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発明の名称 飛しょう体の誘導装置
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2007−205632(P2007−205632A)
公開日 平成19年8月16日(2007.8.16)
出願番号 特願2006−24694(P2006−24694)
出願日 平成18年2月1日(2006.2.1)
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 岡崎 維明 / 佐藤 賢
要約 課題
電波誘導において空間安定性能の良好な飛しょう体の誘導装置を提供すること。

解決手段
所定の送信周期で電波を目標に向けて発射しその反射波を受信し、デジタルデータとして高速フーリエ変換し収集したデータを用いて計算して得た前記目標の誤差角と、慣性航法により求めた飛しょう体の姿勢角とから、目標への誘導を行う飛しょう体の誘導装置であって、前記収集するデータの送信周期に対するデータ取得時間の中心位置がデータ取得設定期間のほぼ中心位置になるように設定する。
特許請求の範囲
【請求項1】
所定の送信周期で電波を目標に向けて発射しその反射波を受信し、デジタルデータとして高速フーリエ変換し収集したデータを用いて計算して得た前記目標の誤差角と、慣性航法により求めた飛しょう体の姿勢角とから、目標への誘導を行う飛しょう体の誘導装置であって、
前記収集するデータの送信周期に対するデータ取得時間の中心位置がデータ取得設定期間のほぼ中心位置になるように設定することを特徴とする飛しょう体の誘導装置。
【請求項2】
目標に向けて所定の送信周期で電波を発射する送信手段と、
前記目標からの反射波を受信する受信手段と、
この受信手段により受信した反射波をAD変換するAD変換手段と、
このAD変換手段により変換された反射波のデジタルデータを用いるデータ取得時間の中心位置を、前記送信周期に応じたデータ取得設定時間に対し、前記データ取得設定時間のほぼ中心位置になるように設定して前記デジタルデータを収集するデータ収集手段と、
このデータ収集手段により得たデータを高速フーリエ変換するFFT処理手段と、
このFFT手段により得られたデータから前記目標の位置の誤差角を求める誤差情報計算手段と、
慣性航法により飛しょう体の姿勢角を計算する姿勢角計算手段と、
前記姿勢角を用いて前記飛しょう体の姿勢角の変化量を相殺する方向に電波の送信方向を計算する空間安定化処理手段と、
前記誤差角を用いて前記目標への電波送信方向を計算する追随処理手段と、
この追随処理手段及び前記空間安定化処理手段の結果から電波送信方向を計算する電波送信方向計算処理手段と、
前記姿勢角計算手段により求められた前記姿勢角と前記誤差情報計算手段により求めた前記誤差角から誘導処理を行う誘導処理手段と、
を有して成ることを特徴とする、飛しょう体の誘導装置。
【請求項3】
目標に所定の送信周期で電波を発射する送信手段と、
前記目標からのΣ系反射波、ΔEL系反射波、ΔAZ系反射波を受信する受信手段と、
この受信手段により受信した前記Σ系反射波、前記ΔEL系反射波及びΔAZ系反射波をAD変換するAD変換手段と、
このAD変換手段により変換された前記Σ系反射波、前記ΔEL系反射波及びΔAZ系反射波のデジタルデータを用いるデータ取得時間の中心位置が、前記送信周期に応じたデータ取得設定時間に対して、前記データ取得設定時間のほぼ中心位置になるように各々設定して反射波のデータを収集するデータ収集手段と、
このデータ収集手段により得たデータを高速フーリエ変換するFFT処理手段と、
このFFT手段により得られたデータから前記目標の位置の誤差角を求める誤差情報計算手段と、
慣性航法により飛しょう体の姿勢角を計算する姿勢角計算手段と、
前記姿勢角を用いて前記飛しょう体の姿勢角の変化量を相殺する方向に電波の送信方向を計算する空間安定化処理手段と、
前記誤差角を用いて前記目標への電波送信方向を計算する追随処理手段と、
この追随処理手段及び前記空間安定化処理手段の結果から電波送信方向を計算する電波送信方向計算処理手段と、
前記姿勢角計算手段により求められた前記姿勢角と前記誤差情報計算手段により求めた前記誤差角から誘導処理を行う誘導処理手段と、
