センサ制御装置
【課題】３次元センサのビーム指向方向やビーム指向範囲を適正に制御して、３次元センサの３次元角度の測位精度を高めることができるセンサ制御装置を得ることを目的とする。
【解決手段】軌道テンプレートと目標の発射諸元パラメータを用いて目標の２次元角度を予測し、その２次元角度の予測値と２次元センサ１により測位された２次元角度の観測値との差異が許容範囲内にあるか否かを判定し、その判定結果が許容範囲内である旨を示す場合、その発射諸元パラメータを用いて目標の３次元位置を予測するようにしたものである。
【解決手段】軌道テンプレートと目標の発射諸元パラメータを用いて目標の２次元角度を予測し、その２次元角度の予測値と２次元センサ１により測位された２次元角度の観測値との差異が許容範囲内にあるか否かを判定し、その判定結果が許容範囲内である旨を示す場合、その発射諸元パラメータを用いて目標の３次元位置を予測するようにしたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、目標の３次元角度を測位する３次元センサを制御するセンサ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のセンサ制御装置は、２次元センサのビーム指向方向やビーム指向範囲を制御するものであり、３次元センサのビーム指向方向やビーム指向範囲を制御するセンサ制御装置は開発されていない（例えば、特許文献１を参照）。
因みに、２次元センサにより測位された目標の仰角と方位角の観測値を、距離、仰角及び方位角を測位する３次元センサの観測値に変換するには、２次元センサと目標間の距離情報が必要であるが、２次元センサは、距離が可観測でなく、仰角と方位角のみを測位するものであるため、従来のセンサ制御装置では、３次元センサのビーム指向方向やビーム指向範囲を制御することができない。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１６０８３２号公報（段落番号［００１８］から［００１９］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のセンサ制御装置は以上のように構成されているので、２次元センサのビーム指向方向やビーム指向範囲を制御することができても、３次元センサのビーム指向方向やビーム指向範囲を制御することができない。このため、レーダ装置が３次元センサを搭載していても、３次元センサのビーム指向方向やビーム指向範囲を適正に制御することができず、目標の３次元角度の測位精度が劣化することがあるなどの課題があった。
【０００５】
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、３次元センサのビーム指向方向やビーム指向範囲を適正に制御して、３次元センサの３次元角度の測位精度を高めることができるセンサ制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るセンサ制御装置は、記憶手段に記憶されている軌道テンプレートと目標の発射諸元情報を用いて目標の２次元角度を予測し、その２次元角度の予測値と２次元センサにより測位された２次元角度の観測値との差異が許容範囲内にあるか否かを判定する予測判定処理を実施する判定手段と、その判定手段の判定結果が許容範囲外である旨を示す場合、その発射諸元情報を更新し、更新後の発射諸元情報を判定手段に出力して、再度の予測判定処理を実施させる一方、判定手段の判定結果が許容範囲内である旨を示す場合、その発射諸元情報を用いて目標の３次元位置を予測する予測手段とを設け、センサ制御手段が３次元センサのビーム指向方向を予測手段により予測された３次元位置に合わせるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、記憶手段に記憶されている軌道テンプレートと目標の発射諸元情報を用いて目標の２次元角度を予測し、その２次元角度の予測値と２次元センサにより測位された２次元角度の観測値との差異が許容範囲内にあるか否かを判定する予測判定処理を実施する判定手段と、その判定手段の判定結果が許容範囲外である旨を示す場合、その発射諸元情報を更新し、更新後の発射諸元情報を判定手段に出力して、再度の予測判定処理を実施させる一方、判定手段の判定結果が許容範囲内である旨を示す場合、その発射諸元情報を用いて目標の３次元位置を予測する予測手段とを設け、センサ制御手段が３次元センサのビーム指向方向を予測手段により予測された３次元位置に合わせるように構成したので、３次元センサのビーム指向方向を適正に制御して、３次元センサの３次元角度の測位精度を高めることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるセンサ制御装置を示す構成図であり、図において、２Ｄセンサ１はビームを目標に照射して、その目標の２次元角度（仰角、方位角）を測位する２次元センサであり、例えば、ＩＲセンサやパッシブレーダなどが該当する。
軌道データベース２は目標の軌道（例えば、目標の発射時刻、高度、ダウンレンジなど）を示す軌道テンプレートを記憶しているメモリである。なお、軌道データベース２は記憶手段を構成している。
【０００９】
同一軌道判定処理部３は軌道データベース２に記憶されている軌道テンプレートと、発射諸元推定処理部４から出力された目標の発射諸元情報である発射諸元パラメータ（例えば、目標の発射点の緯度、経度、高度、右昇天角、赤緯、目標の速度ベクトルのヘディングなど）とを用いて、目標の２次元角度を予測し、その２次元角度の予測値と２Ｄセンサ１により測位された２次元角度の観測値との差異が許容範囲内にあるか否かを判定する予測判定処理を実施する。なお、同一軌道判定処理部３は判定手段を構成している。
【００１０】
発射諸元推定処理部４は同一軌道判定処理部３の判定結果が許容範囲外である旨を示す場合、目標の発射諸元パラメータを更新し、更新後の発射諸元パラメータを同一軌道判定処理部３に出力して、再度の予測判定処理を実施させる一方、同一軌道判定処理部３の判定結果が許容範囲内である旨を示す場合、目標の発射諸元パラメータ（更新されている場合には、更新後の発射諸元パラメータ）を３Ｄ予測位置算出処理部５及び３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６に出力する処理を実施する。
３Ｄ予測位置算出処理部５は発射諸元推定処理部４から出力された目標の発射諸元パラメータを用いて、目標の３次元位置を予測する処理を実施する。
３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６は発射諸元推定処理部４から出力された目標の発射諸元パラメータを用いて、３Ｄセンサ８のビーム指向範囲に相当する目標の３次元位置の誤差共分散行列を演算する処理を実施する。
なお、発射諸元推定処理部４、３Ｄ予測位置算出処理部５及び３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６から予測手段が構成されている。
【００１１】
３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７は３Ｄセンサ８のビーム指向方向を３Ｄ予測位置算出処理部５により予測された３次元位置に合わせるとともに、３Ｄセンサ８のビーム指向範囲を３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６により演算された３次元位置の誤差共分散行列（ビーム指向範囲）に合わせる処理を実施する。なお、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７はセンサ制御手段を構成している。
３Ｄセンサ８はビームを目標に照射して、目標の３次元角度（距離、仰角、方位角）を測位する３次元センサである。
【００１２】
次に動作について説明する。
２Ｄセンサ１は、ビームを目標に照射して、その目標の２次元角度（目標の仰角、方位角）を測位し、目標の仰角と方位角を同一軌道判定処理部３及び発射諸元推定処理部４に出力する。
【００１３】
ここで、図２は２Ｄセンサ１により測位された目標の２次元角度の観測値を示す概念図である。
図において、Ａは目標の真値、Ｂは２Ｄセンサ１により測位された観測値、Ｃは２Ｄセンサ１の観測誤差を表している。
したがって、２Ｄセンサ１により測位された観測値Ｂは、目標の真値Ａに観測誤差Ｃを付加したものに相当する。
【００１４】
図３は２Ｄセンサ１により測位された観測値Ｂに関連する２Ｄ角度観測誤差共分散行列を示す概念図である。
図において、Ａは目標の真値、Ｃ１は２Ｄセンサ１の仰角観測誤差、Ｃ２は２Ｄセンサ１の方位角観測誤差、Ｃ３は２Ｄセンサ１の観測誤差の１σライン（観測誤差のばらつく範囲）を表している。
観測誤差共分散行列は、目標の真値Ａを中心として、仰角観測誤差Ｃ１及び方位角観測誤差Ｃ２を長径又は短径に持つ楕円を表している。
なお、図３の例では、仰角と方位角が観測される場合の２次元の観測誤差共分散行列を示しているが、距離、仰角及び方位角が観測される場合の３次元の観測誤差共分散行列は３次元の楕円体になる。
【００１５】
軌道データベース２は、予め、目標の軌道（例えば、目標の発射時刻、高度、ダウンレンジなど）を示す軌道テンプレートを記憶しており、後述する同一軌道判定処理部３及び発射諸元推定処理部４が軌道データベース２に記憶されている軌道テンプレートを参照する。
ここで、図４は軌道データベース２に記憶されている軌道テンプレートを示すイメージ図である。
図において、Ｅは目標の発射点、Ｆは目標の着地点、Ｇは目標軌道、Ｈは時刻ｄｔにおけるダウンレンジＤＲ（ｄｔ）、Ｉは時刻ｄｔにおける目標の高度Ａｌｔ（ｄｔ）、Ｊは時刻ｄｔにおける目標位置を表している。ただし、ダウンレンジＤＲ（ｄｔ）及び高度Ａｌｔ（ｄｔ）は、時刻ｄｔの関数である。
なお、軌道データベース２には、時刻ｄｔ、ダウンレンジＤＲ（ｄｔ）及び高度Ａｌｔ（ｄｔ）などが組み合わされて構成されている軌道テンプレートが複数記憶されているものとする。
【００１６】
同一軌道判定処理部３は、２Ｄセンサ１から目標の２次元角度の観測値を受けると、軌道データベース２に記憶されている軌道テンプレートを収集するとともに、発射諸元推定処理部４から目標の発射諸元パラメータ（例えば、目標の発射点の緯度、経度、高度、右昇天角、赤緯、目標の速度ベクトルのヘディングなど）を収集する。
ここで、図５は発射諸元パラメータにおける右昇天角、赤緯及び目標の速度ベクトルを示す説明図である。
図５において、ｉ，ｊ，ｋは地心座標における各軸を表しており、ｉは春分点方向の軸、ｋは北方向の軸、ｊはｉ軸及びｊ軸と直交する軸である。地心座標における原点はＯである。
また、ｎ，ｅ，ｕは目標を原点とする北基準直交座標の各軸を表しており、ｎは北方向の軸、ｅ軸は東方向の軸、ｕは天頂方向の軸を表している。目標を原点とする北基準直交座標の原点はＴである。
さらに、Ｏ、Ｍ１、Ｍ２を含む面とｉ軸のなす角を右昇天角αとし、Ｏ、Ｍ１、Ｍ２を含む面内において、ＯＭ１とＯＴのなす角を赤緯δと定義する。
そして、目標の速度ベクトルをＶＴとするとき、速度ベクトルＶＴとｎ軸のなす角をΨと定義する。
【００１７】
同一軌道判定処理部３は、上記のようにして、軌道テンプレートと発射諸元パラメータを収集すると、その軌道テンプレートと発射諸元パラメータを用いて、目標の３次元予測軌道（各時刻における目標の３次元予測位置を示す点の集合）を算出する。なお、軌道テンプレートと発射諸元パラメータを用いて、目標の３次元予測軌道を算出方法は、公知の算出方法であるため詳細な説明を省略する。
同一軌道判定処理部３は、目標の３次元予測軌道を算出すると、その３次元予測軌道を２Ｄセンサ基準の極座標に座標変換することにより、２Ｄセンサ基準の極座標における２次元角度を予測する。
【００１８】
同一軌道判定処理部３は、２Ｄセンサ基準の極座標における２次元角度を予測すると、その２次元角度の予測値と２Ｄセンサ１により測位された２次元角度の観測値との差異が許容範囲内にあるか否かを判定する。
即ち、同一軌道判定処理部３は、最初に、適合度検定に関する下記の式（１）を演算することにより、２次元角度の予測値と２次元角度の観測値との同一性を表す統計量Ｓを求める。
【数１】
【００１９】
式（１）において、Ｅｐ（ｉ）はｉ番目の２Ｄセンサ基準の仰角予測値、Ａｚｐ（ｉ）はｉ番目の２Ｄセンサ基準の方位角予測値、Ｅｏ（ｉ）は２Ｄセンサ１により測位された仰角観測値、Ａｚｏ（ｉ）は２Ｄセンサ１により測位された方位角観測値、σＥ（ｉ）はｉ番目の仰角観測精度、σＡｚ（ｉ）はｉ番目の方位角精度、ｎは適合度検定を行うサンプル数である。
なお、２次元角度の予測値は上記の仰角予測値と方位角予測値からなり、２次元角度の観測値は上記の仰角観測値と方位角観測値からなる。
２次元角度の予測値と２次元角度の観測値とが同一である可能性が高い場合には、統計量Ｓの値が小さくなる。
【００２０】
同一軌道判定処理部３は、上記のようにして統計量Ｓを求めると、その統計量Ｓを予め設定された閾値Ｓｔｈと比較する。
ただし、統計量Ｓは、自由度ｎ−１のカイ２乗分布に従うため、自由度ｎ−１と有意水準を決めて、カイ２乗分布の閾値Ｓｔｈが算出される。
Ｓ≦Ｓｔｈ （２）
【００２１】
同一軌道判定処理部３は、統計量Ｓが閾値Ｓｔｈ以下であって、式（２）が成立すれば、２次元角度の予測値と２Ｄセンサ１により測位された２次元角度の観測値との差異が許容範囲内にあると認定する。
