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発明の名称 飛翔体のレーザ誘導装置
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2007−3079(P2007−3079A)
公開日 平成19年1月11日(2007.1.11)
出願番号 特願2005−183044(P2005−183044)
出願日 平成17年6月23日(2005.6.23)
代理人 【識別番号】100102141
【弁理士】
【氏名又は名称】的場 基憲
発明者 安井 英己
要約 課題
従来の飛翔体のレーザ誘導装置では、太陽光などによるジャミングに感応し易いという問題点があった。

解決手段
目標Tに照射したレーザ光LTの反射光LRを受信して飛翔体Fを誘導する装置であって、所定の基準時間に基づいてレーザ光LTをパルス状に送信する光送信手段1と、飛翔体Fにおいて被検出光(LR)を受信する光受信手段2を備え、光受信手段2が、光送信手段1と共通の基準時間に基づいて動作制御されると共に、光送信手段1のレーザ光の送信タイミングに対応して反射光LRの信号検出を間欠的に行う手段であり、レーザ光LTのパルス状の送信タイミングと反射光LRの間欠的な信号検出タイミングを同期化することで、ジャミングを受け難いものにして誘導機能の向上を実現した。
特許請求の範囲
【請求項1】
目標に照射したレーザ光の散乱光又は反射光である被検出光を受信して飛翔体を誘導するための装置であって、所定の基準時間に基づいてレーザ光をパルス状に送信する光送信手段と、飛翔体において被検出光を受信する光受信手段を備え、光受信手段が、光送信手段と共通の基準時間に基づいて動作制御され且つ光送信手段のレーザ光の送信タイミングに対応して被検出光の信号検出を間欠的に行う手段であることを特徴とする飛翔体のレーザ誘導装置。
【請求項2】
光受信手段が、被検出光を受信する光受信回路と、基準時間に基づいてゲート信号を間欠的に生成するゲート回路と、ゲート回路のゲート信号が発生している間に取得した光受信回路の受信信号を積分し且つその積分値を閾値判定して被検出光の判定信号を得る信号処理回路を備えていることを特徴とする請求項1に記載の飛翔体のレーザ誘導装置。
【請求項3】
光送信手段が、不規則的なパターンでレーザ光を送信する手段であり、光受信手段が、光送信手段の送信パターンと同一パターンで被検出光の信号検出を行う手段であることを特徴とする請求項1又は2に記載の被翔体のレーザ誘導装置。
【請求項4】
光送信手段及び光受信手段が、人工衛星の送信信号を基準時間として用いるための電波受信回路を備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の飛翔体のレーザ誘導装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、主として、レーザ光を用いてセミアクティブ方式で飛翔体の誘導制御を行うのに用いられる飛翔体のレーザ誘導装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
セミアクティブ方式のレーザ誘導装置は、例えば図3に示すように、レーザ照射機Aから目標Tに向けてレーザ光LTをパルス状に照射し、飛翔体Fに搭載した光受信手段101で目標Tからの反射光LRを受信して、反射光LRの判定信号に基づいて飛翔体Fを目標Tに向けて誘導制御するものである。
【0003】
光受信手段101は、受信した反射光LRの信号強度によって信号検知の有無を判定し得るもので、反射光LRを受信する受信回路102と、受信回路102の受信信号を増幅するアンプ103と、アンプ103を経た受信信号を閾値判定して反射光LRの判定信号を得る判定回路104を備えており、判定回路104で得た判定信号に基づいて飛翔体Fから目標Tまでの距離を判断することができる。
【非特許文献1】「ミサイル工学事典」原書房、1990年12月10日、p.61,408,440,441