を有して成ることを特徴とする、飛しょう体の誘導装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、目標に向かって飛翔する飛しょう体に搭載される誘導装置に関する。
【背景技術】
【0002】
飛しょう体の誘導装置において目標となる飛しょう体は常に移動している。電波の発射時点の目標位置と慣性航法からの姿勢角、速度により、通常、目標の位置は推測できる。しかし、目標からの反射波の受信を待たずに誘導装置から電波を発射するので、発射電波を識別するためにその送信周期は、例えば14μs、12μs、10μsの3通りに適宜、変更される。それゆえ、送信周期を変えたときに、上記のようにしてなされる目標の推定位置と電波を送信する方角とに誤差を生じてしまう。またこれが原因となって慣性航法装置とのデータ取得周期との間にずれが原因となって姿勢角にも誤差が生じ、これらが原因となり、従来の誘導装置ではその空間安定性能を低下させることになっていた。
【0003】
なお、画像誘導における空間安定の技術は特許文献1に開示されているが、電波誘導に適用できるものではない。
【特許文献1】特開平8−75396号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は上記のような従来の問題点にかんがみてなされたもので、電波誘導において空間安定性能の良好な飛しょう体の誘導装置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】
【0005】
本発明の請求項1によれば、所定の送信周期で電波を目標に向けて発射しその反射波を受信し、デジタルデータとして高速フーリエ変換し収集したデータを用いて計算して得た前記目標の誤差角と、慣性航法により求めた飛しょう体の姿勢角とから、目標への誘導を行う飛しょう体の誘導装置であって、前記収集するデータの送信周期に対するデータ取得時間の中心位置がデータ取得設定期間のほぼ中心位置になるように設定することを特徴とする飛しょう体の誘導装置を提供する。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、電波誘導において空間安定性能の良好な飛しょう体の誘導装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
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による飛しょう体の誘導装置の構成例を示す。
【0008】
この装置は、電波を送受信するアンテナユニット101と、励振受信ユニット102と、信号制御部103と、信号処理部104と、誘導処理部105と、慣性航法装置106とを有する。
【0009】
アンテナユニット101は、目標へ電波を送信し目標からの電波を受信するアンテナモジュールと、送受信した電波の授受を行う送受信回路とから成る。励振受信ユニット102は、アンテナモジュールで受信した受信信号を周波数変換する周波数変換部111と、電波送信部112からなる。
【0010】
励振受信ユニット102の周波数変換部111にて変換された受信信号をアナログデジタル変換するA/D変換部113と、送信ディレイクロックとデジタル信号を収集するデータ収集部114と、送信制御部115とから成る。
【0011】
信号処理部104は、データ収集部114で収集されたデータを入力して高速フーリエ変換(FFT;Fast Fourier Transform)するFFT処理部116と、このFFT処理部116によりFFTの処理結果から目標の検出を行い、その検出された位置から目標の位置を特定し目標との誤差角を計算する誤差情報計算部117aと、FFTの処理結果からその検出された位置から目標までの相対距離を計算する相対距離計算部117bと、この相対距離計算部117bで計算された相対距離から電波の送信周期を計算する送信情報設定部118aと、後述する角度追随処理部120から電波送信方向を受けて電波送信方向を設定する電波送信方向設定部118bとから成る。電波送信方向設定部118bから出力される電波送信方向はアンテナユニット101に送られ、このアンテナユニット101で電波の送信方向を制御する。
【0012】