一方、統計量Ｓが閾値Ｓｔｈより大きくて、式（２）が成立しなければ、許容範囲外であると認定して、発射諸元推定処理部４から別の発射諸元パラメータ（発射諸元推定処理部４により更新された発射諸元パラメータ）を収集し、式（２）が成立するまで、繰り返し、更新後の発射諸元パラメータを用いて、式（１）の統計量Ｓを演算する。
【００２２】
なお、同一軌道判定処理部３は、式（２）が成立して、許容範囲内にあると認定すると、発射諸元パラメータの確定信号と、統計量Ｓの算出に使用した２次元角度の予測値及び観測値とを発射諸元推定処理部４に出力する。
一方、式（２）が成立しないで、許容範囲外であると認定すると、別の発射諸元パラメータの送信要求と、統計量Ｓの算出に使用した２次元角度の予測値及び観測値とを発射諸元推定処理部４に出力する。
因みに、２次元角度の予測値及び観測値には、時刻情報が付加されている。
【００２３】
発射諸元推定処理部４は、同一軌道判定処理部３が許容範囲外であると認定して、同一軌道判定処理部３から別の発射諸元パラメータの送信要求と、統計量Ｓの算出に使用した２次元角度の予測値及び観測値とを受けると、前回送信済みの発射諸元パラメータを更新して、更新後の発射諸元パラメータを同一軌道判定処理部３に送信する。
【００２４】
即ち、発射諸元推定処理部４は、同一軌道判定処理部３から別の発射諸元パラメータの送信要求を受けると、下記の式（３）に示すように、前回送信済みの発射諸元パラメータｑｏに、発射諸元パラメータの増分Δｑを加算することにより、新たな発射諸元パラメータｑｎを算出し、新たな発射諸元パラメータｑｎを同一軌道判定処理部３に送信する。
ｑｎ＝ｑｏ＋Δｑ （３）
【００２５】
以下、発射諸元パラメータの増分Δｑの算出処理について説明する。
発射諸元推定処理部４は、下記の式（４）の観測モデルや、下記の式（５）〜式（１２）を用いて、発射諸元パラメータの増分Δｑを最小２乗法によって算出する。
ｚ＝ｈ（ｑ）＋ｖ （４）
式（４）において、ｚは２次元角度の観測値、ｈ（ｑ）は２次元角度の真値、ｖは２次元角度の観測雑音、ｑは発射諸元パラメータの真値である。
【００２６】
ここで、２次元角度の観測値ｚの観測誤差共分散行列Ｒは、下記の式（５）で表される。
【数２】
式（５）において、σＥは仰角観測誤差、σＡｚは方位角観測誤差である。これらの値は、２次元角度の観測値ｚが得られた時刻によって時変する。
【００２７】
また、２次元角度の観測値ｚと、２次元角度の真値ｈ（ｑ）との残差をΔｚと定義し、観測行列をＨと定義する。
ただし、ΔｚはＫサンプリング分の２次元角度の観測値ｚと、２次元角度の真値ｈ（ｑ）との残差を表し、Ｋは１以上の自然数である。
観測行列Ｈは、下記の式（６）によって算出する。
Ｈ＝∂ｈ（ｑ）／∂ｑ （６）
なお、式（６）は、ｈ（ｑ）をｑで偏微分すると、観測行列Ｈが求まることを表している。∂は偏微分の演算子である。
【００２８】
発射諸元パラメータの増分Δｑは、下記の式（７）より求まる。
Δｑ＝（Ｐｑ）ａ （７）
式（７）において、Ｐｑは下記の式（８）で表され、ａは下記の式（９）で表される。
ただし、式（８）のＰｑは発射諸元パラメータの増分Δｑの誤差共分散行列を表している。
Ｐｑ＝｛（Ｈ∧Ｔ）（Ｒ∧−１）Ｈ｝∧−１ （８）
ａ＝（Ｒ∧−１）（Ｈ∧Ｔ）Ｈ｝Δｚ （９）
式（８）（９）において、「∧−１」は行列の逆行列を意味し、記号「∧Ｔ」はベクトル及び行列の転置を意味している。
【００２９】
ここで、Ｋサンプリング分の２次元角度の観測値ｚを想定し、発射諸元パラメータｑの次数をＮとすると、観測行列Ｈは下記の式（１０）のように表すことができる。
【数３】
式（１０）において、ｑ（１）、・・・、ｑ（Ｎ）は、発射諸元パラメータｑの各成分を表している。また、Ｅ（１）は１番目の２次元角度の真値の仰角成分を表し、Ａｚ（１）は１番目の２次元角度の真値の方位角成分を表している。
同様に、Ｅ（Ｋ）はＫ番目の２次元角度の真値の仰角成分を表し、Ａｚ（Ｋ）はＫ番目の２次元角度の真値の方位角成分を表している。
【００３０】
また、式（８）のＰｑのｉ行ｊ列成分Ｐｑ（ｉ，ｊ）は、下記の式（１１）により算出することができる。
【数４】
式（１１）において、σＥ（ｋ）はｋ番目の仰角観測誤差、σＡｚ（ｋ）はｋ番目の方位角観測誤差を表している。
【００３１】
また、式（９）におけるａのｉ番目の成分ａ（ｉ）は、下記の式（１２）により算出することができる。
【数５】
【００３２】
発射諸元推定処理部４は、上記のように、式（４）〜式（１２）を用いて、発射諸元パラメータの増分Δｑを最小２乗法によって算出すると、発射諸元パラメータの増分Δｑを式（３）に代入して、新たな発射諸元パラメータｑｎを算出し、新たな発射諸元パラメータｑｎを同一軌道判定処理部３に送信する。
【００３３】
次に、発射諸元推定処理部４は、同一軌道判定処理部３が許容範囲内であると認定して、同一軌道判定処理部３から発射諸元パラメータの確定信号と、統計量Ｓの算出に使用した２次元角度の予測値及び観測値とを受けると、式（８）を使用して、前回送信済みの発射諸元パラメータ（同一軌道判定処理部３で最後に使用された発射諸元パラメータ）の誤差共分散行列Ｐｑを算出し、その発射諸元パラメータの誤差共分散行列Ｐｑを３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６に出力する。発射諸元パラメータの誤差共分散行列Ｐｑには、時刻情報が付加されている。
また、発射諸元推定処理部４は、前回送信済みの発射諸元パラメータ（同一軌道判定処理部３で最後に使用された発射諸元パラメータ）と、軌道テンプレートと、２Ｄセンサ基準の極座標における２次元角度の予測値とを３Ｄ予測位置算出処理部５に出力する。
【００３４】
３Ｄ予測位置算出処理部５は、発射諸元推定処理部４から前回送信済みの発射諸元パラメータと軌道テンプレートと２次元角度の予測値とを受けると、同一軌道判定処理部３と同様に、その発射諸元パラメータと軌道テンプレートを用いて、目標の３次元予測軌道（各時刻における目標の３次元予測位置を示す点の集合）を算出する。
３Ｄ予測位置算出処理部５は、目標の３次元予測軌道を算出すると、その３次元予測軌道を構成している各時刻における目標の３次元予測位置を２Ｄセンサ基準の極座標に座標変換することにより、各時刻における目標の仰角及び方位角の情報を取得する。
【００３５】
３Ｄ予測位置算出処理部５は、各時刻における目標の仰角及び方位角の情報を取得すると、各時刻における目標の仰角及び方位角の中から、２次元角度の予測値に対応する目標の仰角及び方位角を検索し、その目標の仰角及び方位角の取得元の３次元予測位置を特定する。
３Ｄ予測位置算出処理部５は、上記のようにして、２次元角度の予測値と発射諸元パラメータの両方に対応する３次元予測位置を特定すると、その３次元予測位置を３Ｄセンサ基準の３次元予測位置ｚ３Ｄに座標変換し、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置ｚ３Ｄを３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７に出力する。このとき、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置ｚ３Ｄには時刻情報が付加されている。
【００３６】
ここでは、３Ｄ予測位置算出処理部５が２次元角度の予測値と発射諸元パラメータの両方に対応する３次元予測位置を特定するものについて示したが、同一軌道判定処理部３又は発射諸元推定処理部４が２次元角度の予測値と発射諸元パラメータの両方に対応する３次元予測位置を特定して、３Ｄ予測位置算出処理部５が同一軌道判定処理部３又は発射諸元推定処理部４から２次元角度の予測値と発射諸元パラメータの両方に対応する３次元予測位置を収集するようにしてもよい。
【００３７】
３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６は、発射諸元推定処理部４から発射諸元パラメータの誤差共分散行列Ｐｑを受けると、発射諸元パラメータの誤差共分散行列Ｐｑから目標の発射位置ｚｌ（発射点の緯度、経度、高度）の誤差共分散行列Ｐｌを抽出する。
３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６は、目標の発射位置ｚｌの誤差共分散行列Ｐｌを抽出すると、その発射位置ｚｌの誤差共分散行列Ｐｌを目標の３次元予測軌道に沿って３次元予測位置ｚ３Ｄの時刻まで外挿する。
ただし、３次元予測軌道は、３Ｄ予測位置算出処理部５と同様にして、発射諸元パラメータと軌道テンプレートから算出するようにしてもよいし、同一軌道判定処理部３又は発射諸元推定処理部４から収集するようにしてもよい。
【００３８】
３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６は、発射位置ｚｌの誤差共分散行列Ｐｌを目標の３次元予測軌道に沿って３次元予測位置ｚ３Ｄの時刻まで外挿すると、外挿後の発射位置ｚｌの誤差共分散行列Ｐｌを３Ｄセンサ基準の座標系に座標変換して、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄを算出し、その３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄを３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７に出力する。このとき、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄには時刻情報が付加されている。
なお、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄは、３Ｄセンサ８のビーム指向範囲に相当する。
【００３９】
３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７は、３Ｄ予測位置算出処理部５から３Ｄセンサ基準の３次元予測位置ｚ３Ｄを受け、３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６から３Ｄセンサ基準の３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄを受けると、その３次元予測位置ｚ３Ｄと３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄを用いて、３Ｄセンサ８のビームスケジュールを作成する。
即ち、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７は、３Ｄセンサ８から照射されるビームの中心を３次元予測位置ｚ３Ｄに設定して、３Ｄセンサ８のビーム指向範囲を３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄに設定し、３Ｄセンサ８がビーム指向範囲内を指向するようにビームスケジュールを作成する。
【００４０】
図６は３Ｄセンサ基準の３次元予測位置ｚ３Ｄと、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄと、ビームスケジュールとの関係を示す説明図である。
図６では、発射位置ｚｌの誤差共分散行列Ｐｌを目標の３次元予測軌道に沿って所望の時刻まで外挿することにより、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置ｚ３Ｄと、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄを求める様子を表している。
図６に示すように、３次元予測位置ｚ３Ｄが３Ｄセンサ８のビーム指向方向に相当し、３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄがビーム指向範囲に相当することから、３Ｄセンサ８が３次元予測位置ｚ３Ｄを中心とする３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄの領域内にビームを撃つようにスケジュールが作成される。
【００４１】
３Ｄセンサ８は、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７により作成されたビームスケジュールにしたがってビームを照射して、目標の３次元角度（距離、仰角、方位角）を測位する。
【００４２】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、軌道データベース２に記憶されている軌道テンプレートと目標の発射諸元パラメータを用いて目標の２次元角度を予測し、その２次元角度の予測値と２次元センサ１により測位された２次元角度の観測値との差異が許容範囲内にあるか否かを判定する予測判定処理を実施する同一軌道判定処理部３と、同一軌道判定処理部３の判定結果が許容範囲外である旨を示す場合、その発射諸元パラメータを更新し、更新後の発射諸元パラメータを同一軌道判定処理部３に出力して、再度の予測判定処理を実施させる一方、同一軌道判定処理部３の判定結果が許容範囲内である旨を示す場合、その発射諸元パラメータを用いて目標の３次元位置を予測する予測手段（発射諸元推定処理部４、３Ｄ予測位置算出処理部５）とを設け、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７が３次元センサ８のビーム指向方向を３Ｄ予測位置算出処理部５により予測された３次元位置に合わせるように構成したので、３次元センサ８のビーム指向方向を適正に制御して、３次元センサ８の３次元角度の測位精度を高めることができる効果を奏する。
