目標1との会合点に向け飛翔すべく誘導信号を生成し、飛翔制御を行い、推進部2aの推力と誘導部2bの制御により目標1に接近したときには、近接センサ2cの形成したビームによる目標1の検知信号を信管2dに送り、信管2dにて弾頭2eを起爆する起爆信号を生成し、弾頭2eを爆発させるよう構成されていた。
【0004】
従来、この種の近接センサ2dは、目標1の方向に電波または光波のビームを投射し、その反射波を受信して目標1を検出し、検出に基づく信号を利用して信管に対し直ちに、または所定の起爆タイミングによって弾頭を爆発させるようになっている。
【0005】
このときの起爆タイミングは、目標と飛翔体本体の相対速度7、交戦角6、飛翔体2の近接センサ2cと弾頭2eの配置、目標と飛翔体本体の想定的な位置関係等によって決定する。
【0006】
しかし、目標と飛翔体本体の相対速度7及び交戦角6については、飛翔体本体の誘導部2b等から得ることができるが、目標と飛翔体本体の相対的な位置関係について精度良く飛翔体が情報を得ることは困難である。例えば、誘導部2bは目標1と飛翔体本体2が極めて接近した状態では、目標を捕らえることができなくなる。このために、目標1’と飛翔体本体2がすれ違い、弾頭の威力範囲に目標が入るタイミングは、目標1の場合と異なるが、最適な起爆タイミングは算出できず、予め予想した会合条件から平均的な位置関係を想定して起爆タイミング算出のアルゴリズムに組み込むこととなり、起爆タイミングのずれによって目標を破壊させる確率を減少させる原因となる。
【0007】
このような問題を解決するものとして、近接センサを分割し、目標物体が本体周囲のどの象限に近づいているかを検知して起爆のタイミング計算し爆発させる近接信管制御装置が考えられている(例えば、特許文献1参照)。しかし、このような装置を組み込むと飛翔体が大型化してしまうという問題がある。
【特許文献1】特開平4−344100号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上記のように特許文献1記載の装置でも、どの象限に目標物体が来たかの検知を誤ると、必ずしも有効な爆破を行うことができないという問題があった。
【0009】
本発明は、上記のような従来の誘導飛翔体の問題点にかんがみてなされたもので、常に効果的に目標を爆破することが可能な小型の誘導飛翔体及びそのシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の請求項1によれば、本体の周囲方向に設置された爆発体と、この爆発体を爆発させるために前記爆発体の各部に対して設けられた複数の信管と、ターゲットとなる目標が所定距離に接近したことを検知する目標検出器と、前記目標の速度を検出する速度検出器と、前記目標検知器により前記目標が前記飛翔体本体に近づいたことを検知したとき、前記複数の爆発体の各々が前記目標に到達したときに爆発するように起爆のタイミングを演算する起爆タイミング演算部と、を備え、前記起爆タイミング演算部により演算されたタイミングに前記複数の信管を起動することを特徴とする誘導飛翔体を提供する。
【0011】
本発明の請求項2によれば、誘導装置によりターゲットとなる目標に飛翔体本体を有する誘導飛翔体システムであって、前記飛翔体本体は、この飛翔体本体の周囲方向に設置された爆発体と、この爆発体を爆発させるために前記爆発体の各部に対して設けられた複数の信管と、前記目標が所定距離に接近したことを検知する目標検出器と、前記目標の速度を検出する速度検出器と、前記目標検知器により前記目標が前記飛翔体本体に近づいたことを検知したとき、前記複数の爆発体の各々が前記目標に到達したときに爆発するように起爆のタイミングを演算する起爆タイミング演算部と、を備え、前記起爆タイミング演算部により演算されたタイミングに前記複数の信管を起動することを特徴とする誘導飛翔体システムを提供する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、常に効果的に目標を爆破することが可能な小型の誘導飛翔体及び誘導飛翔体システムが得られる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図1に本発明一実施形態の全体構成例を示す。図1に本発明の一実施形態の誘導飛翔体システムの構成を示す。