慣性航法装置106は、飛しょう体を検出し、飛しょう体の姿勢角などを計算する姿勢角計算部119を有する。誘導処理部105は、信号処理部104の誤差情報計算部117aから出力された誤差角と、姿勢角計算部119にて計算された目標の姿勢角から、電波の送信方向を計算し空間安定制御を行う角度追随処理部120を有する。
【0013】
信号処理部104の送信情報設定部118aにて計算された送信周期は、PRI(Pulse Repeat Interval;送信周期)として、信号制御部103の送信制御部115に送られ、送信制御部115の出力は励振受信ユニット102の電波送信部112に送られている。
【0014】
例えば60msのデータ取得期間に、送信制御部115は、信号処理部104の送信情報設定部118aからPRI(送信周期)を受け取る。例えばPRIが14μsの時、送信制御部115は、PRIに沿って送信周期クロックを発生させ、励振受信ユニット102の電波送信部112に送る。
【0015】
励振受信ユニット102の電波送信部112は、上記送信周期クロックにしたがって電波を発生させ、アンテナユニット101に電波を送る。アンテナユニット101は電波送信部112から送られてきた電波を目標に向けて放射する。
【0016】
アンテナユニット101は、目標から反射してきた反射波を受信して、アンテナ全面の総和の反射波であるΣ系反射波と、アンテナ上下面の差の反射波であるΔEL系反射波と、アンテナ左右面の差の反射波であるΔAZ反射波なる3系統受信し、励振受信ユニット102に送る。励振受信ユニット102の周波数変換部111では送られてきた3系統の反射波を周波数変換して、信号制御部103に送る。
【0017】
信号制御部103のA/D変換部113では、3系統の反射波をA/D変換してデジタル信号に変換し、データ収集部114に送る。
【0018】
データ収集部114では送られてきた3系統のデータを収集する。データ収集は、高速フーリエ変換に必要な個数、例えば4096個、収集する。4096個収集するのに必要な時間は、PRI×収集数であるため、この場合は、4096×14μs=約57msとなる。
【0019】
ここで、データ処理期間に移行する。データ処理期間では、信号処理部104のFFT処理部116は信号制御部103のデータ収集部114からそれぞれ4096個の、上記3系統のデジタルデータを受け取り、FFT処理を行う。
【0020】
FFT処理結果を受け取った誤差情報計算部117aは、Σ系と2つのΔ系により、アンテナユニットが目標に向けて電波の送信方向と目標位置との誤差角を算出し、誘導処理部105に送る。また、相対距離計算部117bはΣ系から目標との相対距離を算出し、送信情報設定部118aに送信する。送信情報設定部118aはこの相対距離から次回のデータ収集期間において使用するPRIを計算する。
【0021】
誘導処理部105の角度追随処理部120は、信号処理部104の誤差情報計算部117aから誤差角を受け取り、慣性航法装置106の姿勢角計算部119から、飛しょう体の姿勢角を受け取とる。角度追随処理部120は誤差角と姿勢角から電波送信方向を計算し、電波送信方向設定部118bに送る。
【0022】
誤差情報計算部117aから受け取った誤差角は、4096個取得した時の電波方向と目標位置との差であり、FFT処理したことにより、誤差角が平均化されており、4096個取得した時間の半分の時間での誤差角となる。すなわち4096個取得するのに約57msかかるので、収集開始から約28.5ms時点での誤差角を得ることになる。また、角度追随処理部120において、慣性航法装置106の姿勢角計算部119から得た姿勢角は収集開始から28.5ms時点での姿勢角が必要となるため、図示しないメモリ等に記憶しておく。
【0023】
誘導処理部105で、飛しょう体の進行方向から目標位置の方角を計算し、電波を送信する方角を計算するとき、次のデータ取得期間での目標位置を推測する必要がある。
【0024】
得られた誤差角がデータ取得開始から所定の時点でのデータであるので、残りのデータ取得期間とデータ処理期間のデータを補正する必要がある。
【0025】
目標は常に移動している。推測されている目標位置は、発射時点での目標位置と慣性航法装置からの姿勢角、速度より自己位置が計算できるので、送信周期によって得られる相対距離により目標位置を推測できるが、送信周期は目標位置で14μs、12μsなどに変化するため、従来のようにそのままにしておくと送信周期の変わり目では目標位置の推定に誤差が生じてしまい、電波を送信する方角と目標位置に誤差が生じることにより空間安定度を悪くしてしまう。