【００４３】
また、この実施の形態１によれば、同一軌道判定処理部３の判定結果が許容範囲内である旨を示す場合、３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６が発射諸元パラメータの誤差共分散行列Ｐｑから３次元センサ８のビーム指向範囲を演算し、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７が３次元センサ８のビーム指向範囲を３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６により演算されたビーム指向範囲に合わせるように構成したので、３次元センサ８が必要な範囲にビームを照射することができる効果を奏する。
【００４４】
実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２によるセンサ制御装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
ビーム指向範囲制御処理部９は３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７から３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６により算出された３Ｄセンサ基準の３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄに基づいて矩形範囲を設定し、その矩形範囲内の複数個所に３次元センサ８のビーム指向方向が合うように、ビームスケジュールの作成を３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７に指示する。なお、ビーム指向範囲制御処理部９はセンサ制御手段を構成している。
【００４５】
上記実施の形態１では、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７が、３Ｄセンサ８が３次元予測位置ｚ３Ｄを中心とする３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄの領域内にビームを撃つようにスケジュールを作成するものについて示したが、この実施の形態２では、３Ｄセンサ８が実際に照射するビームの位置を具体的に決定するものについて説明する。
【００４６】
ビーム指向範囲制御処理部９は、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７から３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６により算出された３Ｄセンサ基準の３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄを入力する。
ビーム指向範囲制御処理部９は、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄを入力すると、その３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄの座標系を、３Ｄセンサ基準の直交座標から３Ｄセンサ基準の極座標に変換する。
【００４７】
ビーム指向範囲制御処理部９は、上記のようにして座標変換を実施すると、３Ｄセンサ基準の極座標の３Ｄ予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄ＿ＰＯＬについて、代数学における対角化処理を行うことにより、極座標の３Ｄ予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄ＿ＰＯＬにおける固有ベクトルと固有値を算出する。
ビーム指向範囲制御処理部９は、極座標の３Ｄ予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄ＿ＰＯＬにおける固有ベクトルと固有値を算出すると、その固有値の大きさを基準にして、３Ｄセンサ基準の極座標の３Ｄ予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄ＿ＰＯＬを覆う矩形範囲を設定する。
【００４８】
ここで、図８は３Ｄセンサ基準の極座標の３Ｄ予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄ＿ＰＯＬを仰角、方位角から見ている説明図である。
図８において、ｚ３Ｄ＿ＰＯＬは３Ｄセンサ基準の極座標の３次元予測位置、Ｐ３Ｄ＿ＰＯＬは３Ｄセンサ基準の極座標の３次元予測位置誤差共分散行列である。
また、λ１，λ２は３Ｄセンサ基準の極座標の３Ｄ予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄ＿ＰＯＬの固有値、ｕ１，ｕ２は３Ｄセンサ基準の極座標の３Ｄ予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄ＿ＰＯＬの固有ベクトルである。
３Ｄ予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄ＿ＰＯＬの固有値λ１，λ２は矩形の辺の半長径あるいは半短径に相当し、固有ベクトルｕ１，ｕ２は長方形の仰角軸および方位角軸に対する傾きに相当する。
なお、３Ｄセンサ基準の極座標の３Ｄ予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄ＿ＰＯＬを覆う矩形範囲は、点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を結ぶ範囲である。
【００４９】
ビーム指向範囲制御処理部９は、３Ｄセンサ基準の極座標の３Ｄ予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄ＿ＰＯＬを覆う矩形範囲を設定すると、図９に示すように、その矩形範囲に対して、事前に指定された間隔で、仰角方向と方位角方向にメッシュを切り、そのメッシュ同士の交点と、そのメッシュと長方形の各辺との交点を求める（図９の●を参照）。
ビーム指向範囲制御処理部９は、上記のようにして、交点を求めると、その矩形範囲内にある複数の交点にビームが照射されるように、ビームスケジュールの作成を３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７に指示する。
これにより、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７は、例えば、矩形範囲内の交点を順番又は同時にビームを照射するようなビームスケジュールを作成する。
【００５０】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６により算出された３Ｄセンサ基準の３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄに基づいて矩形範囲を設定し、その矩形範囲内の複数個所に３次元センサ８のビーム指向方向を合わせるように構成したので、必要なビーム指向範囲を網羅しつつ、ビームの効率的なリソースマネージメントを行うことができる効果を奏する。
【００５１】
実施の形態３．
図１０はこの発明の実施の形態３によるセンサ制御装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
処理停止制御部１０は３Ｄ予測位置算出処理部５により算出された３Ｄセンサ基準の３次元予測位置ｚ３Ｄを参照して３Ｄセンサ８と目標間の距離を求め、３Ｄセンサ８と目標間の距離が予め設定された距離範囲を逸脱している場合、３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６における誤差共分散行列の算出処理と、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７におけるビームスケジュールの作成処理を停止させる処理を実施する。なお、処理停止制御部１０は処理停止手段を構成している。
【００５２】
上記実施の形態１，２では、３Ｄセンサ８と目標間の距離が長い場合でも、３Ｄセンサ８がビームを目標に照射するものについて示したが、３Ｄセンサ８と目標間の距離が長くなると、３Ｄセンサ８のビームが目標まで届かなくなることがある。この場合には、目標の３次元角度を測位することができないため、３Ｄセンサ８が無駄なビームを照射していることになる。
そこで、この実施の形態３では、３Ｄセンサ８と目標間の距離が予め設定された距離範囲を逸脱すると、３Ｄセンサ８が無駄なビームの照射を行わないようにしている。
【００５３】
具体的には、以下の通りである。
処理停止制御部１０は、３Ｄ予測位置算出処理部５が３Ｄセンサ基準の３次元予測位置ｚ３Ｄを算出すると、その３次元予測位置ｚ３Ｄを参照して、３Ｄセンサ８と目標間の距離を求める。
処理停止制御部１０は、３Ｄセンサ８と目標間の距離と予め設定された距離範囲を比較し、３Ｄセンサ８と目標間の距離が予め設定された距離範囲を逸脱していれば、３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６における誤差共分散行列の算出処理を停止させるとともに、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７におけるビームスケジュールの作成処理を停止させる。
【００５４】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、３Ｄ予測位置算出処理部５により算出された３Ｄセンサ基準の３次元予測位置ｚ３Ｄを参照して３Ｄセンサ８と目標間の距離を求め、３Ｄセンサ８と目標間の距離が予め設定された距離範囲を逸脱している場合、３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６における誤差共分散行列の算出処理と、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７におけるビームスケジュールの作成処理を停止させるように構成したので、無駄な処理を省略することができるようになり、システム全体の処理負荷を軽減することができる効果を奏する。
【００５５】
実施の形態４．
図１１はこの発明の実施の形態４によるセンサ制御装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
ビームスケジュールデータベース１１は事前に設定された３Ｄセンサ８のビーム指向方向とビーム指向範囲を実現するビームスケジュールを記憶しているメモリである。なお、３Ｄセンサ８のビーム指向方向とビーム指向範囲は、事前に２Ｄセンサ１のプラットホームの位置を変えて、３Ｄセンサ８のビームをどの方向に何本撃つかを計算して決められている。
システム計算時間測定処理部１２はセンサ制御装置の各処理部の処理時間（例えば、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７におけるビームスケジュールの作成処理時間、３Ｄ予測位置算出処理部５における３次元予測位置の算出処理時間、３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６における誤差共分散行列の算出処理時間）をそれぞれ測定する。
【００５６】
ビームスケジュール出力処理部１３はシステム計算時間測定処理部１２により測定された何れの処理時間も予め設定された制限時間を越えていなければ、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７により作成されたビームスケジュールにしたがって３Ｄセンサ８のビームを制御し、システム計算時間測定処理部１２により測定された何れかの処理時間が予め設定された制限時間を越えると、ビームスケジュールデータベース１１に記憶されているビームスケジュールにしたがって３Ｄセンサ８のビームを制御する。
なお、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７、ビームスケジュールデータベース１１、システム計算時間測定処理部１２及びビームスケジュール出力処理部１３からセンサ制御手段が構成されている。
【００５７】
上記実施の形態１〜３では、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７により作成されたビームスケジュールにしたがって３Ｄセンサ８のビームを制御するものについて示したが、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７により作成されたビームスケジュール、または、事前に設定されたビームスケジュールにしたがって３Ｄセンサ８のビームを制御するようにしてもよい。
【００５８】
具体的には、以下の通りである。
システム計算時間測定処理部１２は、センサ制御装置の各処理部の処理時間をそれぞれ測定する。
例えば、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７におけるビームスケジュールの作成処理時間、３Ｄ予測位置算出処理部５における３次元予測位置の算出処理時間、３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６における誤差共分散行列の算出処理時間をそれぞれ測定する。