【0014】
この誘導飛翔体システム10は、飛翔本体11と、この飛翔体本体11が目標12を追随するように誘導する誘導装置13とから成る。
【0015】
飛翔体本体11は、目標の接近を捕らえ検知信号を生成する近接センサである目標検出器14と、速度を検出する速度検出器15と、上記目標検出器14および速度検出器15により検出された目標の方向および速度から起爆タイミングを演算する起爆タイミング演算器16と、これが生成した起爆タイミング信号から爆発させる弾頭17とから成る。
【0016】
弾頭17(爆発体)の中央付近には、信管18a〜18fを有しており、これらの信管が起爆信号により起爆されるとおのおの対応する部分の弾頭17を爆発させる。これらの信管18a〜18fは、例えば図4に示すように配置されており、それぞれの信管が起爆すると、その方向にのみ弾頭破片が飛散するようになっている。
【0017】
図2及び図5に示すフローチャートにしたがってこの実施形態の動作を説明する。飛翔体本体11の目標検出器14が目標を検知する(ステップS201)と、起爆タイミング演算器16は、目標の速度を演算する(ステップS202)。すなわち、あらかじめ速度検出器15によって得られた飛翔体速度Vmと誘導装置13により得られた相対速度Vcを用いて、目標速度Vtと図6に示すような飛翔体座標系(飛翔体の進行方向をx方向、進行方向から右手方向をy方向、進行方向から下方をz方向)での目標速度x成分Vtx、y成分Vty、z成分Vtzを演算する(ステップS503)。
【0018】
次に、起爆タイミング演算器14は、演算した飛翔体速度Vmと目標速度成分Vtx、Vty、Vtzと図7に示すような、あらかじめ最適に設計された目標検知時の弾頭と目標の距離パラメータdと近接センサのビーム前傾角θを用いて、目標の検出から弾頭破片が目標に命中するまでの時間tを求める(ステップS504)。
【0019】
次に、起爆タイミング演算器16はステップS204において、図4に示すようなそれぞれの信管の方向を表す角度φを用いて、図3に示す5、5’のような目標が飛翔体の側面円周上に来たときの距離rを周方向に、例えば6方向で演算する(ステップS505)。
【0020】
次に、その飛翔体の弾頭破片の速度Vfをあらかじめ求めておき、弾頭破片が目標に衝突するよう起爆タイミング時間ΔTを、例えば6方向にS0〜S5をそれぞれで演算する(ステップS506)。
【0021】
これらの具体的な演算方法を、図面を用いて以下に説明する。座標系としては、直交座標系と円柱座標系を用いる。図6(a)に示すように直交座標系(x,y,z)は目標12を検出したときの、飛翔体本体11の弾頭17の位置を原点に固定し、飛翔体本体11の進行方向をx軸、進行方向から右方向をy軸、下方向をz軸に取る。
【0022】
また、円柱座標系(r,φ,l)は、図6(b)に示すように、目標12を検出したときの、飛翔体本体11の弾頭17の位置を原点に固定し、直交座標系のyz平面で動径rと偏角φを図示するように、取る。この座標系にx座標をlとして与える。61は検知したときの目標12の位置である。
【0023】
したがって、直交座標系(x,y,z)と円柱座標系(r,φ,l)の間には次式の関係がある。x=l、y=rcosφ、z=rsinφ
なお、直交座標系での目標速度を(Vtx,Vty,Vtz)、飛翔体本体11の速度を(Vm,0,0)とする。
【0024】
ここで、起爆遅延時間を求める。目標12を直交座標系において(l,rcosφ,rsinφ)の位置で検知したとする。この位置は、円柱座標系では(r,φ,l)となる。目標を検知したときの時刻を0秒時とすると、目標12を検知してからΔT秒後に弾頭17が起爆し、t秒後に目標12に弾頭17の破片が衝突する。ここで時間ΔT,tは未知数である。
【0025】
破片の目標への衝突時であるt秒後の目標12のある位置は、円柱座標系(r,φ,l)では以下の式で表される。
【数1】