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記したような飛翔体のレーザ誘導装置にあっては、光受信手段が、常に受信を行うとともに受信した信号強度によって信号検知の有無を判定することから、太陽光や様々な反射光によるジャミングに感応し易いという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。
【0005】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、レーザ光の送信タイミングと、レーザ光の散乱光又は反射光である被検出光の信号検出のタイミングとを同期化することにより、ジャミングを受け難いものにして、誘導機能の向上を実現することができる飛翔体のレーザ誘導装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の飛翔体のレーザ誘導装置は、目標に照射したレーザ光の散乱光又は反射光である被検出光を受信して飛翔体を誘導する装置であって、所定の基準時間に基づいてレーザ光をパルス状に送信する光送信手段と、飛翔体において被検出光を受信する光受信手段を備えており、光受信手段が、光送信手段と共通の基準時間に基づいて動作制御されると共に、光送信手段のレーザ光の送信タイミングに対応して被検出光の信号検出を間欠的に行う手段である構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【0007】
また、本発明の飛翔体のレーザ誘導装置は、より望ましい実施形態として、光受信手段が、被検出光を受信する光受信回路と、基準時間に基づいてゲート信号を間欠的に生成するゲート回路と、ゲート回路のゲート信号が発生している間に取得した光受信回路の受信信号を積分し且つその積分値を閾値判定して被検出光の判定信号を得る信号処理回路を備えていることを特徴とし、さらに、光送信手段が、不規則的なパターンでレーザ光を送信する手段であり、光受信手段が、光送信手段の送信パターンと同一パターンで被検出光の信号検出を行う手段であることを特徴とし、さらに、光送信手段及び光受信手段が、人工衛星の送信信号を基準時間として用いるための電波受信回路を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【0008】
本発明の飛翔体のレーザ誘導装置によれば、共通の基準時間に基づいて、光送信手段によるレーザ光のパルス状の送信タイミングと、光受信手段による被検出光の間欠的な信号検出のタイミングとを同期化することで、被検出光の信号検出が容易に且つ確実に行われると同時に、信号処理において被検出光以外の受信光を大幅に排除することができ、太陽光や様々な反射光によるジャミングを受け難いものとなり、誘導機能の向上を実現することができる。また、光受信手段は、受信タイミングが明確となり、上記の如くジャミングも受け難いので、高感度なものを用いることが可能になる。
【0009】
さらに、本発明の飛翔体のレーザ誘導装置によれば、光受信回路、ゲート回路及び信号処理回路を備えた光受信手段を採用したことで、上述の効果が得られるほか、信号処理回路に信号積分型のアンプを用いることが可能となり、これによりSN比を向上させてより高精度の信号処理を実現する。
【0010】
さらに、本発明の飛翔体のレーザ誘導装置によれば、レーザ光の送信タイミングと被検出光の信号検出のタイミングとを不規則的なパターンで同期化することで、例えばレーザ光の送信タイミングが複雑なものとなり、秘匿性の向上を実現することができる。
【0011】
さらに、本発明の飛翔体のレーザ誘導装置によれば、人工衛星の送信信号を基準時間として用いることで、どの地域でも使用可能になると共に、誘導制御のさらなる高精度化に貢献し得るものとなる。
【実施例】
【0012】
図1は、本発明に係わる飛翔体のレーザ誘導装置の一実施例を説明する図である。この実施例では、目標に向けて照射したレーザ光の反射光を被検出光として用いるセミアクティブ方式のレーザ誘導装置を説明する。