【００５９】
ビームスケジュール出力処理部１３は、システム計算時間測定処理部１２により測定された何れの処理時間も予め設定された制限時間を越えていなければ、上記実施の形態１〜３と同様に、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７により作成されたビームスケジュールにしたがって３Ｄセンサ８のビームを制御する。
しかし、システム計算時間測定処理部１２により測定された何れかの処理時間が予め設定された制限時間を越えている場合、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７により作成されたビームスケジュールでは、想定通りのビーム制御を実施することができず、３Ｄセンサ８における測位精度が劣化することが予想される。
そこで、ビームスケジュール出力処理部１３は、システム計算時間測定処理部１２により測定された何れかの処理時間が予め設定された制限時間を越えた場合には、ビームスケジュールデータベース１１に記憶されているビームスケジュールにしたがって３Ｄセンサ８のビームを制御するようにする。
【００６０】
以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、システム計算時間測定処理部１２により測定された何れの処理時間も予め設定された制限時間を越えていなければ、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７により作成されたビームスケジュールにしたがって３Ｄセンサ８のビームを制御し、システム計算時間測定処理部１２により測定された何れかの処理時間が予め設定された制限時間を越えると、ビームスケジュールデータベース１１に記憶されているビームスケジュールにしたがって３Ｄセンサ８のビームを制御するように構成したので、何らかの原因で何れかの処理時間が予め設定された制限時間を越える状況が発生しても、３Ｄセンサ８の高い測位精度を維持することができる効果を奏する。
【００６１】
実施の形態５．
図１２はこの発明の実施の形態５によるセンサ制御装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
軌道データベース１４は複数の目標軌道（例えば、目標の発射時刻、緯度、経度、高度など）を複数保管しているメモリである。なお、軌道データベース１４は保管手段を構成している。
予測処理部１５は軌道データベース１４に保管されている複数の目標軌道の中から、２Ｄセンサ１により測位された２次元角度の観測値と最も適合する目標軌道を選択して、その目標軌道から目標の３次元位置を予測し、その３次元位置を中心とする所定の範囲の領域内にビームを撃つようにスケジュールを作成する。なお、予測処理部１５は第２予測手段を構成している。
【００６２】
３Ｄセンサビーム制御方法選択処理部１６はオペレータの設定内容にしたがって３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７により作成されたビームスケジュール又は予測処理部１５により作成されたビームスケジュールを選択し、選択したビームスケジュールにしたがって３Ｄセンサ８のビームを制御する。なお、３Ｄセンサビーム制御方法選択処理部１６は選択受付手段を構成している。
【００６３】
次に動作について説明する。
予測処理部１５は、２Ｄセンサ１により測位された２次元角度の観測値を入力すると、軌道データベース１４から複数の目標軌道を収集する。
予測処理部１５は、軌道データベース１４から複数の目標軌道を収集すると、複数の目標軌道の座標変換を実施することにより、複数の目標軌道をそれぞれ２Ｄセンサ基準の２次元角度の予測値に変換する。
【００６４】
予測処理部１５は、上記のようにして、複数の２次元角度の予測値を求めると、適合度検定に関する式（１）を演算することにより、複数の２次元角度の予測値と２Ｄセンサ１により測位された２次元角度の観測値との同一性を表す統計量Ｓを求める。この場合、統計量Ｓは、複数の目標軌道の個数分だけ求める。
予測処理部１５は、複数の統計量Ｓを求めると、最も小さい統計量Ｓを選択し、その統計量Ｓに対応する目標軌道（当該統計量Ｓの演算に用いている２次元角度の予測値に対応する目標軌道）から、２Ｄセンサ１により測位された２次元角度の観測値の時刻に対応する目標の３次元予測位置を算出する。
【００６５】
予測処理部１５は、２次元角度の観測値の時刻に対応する目標の３次元予測位置を算出すると、その３次元予測位置を３Ｄセンサ基準の座標に変換することにより、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置を算出する。なお、目標の発射位置は、最も小さい統計量Ｓに対応する目標軌道から一意に決まる。
予測処理部１５は、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置を算出すると、３Ｄセンサ８がその３次元予測位置を中心とする所定の範囲（事前に設定された３Ｄセンサ８のビーム指向範囲）の領域内にビームを撃つようなスケジュールを作成する。
【００６６】
３Ｄセンサビーム制御方法選択処理部１６は、事前に、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７により作成されたビームスケジュールを用いて、３Ｄセンサ８のビームを制御するのか、予測処理部１５により作成されたビームスケジュールを用いて、３Ｄセンサ８のビームを制御するのかの設定を受け付ける。
３Ｄセンサビーム制御方法選択処理部１６は、オペレータが上記の設定を行うと、オペレータの設定内容にしたがって３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７により作成されたビームスケジュール、または、予測処理部１５により作成されたビームスケジュールを選択し、選択したビームスケジュールにしたがって３Ｄセンサ８のビームを制御する。
【００６７】
以上で明らかなように、この実施の形態５によれば、オペレータの設定内容にしたがって３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７により作成されたビームスケジュール、または、予測処理部１５により作成されたビームスケジュールを選択し、選択したビームスケジュールにしたがって３Ｄセンサ８のビームを制御するように構成したので、例えば、３Ｄ予測位置算出処理部５や３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６の算出処理に多くの時間を要することが予想されるような状況では、オペレータの判断で、予測処理部１５により作成されたビームスケジュールにしたがって３Ｄセンサ８のビームを制御することができるようになり、その結果、システムの抗堪性を高めることができる効果を奏する。
【００６８】
実施の形態６．
図１３はこの発明の実施の形態６によるセンサ制御装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
軌道推定処理部１７は２Ｄセンサ１により測位された２次元角度の観測値からコーストモデルに基づいて目標の３次元予測位置を算出する。なお、軌道推定処理部１７は第３予測手段を構成している。
【００６９】
次に動作について説明する。
図１４は軌道推定処理部１７におけるコーストモデルに基づく３次元予測位置の推定処理を説明するためのイメージ図である。
図１４では、発射点から着地点に移動するロケットのような目標を想定すると、目標の運動をブースト、コースト、リエントリーの３状態に分けられることを示している。
目標には推力、空気抵抗力、重力などの外力が作用し、ブースト時には、外力の中で推力が支配的となり、リエントリー時には、外力の中で空気抵抗力が支配的となる。
また、コースト時には、既にロケットの推進力を使い切って推力が働かなくなり、高度が高くて空気抵抗力の影響が少ないことから、主に外力として、重力が支配的となる。
【００７０】
ここで、推力や空気抵抗力は、目標によって値が大きく異なるが、重力は、どの目標でもほとんど同じであるため、コースト時の目標運動は、下記の式（１３）の運動方程式で表される。
【数６】
式（１３）において、ｒTは図５における目標Ｔの地心座標における位置ベクトルを表し、μは重力定数である。
また、ｒTの符号の上の“・・”は、ｒTの２回微分を表している。
【００７１】
２Ｄセンサ１の位置をｒSとすると、２Ｄセンサ１の位置ｒSは、下記の式（１４）で表される。ただし、２Ｄセンサ１の位置ｒSは既知であるものとする。
【数７】
【００７２】
また、２Ｄセンサ１に対する目標位置をｒとすると、ｒとｒSとｒTの間には、下記の式（１５）の関係式が成立する。
ｒT＝ｒS＋ｒ （１５）
また、２Ｄセンサ１に対する目標位置ｒは、２Ｄセンサ１と目標間の距離、仰角及び方位角から求まる方向余弦を用いると、下記の式（１６）で表される。
ｒ＝ρＬ （１６）
【００７３】
式（１６）におけるρは、下記の式（１７）で表され、式（１６）におけるＬは、下記の式（１８）で表される。
ρ＝｜ｒ｜ （１７）
【数８】
【００７４】
式（１３）〜式（１８）において、ｒT，ｒが未知、ｒS，Ｌが既知であることから、式（１３）〜式（１８）を用いて、ｒTを消去すると、ｒとｒSとＬの関係式が導出され、この関係式を解くと、ｒが求まる。
即ち、２Ｄセンサに対する目標位置ｒは、２Ｄセンサ１により測位された仰角及び方位角の観測値から求まる方向余弦Ｌと、既知である２Ｄセンサ１の位置ｒSとを用いて算出される。
【００７５】
また、２Ｄセンサ１に対する目標位置ｒの算出後、２Ｄセンサ１に対する目標位置ｒと、既知である２Ｄセンサ１の位置ｒSから、式（１５）の関係式を用いて、地心座標における目標位置ｒTである３次元予測位置を算出する。
この３Ｄ予測位置を３Ｄセンサ基準の座標系に座標変換することにより、３Ｄセンサ基準の３Ｄ予測位置が求まる。
【００７６】
軌道推定処理部１７は、最終的に、２Ｄセンサ１から出力されるブースト終了判定を元に、２Ｄセンサ１により測位された仰角及び方位角の観測値から求まる方向余弦Ｌと、既知である２Ｄセンサ１の位置ｒSとから、地心座標における目標位置ｒTを求め、その地心座標における目標位置ｒTを３Ｄセンサ基準の座標系に座標変換することにより、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置を求める。
【００７７】
３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７は、軌道推定処理部１７が３Ｄセンサ基準の３次元予測位置を求めると、その３次元予測位置又は３Ｄ予測位置算出処理部５により算出された３次元予測位置のいずれかを選択し、３Ｄセンサ８がその３次元予測位置を中心とする３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄの領域内にビームを撃つようなスケジュールを作成する。
【００７８】
以上で明らかなように、この実施の形態６によれば、軌道推定処理部１７が２Ｄセンサ１により測位された２次元角度の観測値からコーストモデルに基づいて目標の３次元予測位置を算出し、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７が軌道推定処理部１７により算出された３次元予測位置又は３Ｄ予測位置算出処理部５により算出された３次元予測位置のいずれかを選択してスケジュールを作成するように構成したので、例えば、３Ｄ予測位置算出処理部５の算出処理に多くの時間を要することが予想されるような状況では、軌道推定処理部１７により算出された３次元予測位置にしたがってビームスケジュールを作成することができるようになり、その結果、システムの抗堪性を高めることができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】この発明の実施の形態１によるセンサ制御装置を示す構成図である。
【図２】２Ｄセンサ１により測位された目標の２次元角度の観測値を示す概念図である。
【図３】２Ｄセンサ１により測位された観測値Ｂに関連する２Ｄ角度観測誤差共分散行列を示す概念図である。
【図４】軌道データベース２に記憶されている軌道テンプレートを示すイメージ図である。
【図５】発射諸元パラメータにおける右昇天角、赤緯及び目標の速度ベクトルを示す説明図である。
【図６】３Ｄセンサ基準の３次元予測位置ｚ３Ｄと、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄと、ビームスケジュールとの関係を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態２によるセンサ制御装置を示す構成図である。
【図８】３Ｄセンサ基準の極座標の３Ｄ予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄ＿ＰＯＬを仰角、方位角から見ている説明図である。
【図９】３Ｄセンサ８のビーム指向方向を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態３によるセンサ制御装置を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態４によるセンサ制御装置を示す構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態５によるセンサ制御装置を示す構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態６によるセンサ制御装置を示す構成図である。