【0026】
また、慣性航法装置106の姿勢角のデータ取得周期と信号処理部104の誤差情報計算部117aから得た誤差角の時間が一致すればよいが、送信周期が14μsなどに変化するとき、従来の技術ではデータ取得に必要な時間が変化し、慣性航法装置106とのデータ取得周期にずれが生じ、姿勢角に誤差が生じてしまう。この誤差も、空間安定度を悪くする要因となる。
【0027】
そこで、本発明のこの実施形態では、後で述べるように、補正された誤差角とデータ取得に必要な時間の半分の時点での姿勢角を使用して電波の放射方向を計算し、データ取得時間の中心をデータ取得設定期間の中心に合わせる。
【0028】
以下、図2に示すフローチャートに従って、誘導装置の空間安定を行う誘導処理までのこの実施形態の動作を説明する。
【0029】
スタートして、ステップS11では、送信する電波の送信周期を設定する。信号処理部104の送信情報設定部118aから、信号制御部103の送信制御部115に電波の送信周期が送られ、その送信周期で励振受信ユニット102が電波送信部112により電波を発生させアンテナユニット101へ送る。
【0030】
ステップS12では、アンテナユニット101から、目標へ向けて、電波を放射する。その後、ステップS13では、アンテナユニット101により目標から反射した電波を受信する。
【0031】
受信した反射波としては、アンテナ全面の総和の反射波、すなわちΣ系反射波と、アンテナ上下面の差の反射波、すなわちΔEL系反射波と、アンテナ左右面の差の反射波、すなわちΔAZ反射波と3系統、受信し、励振受信ユニット2に送られる。
【0032】
ステップS14では、励振受信ユニット2の周波数変換部111がアンテナユニット1が受信した上記3つ反射波を受けて、周波数変換して反射波の周波数を下げる。次のステップS15で、信号制御部103のA/D変換部113は、励振受信ユニット2の周波数変換部111から周波数変換された反射波を受けて、アナログ信号をデジタル信号に変換する。
【0033】
次のステップS16で、信号制御部103のデータ収集部114は、電波の送信周期から計算されるデータ取得ディレイ値だけデータ取得を遅らせて、データを取得する。このような遅延の処理を行うのは、データ収集部114においてである。
【0034】
例えばΣ系反射波の場合のデータ取得とディレイ値の関係を図3に示す。同図において、電波の送信周期が14μs、12μs、10μsの3通りあるとし、データ取得の設定期間を60msとしている。
【0035】
データ取得を遅らせるのは、上述のように、電波を送信する方角と目標位置に誤差が生じることにより空間安定度を悪くする問題を解決するためである。具体的には、データ取得時間の中心位置をデータ取得設定期間の中心位置、すなわち30msの位置にする。
【0036】
電波の送信周期が変化すると、データの取得時間が変化するため、中心位置が異なる。そこで電波の送信周期毎にディレイ値を設けることで、送信周期が変化してもデータ取得時間の中心をデータ取得設定期間の60msの中心位置に合わせる。この場合のディレイ値DVは、次式で表される。
【0037】
DV=(60ms−PRI×4096)/2
すなわちディレイ値DVは、データ取得設定期間である60msから、データ取得時間、すなわち電波の送信周期×データ収集数4096を引いた時間を、2で割った値となる。
【0038】
送信周期が、14μs、12μs、10μsのとき、ディレイ時間D14、D12,D10は各々約1.5ms、5.5ms、9.5msとなる。
【0039】
なお、上記では、Σ系の反射波について、データ取得設定時間とデータ取得時間の時間的位置関係の調整について述べた。ΔEL系反射波とΔAZ系反射波についても同様にデータ取得時間を時間的に調整する。例えば、ΔEL系反射波のデータ取得設定時間を60msとし、ΔAZ系の反射波のデータ取得設定時間を例えば60msとし、いずれの場合もデータ取得時間の中心位置がデータ取得設定時間のほぼ中心位置になるように、データ取得時間を時間的に調整する。
【0040】
データ収集部114では、上記ディレイ値の分だけ遅らせてデータを取得し、信号処理部104へ送信する。