【0013】
図1(a)に示す飛翔体のレーザ誘導装置は、レーザ照射機Aの光送信手段1から目標Tに向けてパルス状のレーザ光LTを照射し、飛翔体Fに搭載した光受信手段2で目標Tからの反射光LRを受信して、反射光LRの判定信号に基づいて飛翔体Fを目標Tに向けて誘導制御する。
【0014】
光送信手段1は、所定の基準時間に基づいてレーザ光LTをパルス状に送信するものであって、GPS衛星等の人工衛星が規則的に発する送信信号を基準時間として用いるようになっており、送信信号を受信する電波受信回路(例えばGPSクロック)11と、電波受信回路11に連動する同期クロック12と、同期クロック12からの指令によりレーザ光LTを送信するレーザ発振器13を備えている。
【0015】
他方、光受信手段2は、光送信手段1と共通の基準時間に基づいて動作制御され、光送信手段1のレーザ光LTの送信タイミングに対応して反射光LRの信号検出を間欠的に行うものであって、光送信手段1と同様に、電波受信回路21及び同期クロック22を備えると共に、光センサを用いて反射光LRを受信する光受信回路23と、同期クロック22を経た基準信号に基づいてゲート信号を間欠的に生成するゲート回路24と、反射光LRの受信信号とゲート信号を入力する信号処理回路25を備えている。
【0016】
信号処理回路25は、ゲート回路24のゲート信号が発生している間に取得した光受信回路23の受信信号を積分するアンプ26と、その積分値を閾値判定して被検出光の判定信号を得る判定回路27を備えており、アンプ26に信号積分型のアンプを用いることでSN比を向上させ、より高精度の信号処理を可能にしている。
【0017】
なお、光送信手段1のレーザ発振器13には、例えばYAGレーザが用いられ、レーザ発信源のほか、送信用の光学系などが含まれている。また、光受信手段2の光受信回路23には、受信用の光学系及び光センサや、光信号を電気信号に変換する電子回路などが含まれている。
【0018】
次に、図1(b)に示す各信号のタイムチャートを用いて、上記構成を備えたレーザ誘導装置の動作を説明する。
【0019】
レーザ照射機Aの光送信手段1及び飛翔体Fの光受信手段2は、人工衛星からの規則的な送信信号を夫々の電波受信回路11,21で受信して、これを共通の基準時間とし、その基準時間に基づいて夫々の動作を行うこととなる。なお、図1(b)では、縦の点線群が基準時間を示し、縦の各点線が一定時間毎の基準時を示す。
【0020】
光送信手段1は、レーザ発振器13から目標Tに向けてレーザ光LTをパルス状に送信する。このとき、レーザ光LTの送信信号S1は、基準時間に基づいて一定間隔であっても良いが、図示例の場合では、初回の基準時から経過時間t1を経た時点で送信を行った後、次の基準時から経過時間t2を経た時点で送信を行い、その後は、二つの経過時間t1,t2を交互に繰り返す送信パターンになっている。
【0021】
光受信手段2は、目標Tに向けて飛翔している飛翔体Fにおいて、光受信回路23で目標Tからの反射光LRを受信して、これを受信信号S2に変換すると共に、ゲート回路24では、光送信手段1と共通の基準時間に基づいてゲート信号S3を間欠的に生成している。このゲート信号S3は、一定の間隔又は送信信号S1の送信タイミングに対応した間隔で生成されるが、いずれの場合でも反射光LRの受信信号S2の受信タイミングが含まれるように一定の幅(時間)を有している。
【0022】
ここで、光受信回路23は、目標Tからの反射光LRだけでなく、太陽光などの光を受信することもある。つまり、図1(b)には反射光LRの受信信号S2のみを示しているが、実際の受信信号S2には経時的に反射光LR以外の信号が含まれる場合がある。
【0023】
これに対して、当該レーザ誘導装置では、光送信手段1と光受信手段2を共通の基準時間に基づいて動作制御し、光受信手段2において上述したゲート信号S3を間欠的に生成しているので、ゲート信号S3が生じている間には必ず目標Tからの反射光LRの受信信号S2が入力されていることになり、換言すれば、目標Tからの反射光LRの受信タイミングに対応してゲート信号S3を間欠的に生成していることになる。