【図１４】軌道推定処理部１７におけるコーストモデルに基づく３次元予測位置の推定処理を説明するためのイメージ図である。
【符号の説明】
【００８０】
１ ２Ｄセンサ（２次元センサ）、２ 軌道データベース（記憶手段）、３ 同一軌道判定処理部（判定手段）、４ 発射諸元推定処理部（予測手段）、５ ３Ｄ予測位置算出処理部（予測手段）、６ ３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部（予測手段）、７ ３Ｄセンサビームスケジューリング処理部（センサ制御手段）、８ ３Ｄセンサ（３次元センサ）、９ ビーム指向範囲制御処理部（センサ制御手段）、１０ 処理停止制御部（処理停止手段）、１１ ビームスケジュールデータベース（センサ制御手段）、１２ システム計算時間測定処理部（センサ制御手段）、１３ ビームスケジュール出力処理部（センサ制御手段）、１４ 軌道データベース（保管手段）、１５ 予測処理部（第２予測手段）、１６ ３Ｄセンサビーム制御方法選択処理部（選択受付手段）、１７ 軌道推定処理部（第３予測手段）。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、目標の３次元角度を測位する３次元センサを制御するセンサ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のセンサ制御装置は、２次元センサのビーム指向方向やビーム指向範囲を制御するものであり、３次元センサのビーム指向方向やビーム指向範囲を制御するセンサ制御装置は開発されていない（例えば、特許文献１を参照）。
因みに、２次元センサにより測位された目標の仰角と方位角の観測値を、距離、仰角及び方位角を測位する３次元センサの観測値に変換するには、２次元センサと目標間の距離情報が必要であるが、２次元センサは、距離が可観測でなく、仰角と方位角のみを測位するものであるため、従来のセンサ制御装置では、３次元センサのビーム指向方向やビーム指向範囲を制御することができない。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１６０８３２号公報（段落番号［００１８］から［００１９］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のセンサ制御装置は以上のように構成されているので、２次元センサのビーム指向方向やビーム指向範囲を制御することができても、３次元センサのビーム指向方向やビーム指向範囲を制御することができない。このため、レーダ装置が３次元センサを搭載していても、３次元センサのビーム指向方向やビーム指向範囲を適正に制御することができず、目標の３次元角度の測位精度が劣化することがあるなどの課題があった。
【０００５】
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、３次元センサのビーム指向方向やビーム指向範囲を適正に制御して、３次元センサの３次元角度の測位精度を高めることができるセンサ制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るセンサ制御装置は、記憶手段に記憶されている軌道テンプレートと目標の発射諸元情報を用いて目標の２次元角度を予測し、その２次元角度の予測値と２次元センサにより測位された２次元角度の観測値との差異が許容範囲内にあるか否かを判定する予測判定処理を実施する判定手段と、その判定手段の判定結果が許容範囲外である旨を示す場合、その発射諸元情報を更新し、更新後の発射諸元情報を判定手段に出力して、再度の予測判定処理を実施させる一方、判定手段の判定結果が許容範囲内である旨を示す場合、その発射諸元情報を用いて目標の３次元位置を予測する予測手段とを設け、センサ制御手段が３次元センサのビーム指向方向を予測手段により予測された３次元位置に合わせるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、記憶手段に記憶されている軌道テンプレートと目標の発射諸元情報を用いて目標の２次元角度を予測し、その２次元角度の予測値と２次元センサにより測位された２次元角度の観測値との差異が許容範囲内にあるか否かを判定する予測判定処理を実施する判定手段と、その判定手段の判定結果が許容範囲外である旨を示す場合、その発射諸元情報を更新し、更新後の発射諸元情報を判定手段に出力して、再度の予測判定処理を実施させる一方、判定手段の判定結果が許容範囲内である旨を示す場合、その発射諸元情報を用いて目標の３次元位置を予測する予測手段とを設け、センサ制御手段が３次元センサのビーム指向方向を予測手段により予測された３次元位置に合わせるように構成したので、３次元センサのビーム指向方向を適正に制御して、３次元センサの３次元角度の測位精度を高めることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるセンサ制御装置を示す構成図であり、図において、２Ｄセンサ１はビームを目標に照射して、その目標の２次元角度（仰角、方位角）を測位する２次元センサであり、例えば、ＩＲセンサやパッシブレーダなどが該当する。
軌道データベース２は目標の軌道（例えば、目標の発射時刻、高度、ダウンレンジなど）を示す軌道テンプレートを記憶しているメモリである。なお、軌道データベース２は記憶手段を構成している。
【０００９】
同一軌道判定処理部３は軌道データベース２に記憶されている軌道テンプレートと、発射諸元推定処理部４から出力された目標の発射諸元情報である発射諸元パラメータ（例えば、目標の発射点の緯度、経度、高度、右昇天角、赤緯、目標の速度ベクトルのヘディングなど）とを用いて、目標の２次元角度を予測し、その２次元角度の予測値と２Ｄセンサ１により測位された２次元角度の観測値との差異が許容範囲内にあるか否かを判定する予測判定処理を実施する。なお、同一軌道判定処理部３は判定手段を構成している。
【００１０】
発射諸元推定処理部４は同一軌道判定処理部３の判定結果が許容範囲外である旨を示す場合、目標の発射諸元パラメータを更新し、更新後の発射諸元パラメータを同一軌道判定処理部３に出力して、再度の予測判定処理を実施させる一方、同一軌道判定処理部３の判定結果が許容範囲内である旨を示す場合、目標の発射諸元パラメータ（更新されている場合には、更新後の発射諸元パラメータ）を３Ｄ予測位置算出処理部５及び３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６に出力する処理を実施する。
３Ｄ予測位置算出処理部５は発射諸元推定処理部４から出力された目標の発射諸元パラメータを用いて、目標の３次元位置を予測する処理を実施する。
３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６は発射諸元推定処理部４から出力された目標の発射諸元パラメータを用いて、３Ｄセンサ８のビーム指向範囲に相当する目標の３次元位置の誤差共分散行列を演算する処理を実施する。
なお、発射諸元推定処理部４、３Ｄ予測位置算出処理部５及び３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６から予測手段が構成されている。
【００１１】
３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７は３Ｄセンサ８のビーム指向方向を３Ｄ予測位置算出処理部５により予測された３次元位置に合わせるとともに、３Ｄセンサ８のビーム指向範囲を３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６により演算された３次元位置の誤差共分散行列（ビーム指向範囲）に合わせる処理を実施する。なお、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７はセンサ制御手段を構成している。
３Ｄセンサ８はビームを目標に照射して、目標の３次元角度（距離、仰角、方位角）を測位する３次元センサである。
【００１２】
次に動作について説明する。
２Ｄセンサ１は、ビームを目標に照射して、その目標の２次元角度（目標の仰角、方位角）を測位し、目標の仰角と方位角を同一軌道判定処理部３及び発射諸元推定処理部４に出力する。
【００１３】
ここで、図２は２Ｄセンサ１により測位された目標の２次元角度の観測値を示す概念図である。
図において、Ａは目標の真値、Ｂは２Ｄセンサ１により測位された観測値、Ｃは２Ｄセンサ１の観測誤差を表している。
したがって、２Ｄセンサ１により測位された観測値Ｂは、目標の真値Ａに観測誤差Ｃを付加したものに相当する。
【００１４】
図３は２Ｄセンサ１により測位された観測値Ｂに関連する２Ｄ角度観測誤差共分散行列を示す概念図である。
図において、Ａは目標の真値、Ｃ１は２Ｄセンサ１の仰角観測誤差、Ｃ２は２Ｄセンサ１の方位角観測誤差、Ｃ３は２Ｄセンサ１の観測誤差の１σライン（観測誤差のばらつく範囲）を表している。
観測誤差共分散行列は、目標の真値Ａを中心として、仰角観測誤差Ｃ１及び方位角観測誤差Ｃ２を長径又は短径に持つ楕円を表している。
なお、図３の例では、仰角と方位角が観測される場合の２次元の観測誤差共分散行列を示しているが、距離、仰角及び方位角が観測される場合の３次元の観測誤差共分散行列は３次元の楕円体になる。
【００１５】
軌道データベース２は、予め、目標の軌道（例えば、目標の発射時刻、高度、ダウンレンジなど）を示す軌道テンプレートを記憶しており、後述する同一軌道判定処理部３及び発射諸元推定処理部４が軌道データベース２に記憶されている軌道テンプレートを参照する。
ここで、図４は軌道データベース２に記憶されている軌道テンプレートを示すイメージ図である。
図において、Ｅは目標の発射点、Ｆは目標の着地点、Ｇは目標軌道、Ｈは時刻ｄｔにおけるダウンレンジＤＲ（ｄｔ）、Ｉは時刻ｄｔにおける目標の高度Ａｌｔ（ｄｔ）、Ｊは時刻ｄｔにおける目標位置を表している。ただし、ダウンレンジＤＲ（ｄｔ）及び高度Ａｌｔ（ｄｔ）は、時刻ｄｔの関数である。
なお、軌道データベース２には、時刻ｄｔ、ダウンレンジＤＲ（ｄｔ）及び高度Ａｌｔ（ｄｔ）などが組み合わされて構成されている軌道テンプレートが複数記憶されているものとする。
【００１６】
同一軌道判定処理部３は、２Ｄセンサ１から目標の２次元角度の観測値を受けると、軌道データベース２に記憶されている軌道テンプレートを収集するとともに、発射諸元推定処理部４から目標の発射諸元パラメータ（例えば、目標の発射点の緯度、経度、高度、右昇天角、赤緯、目標の速度ベクトルのヘディングなど）を収集する。
ここで、図５は発射諸元パラメータにおける右昇天角、赤緯及び目標の速度ベクトルを示す説明図である。
図５において、ｉ，ｊ，ｋは地心座標における各軸を表しており、ｉは春分点方向の軸、ｋは北方向の軸、ｊはｉ軸及びｊ軸と直交する軸である。地心座標における原点はＯである。
また、ｎ，ｅ，ｕは目標を原点とする北基準直交座標の各軸を表しており、ｎは北方向の軸、ｅ軸は東方向の軸、ｕは天頂方向の軸を表している。目標を原点とする北基準直交座標の原点はＴである。
さらに、Ｏ、Ｍ１、Ｍ２を含む面とｉ軸のなす角を右昇天角αとし、Ｏ、Ｍ１、Ｍ２を含む面内において、ＯＭ１とＯＴのなす角を赤緯δと定義する。
そして、目標の速度ベクトルをＶＴとするとき、速度ベクトルＶＴとｎ軸のなす角をΨと定義する。
【００１７】
同一軌道判定処理部３は、上記のようにして、軌道テンプレートと発射諸元パラメータを収集すると、その軌道テンプレートと発射諸元パラメータを用いて、目標の３次元予測軌道（各時刻における目標の３次元予測位置を示す点の集合）を算出する。なお、軌道テンプレートと発射諸元パラメータを用いて、目標の３次元予測軌道を算出方法は、公知の算出方法であるため詳細な説明を省略する。
同一軌道判定処理部３は、目標の３次元予測軌道を算出すると、その３次元予測軌道を２Ｄセンサ基準の極座標に座標変換することにより、２Ｄセンサ基準の極座標における２次元角度を予測する。
【００１８】
同一軌道判定処理部３は、２Ｄセンサ基準の極座標における２次元角度を予測すると、その２次元角度の予測値と２Ｄセンサ１により測位された２次元角度の観測値との差異が許容範囲内にあるか否かを判定する。
即ち、同一軌道判定処理部３は、最初に、適合度検定に関する下記の式（１）を演算することにより、２次元角度の予測値と２次元角度の観測値との同一性を表す統計量Ｓを求める。
【数１】
【００１９】
式（１）において、Ｅｐ（ｉ）はｉ番目の２Ｄセンサ基準の仰角予測値、Ａｚｐ（ｉ）はｉ番目の２Ｄセンサ基準の方位角予測値、Ｅｏ（ｉ）は２Ｄセンサ１により測位された仰角観測値、Ａｚｏ（ｉ）は２Ｄセンサ１により測位された方位角観測値、σＥ（ｉ）はｉ番目の仰角観測精度、σＡｚ（ｉ）はｉ番目の方位角精度、ｎは適合度検定を行うサンプル数である。
なお、２次元角度の予測値は上記の仰角予測値と方位角予測値からなり、２次元角度の観測値は上記の仰角観測値と方位角観測値からなる。
２次元角度の予測値と２次元角度の観測値とが同一である可能性が高い場合には、統計量Ｓの値が小さくなる。
【００２０】
同一軌道判定処理部３は、上記のようにして統計量Ｓを求めると、その統計量Ｓを予め設定された閾値Ｓｔｈと比較する。