【0041】
次のステップS17では、信号処理部104が受信したデジタル信号をFFT処理部116においてFFT処理する。その後、誤差情報計算部117aにより、Σ系反射波とΔEL系反射波又はΔAZ反射波を比較することにより、電波の放射方向と目標位置との誤差角を計算し、誘導処理部105へ送る。また、相対距離計算部117bでΣ系反射波から目標相対距離を計算し、送信情報設定部118aに送る。送信情報設定部118aでは、相対距離計算部117bから送られてきた目標までの相対距離を受けて次の電波の送信周期を計算し、送信制御部115へ送る。また、ステップS18で電波送信方向を計算した後、電波送信方向設定部118bは、角度追随処理部120から電波送信方向を受けて、電波送信方向をアンテナユニット101に送る。
【0042】
次のステップS18で、誘導処理部105の角度追随処理部120は、信号処理部104から送られてきた誤差角について次の電波送信時の目標位置を推測し、その角度に補正する。
【0043】
慣性航法装置106の姿勢角計算部119は、誤差情報計算部117で計算された誤差角の時刻における姿勢角を計算する。このとき、データ収集部114においてなされた上記データ取得時間の調整も姿勢角の計算に考慮されることになる。慣性航法装置106は姿勢角計算部119において求めた飛しょう体の姿勢角を角度追随計算部120に送信する。角度追随処理部120は、空間安定処理として、補正した誤差角と姿勢角から次の電波の送信方向を計算する。
【0044】
慣性航法装置106の姿勢角計算部119における姿勢角計算は、10msや5msなどの周期で行っており、目標への電波方向の計算におけるよりも計算回数を多くする。この姿勢角計算においても、上述のようにデータ取得設定期間に対して、データ取得期間が中心位置にくるディレイ処理を行う。姿勢角計算部119で計算された姿勢角は、上記の周期で誘導処理部105に送られ、飛しょう体の姿勢制御に用いられる。
【0045】
この姿勢制御は、飛しょう体の姿勢が乱れたとき正常の姿勢に戻す処理である、信号処理部104からの誤差角を使用した、角度追随処理部120で用いられる姿勢角は誤差角の中心と一致するときの姿勢角を誘導処理部105に記憶しておく。データの中心は既に決まっているのでそのときの姿勢角を姿勢制御の際に記憶しておく。
【0046】
データ処理の後は、データ収集により得たデータを高速フーリエ変換し、FFTにより得られたデータから目標の位置の誤差角を求めると共に、慣性航法により飛しょう体の姿勢角を計算し、上記姿勢角を用いて飛しょう体の姿勢角の変化量を相殺する方向に電波の送信方向を空間安定化処理によって計算し、上記誤差角を用いて前記目標への電波送信方向を追随処理によって計算し、この追随処理及び上記空間安定化処理の結果から電波送信方向を計算し、姿勢角計算により求められた姿勢角と誤差情報計算により求めた誤差角から誘導処理を行う。
【0047】
本発明のこの実施形態によれば、データ補正の精度が良いため、安定した空間安定化処理を行うことできる。
【0048】
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】
【0049】
【図1】本発明一実施形態による飛しょう体の誘導装置の構成を示す図。
【図2】図1に示す誘導装置のデータ収集部において、データ取得設定時間内でデータ取得時間を調整することを説明するための図。
【図3】Σ系反射波の場合のデータ取得とディレイ値の関係を示す図。
【符号の説明】
【0050】
101・・・アンテナユニット、
102・・・励振受信ユニット、
103・・・信号制御部、
104・・・信号処理部、
105・・・誘導処理部、
106・・・慣性航法装置、
111・・・周波数変換部、
112・・・電波送信部、
113・・・A/D変換部、
114・・・データ収集部、
115・・・送信制御部、
116・・・FFT処理部、
117a・・・誤差情報計算部、
117b・・・相対距離計算部、
118a・・・送信情報設定部、
118b・・・電波送信方向設定部、
119・・・姿勢角計算部、
120・・・角度追随処理部。




 

 


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