【0024】
そこで、光受信手段2では、信号処理回路25のアンプ26において、受信信号S2とゲート信号S3を入力すると共に、ゲート信号S3が生じている間に取得した反射光LRの受信信号S2を積分(積分信号S4)し、さらに、判定回路27において、受信信号S2の積分値を閾値判定することにより、反射光LRの判定信号S5を得る。
【0025】
このように、レーザ誘導装置は、共通の基準時間に基づいて、光送信手段1によるレーザ光LTのパルス状の送信タイミングと、光受信手段2による反射光LRの間欠的な信号検出タイミングとを同期化しているので、反射光LRの信号検出が容易で且つ確実なものとなる。
【0026】
そして、とくに信号処理においては、送信信号S1、受信信号S2及びゲート信号S3がきわめて短時間のパルスであると共に、ゲート信号S3が生じている間に取得した受信信号S2のみを信号処理するので、ゲート信号S3が生じている間に反射光LR以外の強力な光を受信してこれを信号処理する確率は非常に低く、これにより反射光LR以外の光を大幅に排除することができ、太陽光などによるジャミングを受け難いものとなる。
【0027】
さらに、判定回路27で得た判定信号S5は、飛翔体Fから目標Tまでの距離測定に用いることができる。すなわち、判定信号S5は、光送信手段1の送信信号S1に対して、レーザ照射機Aから目標Tを経て飛翔体Fに至る距離に相当する分だけ時間的に遅れたものとなり、しかも、光送信手段1の送信信号S1が基準時に対して経過時間t1,t2を有するものであるから、これと同様に基準時に対して経過時間T1,T2を有する。
【0028】
そこで、予め、光送信手段1及び光受信手段2に、基準時に対する送信信号S1の初回の経過時間t1を設定し、光送信手段1において、目標Tに向けてレーザ光LTを送信するとともにその反射光LRを受信して、送信と受信の時間差及び光速Cに基づいて目標Tまでの距離Roを測定し、さらに、送信信号S1の経過時間t1,t2が、t2=t1+Ro/Cとなるように設定する。これにより、送信信号S1の経過時間t1,t2は、その時間差にレーザ照射機Aから目標Tまでの距離Roの情報を含むものとなる。
【0029】
一方、飛翔体Fの光受信手段2においては、判定信号S5の経過時間T1,T2の差が送信信号S1の経過時間t1,t2の差と同じであるから、その時間差(T2−T1=Ro/C)によってレーザ照射機Aから目標Tまでの距離Roを判断することができる。
【0030】
また、光受信手段2は、光送信手段1と共通の基準時間に基づいて動作制御され、予め設定された送信信号S1の経過時間t1と判定信号S5の経過時間T1との差、及び光速Cに基づいて、レーザ照射機Aから目標Tを経て飛翔体Fに至る距離(Ro+R)を判断し得るので、送信信号S1の経過時間t1、判定信号S5の経過時間T1、レーザ照射機Aから目標Tまでの距離Ro及び光速Cの関係(T1−t1−Ro/C=R/C)に基づいて、目標Tから飛翔体Fまでの距離Rを判断することができる。
【0031】
さらに、判定信号S5に基づいて飛翔体Fから目標Tまでの距離測定を行う別の方法として、送信信号S1の経過時間t1,t2をt2=t1−2Ro/Cと設定することもできる。この場合にあっても、予め、光送信手段1及び光受信手段2に、送信信号S1の経過時間t1を設定し、光送信手段1において、レーザ照射機Aから目標Tまでの距離Roを測定する。
【0032】
一方、飛翔体Fの光受信手段2では、判定信号S5の経過時間T1,T2の差が送信信号S1の経過時間t1,t2の差と同じであり、また、判定信号S5の経過時間T1,T2の和(T1+T2)が、予め設定した送信信号S1の初回の経過時間t1と、次の経過時間t2(=t1−2Ro/C)と、送信信号S1の初回の経過時間t1と判定信号S5の初回の経過時間T1の差〔T1−t1(=Ro/C+R/C)〕と、送信信号S1の次の経過時間t2と判定信号S5の次の経過時間T2の差〔T2−t2(=Ro/C+R/C)〕の和であるから、以下の式3〜5によって目標Tから飛翔体Fまでの距離Rを求めることができ、より利用しやすいものとなる。