ただし、統計量Ｓは、自由度ｎ−１のカイ２乗分布に従うため、自由度ｎ−１と有意水準を決めて、カイ２乗分布の閾値Ｓｔｈが算出される。
Ｓ≦Ｓｔｈ （２）
【００２１】
同一軌道判定処理部３は、統計量Ｓが閾値Ｓｔｈ以下であって、式（２）が成立すれば、２次元角度の予測値と２Ｄセンサ１により測位された２次元角度の観測値との差異が許容範囲内にあると認定する。
一方、統計量Ｓが閾値Ｓｔｈより大きくて、式（２）が成立しなければ、許容範囲外であると認定して、発射諸元推定処理部４から別の発射諸元パラメータ（発射諸元推定処理部４により更新された発射諸元パラメータ）を収集し、式（２）が成立するまで、繰り返し、更新後の発射諸元パラメータを用いて、式（１）の統計量Ｓを演算する。
【００２２】
なお、同一軌道判定処理部３は、式（２）が成立して、許容範囲内にあると認定すると、発射諸元パラメータの確定信号と、統計量Ｓの算出に使用した２次元角度の予測値及び観測値とを発射諸元推定処理部４に出力する。
一方、式（２）が成立しないで、許容範囲外であると認定すると、別の発射諸元パラメータの送信要求と、統計量Ｓの算出に使用した２次元角度の予測値及び観測値とを発射諸元推定処理部４に出力する。
因みに、２次元角度の予測値及び観測値には、時刻情報が付加されている。
【００２３】
発射諸元推定処理部４は、同一軌道判定処理部３が許容範囲外であると認定して、同一軌道判定処理部３から別の発射諸元パラメータの送信要求と、統計量Ｓの算出に使用した２次元角度の予測値及び観測値とを受けると、前回送信済みの発射諸元パラメータを更新して、更新後の発射諸元パラメータを同一軌道判定処理部３に送信する。
【００２４】
即ち、発射諸元推定処理部４は、同一軌道判定処理部３から別の発射諸元パラメータの送信要求を受けると、下記の式（３）に示すように、前回送信済みの発射諸元パラメータｑｏに、発射諸元パラメータの増分Δｑを加算することにより、新たな発射諸元パラメータｑｎを算出し、新たな発射諸元パラメータｑｎを同一軌道判定処理部３に送信する。
ｑｎ＝ｑｏ＋Δｑ （３）
【００２５】
以下、発射諸元パラメータの増分Δｑの算出処理について説明する。
発射諸元推定処理部４は、下記の式（４）の観測モデルや、下記の式（５）〜式（１２）を用いて、発射諸元パラメータの増分Δｑを最小２乗法によって算出する。
ｚ＝ｈ（ｑ）＋ｖ （４）
式（４）において、ｚは２次元角度の観測値、ｈ（ｑ）は２次元角度の真値、ｖは２次元角度の観測雑音、ｑは発射諸元パラメータの真値である。
【００２６】
ここで、２次元角度の観測値ｚの観測誤差共分散行列Ｒは、下記の式（５）で表される。
【数２】
式（５）において、σＥは仰角観測誤差、σＡｚは方位角観測誤差である。これらの値は、２次元角度の観測値ｚが得られた時刻によって時変する。
【００２７】
また、２次元角度の観測値ｚと、２次元角度の真値ｈ（ｑ）との残差をΔｚと定義し、観測行列をＨと定義する。
ただし、ΔｚはＫサンプリング分の２次元角度の観測値ｚと、２次元角度の真値ｈ（ｑ）との残差を表し、Ｋは１以上の自然数である。
観測行列Ｈは、下記の式（６）によって算出する。
Ｈ＝∂ｈ（ｑ）／∂ｑ （６）
なお、式（６）は、ｈ（ｑ）をｑで偏微分すると、観測行列Ｈが求まることを表している。∂は偏微分の演算子である。
【００２８】
発射諸元パラメータの増分Δｑは、下記の式（７）より求まる。
Δｑ＝（Ｐｑ）ａ （７）
式（７）において、Ｐｑは下記の式（８）で表され、ａは下記の式（９）で表される。
ただし、式（８）のＰｑは発射諸元パラメータの増分Δｑの誤差共分散行列を表している。
Ｐｑ＝｛（Ｈ∧Ｔ）（Ｒ∧−１）Ｈ｝∧−１ （８）
ａ＝（Ｒ∧−１）（Ｈ∧Ｔ）Ｈ｝Δｚ （９）
式（８）（９）において、「∧−１」は行列の逆行列を意味し、記号「∧Ｔ」はベクトル及び行列の転置を意味している。
【００２９】
ここで、Ｋサンプリング分の２次元角度の観測値ｚを想定し、発射諸元パラメータｑの次数をＮとすると、観測行列Ｈは下記の式（１０）のように表すことができる。
【数３】
式（１０）において、ｑ（１）、・・・、ｑ（Ｎ）は、発射諸元パラメータｑの各成分を表している。また、Ｅ（１）は１番目の２次元角度の真値の仰角成分を表し、Ａｚ（１）は１番目の２次元角度の真値の方位角成分を表している。
同様に、Ｅ（Ｋ）はＫ番目の２次元角度の真値の仰角成分を表し、Ａｚ（Ｋ）はＫ番目の２次元角度の真値の方位角成分を表している。
【００３０】
また、式（８）のＰｑのｉ行ｊ列成分Ｐｑ（ｉ，ｊ）は、下記の式（１１）により算出することができる。
【数４】
式（１１）において、σＥ（ｋ）はｋ番目の仰角観測誤差、σＡｚ（ｋ）はｋ番目の方位角観測誤差を表している。
【００３１】
また、式（９）におけるａのｉ番目の成分ａ（ｉ）は、下記の式（１２）により算出することができる。
【数５】
【００３２】
発射諸元推定処理部４は、上記のように、式（４）〜式（１２）を用いて、発射諸元パラメータの増分Δｑを最小２乗法によって算出すると、発射諸元パラメータの増分Δｑを式（３）に代入して、新たな発射諸元パラメータｑｎを算出し、新たな発射諸元パラメータｑｎを同一軌道判定処理部３に送信する。
【００３３】
次に、発射諸元推定処理部４は、同一軌道判定処理部３が許容範囲内であると認定して、同一軌道判定処理部３から発射諸元パラメータの確定信号と、統計量Ｓの算出に使用した２次元角度の予測値及び観測値とを受けると、式（８）を使用して、前回送信済みの発射諸元パラメータ（同一軌道判定処理部３で最後に使用された発射諸元パラメータ）の誤差共分散行列Ｐｑを算出し、その発射諸元パラメータの誤差共分散行列Ｐｑを３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６に出力する。発射諸元パラメータの誤差共分散行列Ｐｑには、時刻情報が付加されている。
また、発射諸元推定処理部４は、前回送信済みの発射諸元パラメータ（同一軌道判定処理部３で最後に使用された発射諸元パラメータ）と、軌道テンプレートと、２Ｄセンサ基準の極座標における２次元角度の予測値とを３Ｄ予測位置算出処理部５に出力する。
【００３４】
３Ｄ予測位置算出処理部５は、発射諸元推定処理部４から前回送信済みの発射諸元パラメータと軌道テンプレートと２次元角度の予測値とを受けると、同一軌道判定処理部３と同様に、その発射諸元パラメータと軌道テンプレートを用いて、目標の３次元予測軌道（各時刻における目標の３次元予測位置を示す点の集合）を算出する。
３Ｄ予測位置算出処理部５は、目標の３次元予測軌道を算出すると、その３次元予測軌道を構成している各時刻における目標の３次元予測位置を２Ｄセンサ基準の極座標に座標変換することにより、各時刻における目標の仰角及び方位角の情報を取得する。
【００３５】
３Ｄ予測位置算出処理部５は、各時刻における目標の仰角及び方位角の情報を取得すると、各時刻における目標の仰角及び方位角の中から、２次元角度の予測値に対応する目標の仰角及び方位角を検索し、その目標の仰角及び方位角の取得元の３次元予測位置を特定する。
３Ｄ予測位置算出処理部５は、上記のようにして、２次元角度の予測値と発射諸元パラメータの両方に対応する３次元予測位置を特定すると、その３次元予測位置を３Ｄセンサ基準の３次元予測位置ｚ３Ｄに座標変換し、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置ｚ３Ｄを３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７に出力する。このとき、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置ｚ３Ｄには時刻情報が付加されている。
【００３６】
ここでは、３Ｄ予測位置算出処理部５が２次元角度の予測値と発射諸元パラメータの両方に対応する３次元予測位置を特定するものについて示したが、同一軌道判定処理部３又は発射諸元推定処理部４が２次元角度の予測値と発射諸元パラメータの両方に対応する３次元予測位置を特定して、３Ｄ予測位置算出処理部５が同一軌道判定処理部３又は発射諸元推定処理部４から２次元角度の予測値と発射諸元パラメータの両方に対応する３次元予測位置を収集するようにしてもよい。
【００３７】
３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６は、発射諸元推定処理部４から発射諸元パラメータの誤差共分散行列Ｐｑを受けると、発射諸元パラメータの誤差共分散行列Ｐｑから目標の発射位置ｚｌ（発射点の緯度、経度、高度）の誤差共分散行列Ｐｌを抽出する。
３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６は、目標の発射位置ｚｌの誤差共分散行列Ｐｌを抽出すると、その発射位置ｚｌの誤差共分散行列Ｐｌを目標の３次元予測軌道に沿って３次元予測位置ｚ３Ｄの時刻まで外挿する。
ただし、３次元予測軌道は、３Ｄ予測位置算出処理部５と同様にして、発射諸元パラメータと軌道テンプレートから算出するようにしてもよいし、同一軌道判定処理部３又は発射諸元推定処理部４から収集するようにしてもよい。
【００３８】
３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６は、発射位置ｚｌの誤差共分散行列Ｐｌを目標の３次元予測軌道に沿って３次元予測位置ｚ３Ｄの時刻まで外挿すると、外挿後の発射位置ｚｌの誤差共分散行列Ｐｌを３Ｄセンサ基準の座標系に座標変換して、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄを算出し、その３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄを３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７に出力する。このとき、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄには時刻情報が付加されている。
なお、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄは、３Ｄセンサ８のビーム指向範囲に相当する。
【００３９】
３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７は、３Ｄ予測位置算出処理部５から３Ｄセンサ基準の３次元予測位置ｚ３Ｄを受け、３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６から３Ｄセンサ基準の３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄを受けると、その３次元予測位置ｚ３Ｄと３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄを用いて、３Ｄセンサ８のビームスケジュールを作成する。
即ち、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７は、３Ｄセンサ８から照射されるビームの中心を３次元予測位置ｚ３Ｄに設定して、３Ｄセンサ８のビーム指向範囲を３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄに設定し、３Ｄセンサ８がビーム指向範囲内を指向するようにビームスケジュールを作成する。
【００４０】
図６は３Ｄセンサ基準の３次元予測位置ｚ３Ｄと、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄと、ビームスケジュールとの関係を示す説明図である。
図６では、発射位置ｚｌの誤差共分散行列Ｐｌを目標の３次元予測軌道に沿って所望の時刻まで外挿することにより、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置ｚ３Ｄと、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄを求める様子を表している。
図６に示すように、３次元予測位置ｚ３Ｄが３Ｄセンサ８のビーム指向方向に相当し、３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄがビーム指向範囲に相当することから、３Ｄセンサ８が３次元予測位置ｚ３Ｄを中心とする３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄの領域内にビームを撃つようにスケジュールが作成される。
【００４１】
３Ｄセンサ８は、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７により作成されたビームスケジュールにしたがってビームを照射して、目標の３次元角度（距離、仰角、方位角）を測位する。
【００４２】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、軌道データベース２に記憶されている軌道テンプレートと目標の発射諸元パラメータを用いて目標の２次元角度を予測し、その２次元角度の予測値と２次元センサ１により測位された２次元角度の観測値との差異が許容範囲内にあるか否かを判定する予測判定処理を実施する同一軌道判定処理部３と、同一軌道判定処理部３の判定結果が許容範囲外である旨を示す場合、その発射諸元パラメータを更新し、更新後の発射諸元パラメータを同一軌道判定処理部３に出力して、再度の予測判定処理を実施させる一方、同一軌道判定処理部３の判定結果が許容範囲内である旨を示す場合、その発射諸元パラメータを用いて目標の３次元位置を予測する予測手段（発射諸元推定処理部４、３Ｄ予測位置算出処理部５）とを設け、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７が３次元センサ８のビーム指向方向を３Ｄ予測位置算出処理部５により予測された３次元位置に合わせるように構成したので、３次元センサ８のビーム指向方向を適正に制御して、３次元センサ８の３次元角度の測位精度を高めることができる効果を奏する。