【数2】


【数3】


【0026】
弾頭の破片は、円柱座標系のφ方向へは一様に飛散する。t秒後に目標12に破片が命中するには、t秒後の破片位置と目標12のl座標及びr座標が一致すればよい。
【0027】
t秒後の円柱座標系での破片位置(r,φ,l)は、以下の式で表される。
【0028】
=V(t−ΔT)、φ=(任意)、l=Vm・t
=r,l=l、から未知数ΔT,tを求めると次のようになる。
【0029】
t=l/(Vm−Vtx)、ΔT=t−(Δr+r)/Vf
ただし、
【数4】


【0030】
ここで、Δrは時間tにおける円柱座標系r座標の変化を表す。直交座標系における目標12の位置は
0秒時:(l,rcosφ,rsinφ
t秒時:(l+Vtx・t,rcosφ+Vty・t,rsinφ+Vtz・t)
であり、
【数5】


【0031】
であるから、Δrとして次式が得られる。
【数6】


【0032】
これを用いて再度、ΔTを表すと、以下のようになり、飛翔体本体の速度Vmと飛翔体本体の速度(Vtx,Vty,Vtz)と、弾頭破片の射出速度Vf及び目標検知時の目標位置(r,φ,l)から起爆遅延時間ΔTが求められる。
【数7】


【0033】
ここで、t=l/(Vm−Vtx)である。
【0034】
いま、目標の位置を直交座標系で表している。近接信管ビームは飛翔体本体の近接信管部分から円錐状に放射され、目標発見位置はこの円錐上に存在する。すなわち、目標発見時は、図6(b)に示すようになり、目標発見時の目標と弾頭の距離dと近接信管ビーム角を用いて、r、lは、r=dcosθ、l=dsinθ、と表せる。
【0035】
これらの式より、dとθを用いてΔr,ΔT及びtを表すと、次式のようになる。
【数8】


【数9】


【0036】
t=dsinθ/(Vm−Vtx)
また、相対速度成分をVcx=Vtx−Vmx,Vcy=Vty,Vcz=Vtzとし、ΔTについて整理すると、以下のようになる。
【数10】


【0037】
以上から相対速度のx,y,z成分Vcx,Vcy,Vczと目標検出時の弾頭と目標の距離d及び周方向の位置φを入力値とし、ビーム前傾角θ及び弾頭破片の射出速度Vfを固定パラメータとして、起爆遅延時間ΔTが算出される。
【0038】
本発明では、ΔTをφの関数として考え、角度φの位置にある信管に、ΔT(φ)の起爆遅延時間としてそれぞれ起爆させる。
【0039】
このように、起爆タイミング演算器16は演算した起爆タイミング信号S0〜S5を信管18a〜18fに送信し、n番目の起爆時間になるとn番目の信管18a〜18fはn番目の起爆指令信号を生成し、これらの信管は起爆し、弾頭を飛散させる。
【0040】
なお、上記実施形態では、弾頭、信管を6個使用しているが、6以外の個数であっても本発明を適用することができる。また、上記実施形態では目標と飛翔体の速度と目標検知時の飛翔体と目標の距離等はセンサ等によって測定したものを使用しているが、センサを有しないシステム等においては設計された固定パラメータを用いることでも適用可能である。
【0041】
また、上記実施形態では目標と飛翔体を質点で考えているが、目標と飛翔体を有限の長さを有する物体と考え、近接センサ位置と弾頭部の位置の差や、目標の検出部位と破片を命中させたい部位(脆弱部位等)の差を考慮して演算することも可能である。また、弾頭、信管のそれぞれ複数の装置を一つのユニットとしてまとめることも可能である。
【0042】
異なる起爆タイミングで起爆した信管により、周方向で異なるタイミングで弾頭破片が飛散する。このため、例えば図3の1と1’のように飛翔体と目標の位置関係が異なる場合においても飛翔体システムがその位置関係情報を得る必要がなく、どのような位置関係においても弾頭破片を目標に命中させることができる。
【0043】
以上説明したように、この発明による弾頭と、目標の接近を捕らえる近接センサと、弾頭を爆発させるための信管と、信管の起動タイミングを制御する起爆タイミング演算器及びこれらを搭載した誘導飛翔体は、近接センサ構成の簡略化・小型軽量化とともに、目標の破壊効果を向上させることが可能である。また、上記特許文献1記載の技術のようなすれ違う方向を検出するセンサを用いた場合、このセンサの測定誤差による精度の低下があり得るが、本発明のこの実施形態では構成品によって方向の差異を解決するため、センサ等を用いないで、より精度良く目標の破壊を狙える効果がある。
【0044】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々変形して実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】本発明一実施形態による全体の構成を示す図。
【図2】本発明一実施形態における全体動作を説明するための図。
【図3】従来の誘導体システムの起爆の様子を説明するための図。
【図4】本発明一実施形態における弾頭内の信管の配置を説明するための図。
【図5】本発明一実施形態における動作の詳細を説明するための図。
【図6】本発明一実施形態における起爆タイミングの計算を説明するための図。
【符号の説明】
【0046】
10・・・誘導飛翔体システム、
11・・・飛翔体本体、
12・・・目標、
13・・・誘導装置、
14・・・目標検出器、
15・・・速度検出器、
16・・・起爆タイミング演算器、
17・・・弾頭、
18a〜18f・・・信管。




 

 


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