T1+T2=2t1−2Ro/C+2Ro/C+2R/C …式1
T1+T2=2t1+2R/C …式2
∴R/C=〔(T1+T2)/2−t1〕 …式3
【0033】
図2は、本発明に係わる飛翔体のレーザ誘導装置の他の実施例を説明する図である。なお、先の実施例と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【0034】
図示のレーザ誘導装置は、先の実施例では飛翔体Fに光受信手段2の全構成を搭載していたのに対して、飛翔体Fが母機(あるいはランチャー)Mに発射可能に装着してあり、母機Mに、光受信手段2を構成する電波受信回路(例えばGPSクロック)21を備えると共に、飛翔体Fに、光受信手段2を構成する光受信回路23と、ゲート回路24と、アンプ26及び判定回路27から成る信号処理回路25を備え、さらに、先の実施例の同期クロック(22)に代えて発振回路32を備えている。
【0035】
この場合、飛翔体Fの運用時間が短時間(例えば数十秒)であれば、発振回路32は、高精度の水晶発振器(例えば、OCXO:Oven Controlled Xtal Oscillator)を内蔵したものを用いることができ、母機Mと飛翔体Fを分離可能に接続するコネクタ50を介して電波受信回路21に接続してあり、母機Mから飛翔体Fを発射する前に初期化される。
【0036】
上記実施例の場合には、光受信手段2を母機M側と飛翔体F側に分けたことで、飛翔体F側の構造を簡素化することができ、また、母機Mに複数の飛翔体Fを搭載している場合には、各飛翔体Fに対して共通の電波受信回路21を用いることができる。
【0037】
さらに、上記実施例の場合、光送信手段1は、先の実施例と同様に地上等に設置するレーザ照射機(仮想線で示す)Aに備えても良いし、図中に仮想線で示すように母機Mに搭載しても良い。光送信手段1を母機Mに搭載した構成にすれば、光送信手段1の電波受信回路(11)と光受信手段2の電波受信回路11を共通のものにすることができ、構造のさらなる簡素化を実現することができる。
【0038】
なお、上記各実施例のレーザ誘導装置は、例えば所定の地上局からの送信信号を基準時間として用いることも可能であるが、人工衛星の送信信号を共通の基準時間として用いることで、どの地域でも使用することが可能となる。
【0039】
さらに、上記各実施例では、光送信手段1が、二つの経過時間t1,t2を設定してレーザ光LTを送信するものとしたが、経過時間の設定数をより多くすることで不規則的な送信パターンを形成すると共に、光受信手段2において、光送信手段1の送信パターンと同一のパターンで反射光LRの信号検出を行う構成、すなわちレーザ光LTの送信タイミングと反射光LRの信号検出のタイミングとを不規則的なパターンで同期させる構成とすれば、パターンの複雑化に伴って秘匿性がより一層高められる。
【0040】
さらに、上記実施例では、目標Tに向けて送信したレーザ光LTの反射光LRを受信して誘導制御を行う場合を例示したが、当該レーザ誘導装置は、例えば、目標Tに向けて送信したレーザ光の散乱光を被検出光として受信するビームライダー方式の誘導制御にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】本発明に係わる飛翔体のレーザ誘導装置の一実施例を示す説明図(a)及び各信号を説明するタイムチャート(b)である。
【図2】本発明に係わる飛翔体のレーザ誘導装置の他の実施例を示す説明図である。
【図3】従来の飛翔体のレーザ光誘導装置を示す説明図(a)及び各信号を説明するタイムチャート(b)である。
【符号の説明】
【0042】
F 飛翔体
LR 反射光(被検出光)
LT レーザ光
T 目標
1 光送信手段
2 光受信手段
23 光受信回路
24 ゲート回路
25 信号処理回路
11 21 電波受信回路




 

 


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