【００４３】
また、この実施の形態１によれば、同一軌道判定処理部３の判定結果が許容範囲内である旨を示す場合、３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６が発射諸元パラメータの誤差共分散行列Ｐｑから３次元センサ８のビーム指向範囲を演算し、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７が３次元センサ８のビーム指向範囲を３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６により演算されたビーム指向範囲に合わせるように構成したので、３次元センサ８が必要な範囲にビームを照射することができる効果を奏する。
【００４４】
実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２によるセンサ制御装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
ビーム指向範囲制御処理部９は３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７から３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６により算出された３Ｄセンサ基準の３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄに基づいて矩形範囲を設定し、その矩形範囲内の複数個所に３次元センサ８のビーム指向方向が合うように、ビームスケジュールの作成を３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７に指示する。なお、ビーム指向範囲制御処理部９はセンサ制御手段を構成している。
【００４５】
上記実施の形態１では、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７が、３Ｄセンサ８が３次元予測位置ｚ３Ｄを中心とする３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄの領域内にビームを撃つようにスケジュールを作成するものについて示したが、この実施の形態２では、３Ｄセンサ８が実際に照射するビームの位置を具体的に決定するものについて説明する。
【００４６】
ビーム指向範囲制御処理部９は、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７から３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６により算出された３Ｄセンサ基準の３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄを入力する。
ビーム指向範囲制御処理部９は、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄを入力すると、その３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄの座標系を、３Ｄセンサ基準の直交座標から３Ｄセンサ基準の極座標に変換する。
【００４７】
ビーム指向範囲制御処理部９は、上記のようにして座標変換を実施すると、３Ｄセンサ基準の極座標の３Ｄ予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄ＿ＰＯＬについて、代数学における対角化処理を行うことにより、極座標の３Ｄ予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄ＿ＰＯＬにおける固有ベクトルと固有値を算出する。
ビーム指向範囲制御処理部９は、極座標の３Ｄ予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄ＿ＰＯＬにおける固有ベクトルと固有値を算出すると、その固有値の大きさを基準にして、３Ｄセンサ基準の極座標の３Ｄ予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄ＿ＰＯＬを覆う矩形範囲を設定する。
【００４８】
ここで、図８は３Ｄセンサ基準の極座標の３Ｄ予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄ＿ＰＯＬを仰角、方位角から見ている説明図である。
図８において、ｚ３Ｄ＿ＰＯＬは３Ｄセンサ基準の極座標の３次元予測位置、Ｐ３Ｄ＿ＰＯＬは３Ｄセンサ基準の極座標の３次元予測位置誤差共分散行列である。
また、λ１，λ２は３Ｄセンサ基準の極座標の３Ｄ予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄ＿ＰＯＬの固有値、ｕ１，ｕ２は３Ｄセンサ基準の極座標の３Ｄ予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄ＿ＰＯＬの固有ベクトルである。
３Ｄ予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄ＿ＰＯＬの固有値λ１，λ２は矩形の辺の半長径あるいは半短径に相当し、固有ベクトルｕ１，ｕ２は長方形の仰角軸および方位角軸に対する傾きに相当する。
なお、３Ｄセンサ基準の極座標の３Ｄ予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄ＿ＰＯＬを覆う矩形範囲は、点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を結ぶ範囲である。
【００４９】
ビーム指向範囲制御処理部９は、３Ｄセンサ基準の極座標の３Ｄ予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄ＿ＰＯＬを覆う矩形範囲を設定すると、図９に示すように、その矩形範囲に対して、事前に指定された間隔で、仰角方向と方位角方向にメッシュを切り、そのメッシュ同士の交点と、そのメッシュと長方形の各辺との交点を求める（図９の●を参照）。
ビーム指向範囲制御処理部９は、上記のようにして、交点を求めると、その矩形範囲内にある複数の交点にビームが照射されるように、ビームスケジュールの作成を３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７に指示する。
これにより、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７は、例えば、矩形範囲内の交点を順番又は同時にビームを照射するようなビームスケジュールを作成する。
【００５０】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６により算出された３Ｄセンサ基準の３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄに基づいて矩形範囲を設定し、その矩形範囲内の複数個所に３次元センサ８のビーム指向方向を合わせるように構成したので、必要なビーム指向範囲を網羅しつつ、ビームの効率的なリソースマネージメントを行うことができる効果を奏する。
【００５１】
実施の形態３．
図１０はこの発明の実施の形態３によるセンサ制御装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
処理停止制御部１０は３Ｄ予測位置算出処理部５により算出された３Ｄセンサ基準の３次元予測位置ｚ３Ｄを参照して３Ｄセンサ８と目標間の距離を求め、３Ｄセンサ８と目標間の距離が予め設定された距離範囲を逸脱している場合、３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６における誤差共分散行列の算出処理と、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７におけるビームスケジュールの作成処理を停止させる処理を実施する。なお、処理停止制御部１０は処理停止手段を構成している。
【００５２】
上記実施の形態１，２では、３Ｄセンサ８と目標間の距離が長い場合でも、３Ｄセンサ８がビームを目標に照射するものについて示したが、３Ｄセンサ８と目標間の距離が長くなると、３Ｄセンサ８のビームが目標まで届かなくなることがある。この場合には、目標の３次元角度を測位することができないため、３Ｄセンサ８が無駄なビームを照射していることになる。
そこで、この実施の形態３では、３Ｄセンサ８と目標間の距離が予め設定された距離範囲を逸脱すると、３Ｄセンサ８が無駄なビームの照射を行わないようにしている。
【００５３】
具体的には、以下の通りである。
処理停止制御部１０は、３Ｄ予測位置算出処理部５が３Ｄセンサ基準の３次元予測位置ｚ３Ｄを算出すると、その３次元予測位置ｚ３Ｄを参照して、３Ｄセンサ８と目標間の距離を求める。
処理停止制御部１０は、３Ｄセンサ８と目標間の距離と予め設定された距離範囲を比較し、３Ｄセンサ８と目標間の距離が予め設定された距離範囲を逸脱していれば、３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６における誤差共分散行列の算出処理を停止させるとともに、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７におけるビームスケジュールの作成処理を停止させる。
【００５４】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、３Ｄ予測位置算出処理部５により算出された３Ｄセンサ基準の３次元予測位置ｚ３Ｄを参照して３Ｄセンサ８と目標間の距離を求め、３Ｄセンサ８と目標間の距離が予め設定された距離範囲を逸脱している場合、３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６における誤差共分散行列の算出処理と、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７におけるビームスケジュールの作成処理を停止させるように構成したので、無駄な処理を省略することができるようになり、システム全体の処理負荷を軽減することができる効果を奏する。
【００５５】
実施の形態４．
図１１はこの発明の実施の形態４によるセンサ制御装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
ビームスケジュールデータベース１１は事前に設定された３Ｄセンサ８のビーム指向方向とビーム指向範囲を実現するビームスケジュールを記憶しているメモリである。なお、３Ｄセンサ８のビーム指向方向とビーム指向範囲は、事前に２Ｄセンサ１のプラットホームの位置を変えて、３Ｄセンサ８のビームをどの方向に何本撃つかを計算して決められている。
システム計算時間測定処理部１２はセンサ制御装置の各処理部の処理時間（例えば、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７におけるビームスケジュールの作成処理時間、３Ｄ予測位置算出処理部５における３次元予測位置の算出処理時間、３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６における誤差共分散行列の算出処理時間）をそれぞれ測定する。
【００５６】
ビームスケジュール出力処理部１３はシステム計算時間測定処理部１２により測定された何れの処理時間も予め設定された制限時間を越えていなければ、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７により作成されたビームスケジュールにしたがって３Ｄセンサ８のビームを制御し、システム計算時間測定処理部１２により測定された何れかの処理時間が予め設定された制限時間を越えると、ビームスケジュールデータベース１１に記憶されているビームスケジュールにしたがって３Ｄセンサ８のビームを制御する。
なお、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７、ビームスケジュールデータベース１１、システム計算時間測定処理部１２及びビームスケジュール出力処理部１３からセンサ制御手段が構成されている。
【００５７】
上記実施の形態１〜３では、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７により作成されたビームスケジュールにしたがって３Ｄセンサ８のビームを制御するものについて示したが、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７により作成されたビームスケジュール、または、事前に設定されたビームスケジュールにしたがって３Ｄセンサ８のビームを制御するようにしてもよい。
【００５８】
具体的には、以下の通りである。
システム計算時間測定処理部１２は、センサ制御装置の各処理部の処理時間をそれぞれ測定する。
例えば、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７におけるビームスケジュールの作成処理時間、３Ｄ予測位置算出処理部５における３次元予測位置の算出処理時間、３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６における誤差共分散行列の算出処理時間をそれぞれ測定する。
【００５９】
ビームスケジュール出力処理部１３は、システム計算時間測定処理部１２により測定された何れの処理時間も予め設定された制限時間を越えていなければ、上記実施の形態１〜３と同様に、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７により作成されたビームスケジュールにしたがって３Ｄセンサ８のビームを制御する。
しかし、システム計算時間測定処理部１２により測定された何れかの処理時間が予め設定された制限時間を越えている場合、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７により作成されたビームスケジュールでは、想定通りのビーム制御を実施することができず、３Ｄセンサ８における測位精度が劣化することが予想される。
そこで、ビームスケジュール出力処理部１３は、システム計算時間測定処理部１２により測定された何れかの処理時間が予め設定された制限時間を越えた場合には、ビームスケジュールデータベース１１に記憶されているビームスケジュールにしたがって３Ｄセンサ８のビームを制御するようにする。
【００６０】
以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、システム計算時間測定処理部１２により測定された何れの処理時間も予め設定された制限時間を越えていなければ、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７により作成されたビームスケジュールにしたがって３Ｄセンサ８のビームを制御し、システム計算時間測定処理部１２により測定された何れかの処理時間が予め設定された制限時間を越えると、ビームスケジュールデータベース１１に記憶されているビームスケジュールにしたがって３Ｄセンサ８のビームを制御するように構成したので、何らかの原因で何れかの処理時間が予め設定された制限時間を越える状況が発生しても、３Ｄセンサ８の高い測位精度を維持することができる効果を奏する。
【００６１】
実施の形態５．
図１２はこの発明の実施の形態５によるセンサ制御装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
軌道データベース１４は複数の目標軌道（例えば、目標の発射時刻、緯度、経度、高度など）を複数保管しているメモリである。なお、軌道データベース１４は保管手段を構成している。
予測処理部１５は軌道データベース１４に保管されている複数の目標軌道の中から、２Ｄセンサ１により測位された２次元角度の観測値と最も適合する目標軌道を選択して、その目標軌道から目標の３次元位置を予測し、その３次元位置を中心とする所定の範囲の領域内にビームを撃つようにスケジュールを作成する。なお、予測処理部１５は第２予測手段を構成している。
【００６２】
３Ｄセンサビーム制御方法選択処理部１６はオペレータの設定内容にしたがって３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７により作成されたビームスケジュール又は予測処理部１５により作成されたビームスケジュールを選択し、選択したビームスケジュールにしたがって３Ｄセンサ８のビームを制御する。なお、３Ｄセンサビーム制御方法選択処理部１６は選択受付手段を構成している。
【００６３】
次に動作について説明する。
予測処理部１５は、２Ｄセンサ１により測位された２次元角度の観測値を入力すると、軌道データベース１４から複数の目標軌道を収集する。
予測処理部１５は、軌道データベース１４から複数の目標軌道を収集すると、複数の目標軌道の座標変換を実施することにより、複数の目標軌道をそれぞれ２Ｄセンサ基準の２次元角度の予測値に変換する。
【００６４】
予測処理部１５は、上記のようにして、複数の２次元角度の予測値を求めると、適合度検定に関する式（１）を演算することにより、複数の２次元角度の予測値と２Ｄセンサ１により測位された２次元角度の観測値との同一性を表す統計量Ｓを求める。この場合、統計量Ｓは、複数の目標軌道の個数分だけ求める。
予測処理部１５は、複数の統計量Ｓを求めると、最も小さい統計量Ｓを選択し、その統計量Ｓに対応する目標軌道（当該統計量Ｓの演算に用いている２次元角度の予測値に対応する目標軌道）から、２Ｄセンサ１により測位された２次元角度の観測値の時刻に対応する目標の３次元予測位置を算出する。
【００６５】
予測処理部１５は、２次元角度の観測値の時刻に対応する目標の３次元予測位置を算出すると、その３次元予測位置を３Ｄセンサ基準の座標に変換することにより、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置を算出する。なお、目標の発射位置は、最も小さい統計量Ｓに対応する目標軌道から一意に決まる。
予測処理部１５は、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置を算出すると、３Ｄセンサ８がその３次元予測位置を中心とする所定の範囲（事前に設定された３Ｄセンサ８のビーム指向範囲）の領域内にビームを撃つようなスケジュールを作成する。
【００６６】
３Ｄセンサビーム制御方法選択処理部１６は、事前に、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７により作成されたビームスケジュールを用いて、３Ｄセンサ８のビームを制御するのか、予測処理部１５により作成されたビームスケジュールを用いて、３Ｄセンサ８のビームを制御するのかの設定を受け付ける。
３Ｄセンサビーム制御方法選択処理部１６は、オペレータが上記の設定を行うと、オペレータの設定内容にしたがって３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７により作成されたビームスケジュール、または、予測処理部１５により作成されたビームスケジュールを選択し、選択したビームスケジュールにしたがって３Ｄセンサ８のビームを制御する。
【００６７】
以上で明らかなように、この実施の形態５によれば、オペレータの設定内容にしたがって３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７により作成されたビームスケジュール、または、予測処理部１５により作成されたビームスケジュールを選択し、選択したビームスケジュールにしたがって３Ｄセンサ８のビームを制御するように構成したので、例えば、３Ｄ予測位置算出処理部５や３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部６の算出処理に多くの時間を要することが予想されるような状況では、オペレータの判断で、予測処理部１５により作成されたビームスケジュールにしたがって３Ｄセンサ８のビームを制御することができるようになり、その結果、システムの抗堪性を高めることができる効果を奏する。
【００６８】
実施の形態６．
図１３はこの発明の実施の形態６によるセンサ制御装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
軌道推定処理部１７は２Ｄセンサ１により測位された２次元角度の観測値からコーストモデルに基づいて目標の３次元予測位置を算出する。なお、軌道推定処理部１７は第３予測手段を構成している。
【００６９】
次に動作について説明する。
図１４は軌道推定処理部１７におけるコーストモデルに基づく３次元予測位置の推定処理を説明するためのイメージ図である。
図１４では、発射点から着地点に移動するロケットのような目標を想定すると、目標の運動をブースト、コースト、リエントリーの３状態に分けられることを示している。
目標には推力、空気抵抗力、重力などの外力が作用し、ブースト時には、外力の中で推力が支配的となり、リエントリー時には、外力の中で空気抵抗力が支配的となる。
また、コースト時には、既にロケットの推進力を使い切って推力が働かなくなり、高度が高くて空気抵抗力の影響が少ないことから、主に外力として、重力が支配的となる。
【００７０】
ここで、推力や空気抵抗力は、目標によって値が大きく異なるが、重力は、どの目標でもほとんど同じであるため、コースト時の目標運動は、下記の式（１３）の運動方程式で表される。
【数６】
式（１３）において、ｒTは図５における目標Ｔの地心座標における位置ベクトルを表し、μは重力定数である。
また、ｒTの符号の上の“・・”は、ｒTの２回微分を表している。
【００７１】
２Ｄセンサ１の位置をｒSとすると、２Ｄセンサ１の位置ｒSは、下記の式（１４）で表される。ただし、２Ｄセンサ１の位置ｒSは既知であるものとする。
【数７】
【００７２】
また、２Ｄセンサ１に対する目標位置をｒとすると、ｒとｒSとｒTの間には、下記の式（１５）の関係式が成立する。
ｒT＝ｒS＋ｒ （１５）
また、２Ｄセンサ１に対する目標位置ｒは、２Ｄセンサ１と目標間の距離、仰角及び方位角から求まる方向余弦を用いると、下記の式（１６）で表される。
ｒ＝ρＬ （１６）
【００７３】
式（１６）におけるρは、下記の式（１７）で表され、式（１６）におけるＬは、下記の式（１８）で表される。
ρ＝｜ｒ｜ （１７）
【数８】
【００７４】
式（１３）〜式（１８）において、ｒT，ｒが未知、ｒS，Ｌが既知であることから、式（１３）〜式（１８）を用いて、ｒTを消去すると、ｒとｒSとＬの関係式が導出され、この関係式を解くと、ｒが求まる。
即ち、２Ｄセンサに対する目標位置ｒは、２Ｄセンサ１により測位された仰角及び方位角の観測値から求まる方向余弦Ｌと、既知である２Ｄセンサ１の位置ｒSとを用いて算出される。
【００７５】
また、２Ｄセンサ１に対する目標位置ｒの算出後、２Ｄセンサ１に対する目標位置ｒと、既知である２Ｄセンサ１の位置ｒSから、式（１５）の関係式を用いて、地心座標における目標位置ｒTである３次元予測位置を算出する。
この３Ｄ予測位置を３Ｄセンサ基準の座標系に座標変換することにより、３Ｄセンサ基準の３Ｄ予測位置が求まる。
【００７６】
軌道推定処理部１７は、最終的に、２Ｄセンサ１から出力されるブースト終了判定を元に、２Ｄセンサ１により測位された仰角及び方位角の観測値から求まる方向余弦Ｌと、既知である２Ｄセンサ１の位置ｒSとから、地心座標における目標位置ｒTを求め、その地心座標における目標位置ｒTを３Ｄセンサ基準の座標系に座標変換することにより、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置を求める。
【００７７】
３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７は、軌道推定処理部１７が３Ｄセンサ基準の３次元予測位置を求めると、その３次元予測位置又は３Ｄ予測位置算出処理部５により算出された３次元予測位置のいずれかを選択し、３Ｄセンサ８がその３次元予測位置を中心とする３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄの領域内にビームを撃つようなスケジュールを作成する。
【００７８】
以上で明らかなように、この実施の形態６によれば、軌道推定処理部１７が２Ｄセンサ１により測位された２次元角度の観測値からコーストモデルに基づいて目標の３次元予測位置を算出し、３Ｄセンサビームスケジューリング処理部７が軌道推定処理部１７により算出された３次元予測位置又は３Ｄ予測位置算出処理部５により算出された３次元予測位置のいずれかを選択してスケジュールを作成するように構成したので、例えば、３Ｄ予測位置算出処理部５の算出処理に多くの時間を要することが予想されるような状況では、軌道推定処理部１７により算出された３次元予測位置にしたがってビームスケジュールを作成することができるようになり、その結果、システムの抗堪性を高めることができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】この発明の実施の形態１によるセンサ制御装置を示す構成図である。
【図２】２Ｄセンサ１により測位された目標の２次元角度の観測値を示す概念図である。
【図３】２Ｄセンサ１により測位された観測値Ｂに関連する２Ｄ角度観測誤差共分散行列を示す概念図である。
【図４】軌道データベース２に記憶されている軌道テンプレートを示すイメージ図である。
【図５】発射諸元パラメータにおける右昇天角、赤緯及び目標の速度ベクトルを示す説明図である。
【図６】３Ｄセンサ基準の３次元予測位置ｚ３Ｄと、３Ｄセンサ基準の３次元予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄと、ビームスケジュールとの関係を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態２によるセンサ制御装置を示す構成図である。
【図８】３Ｄセンサ基準の極座標の３Ｄ予測位置誤差共分散行列Ｐ３Ｄ＿ＰＯＬを仰角、方位角から見ている説明図である。
【図９】３Ｄセンサ８のビーム指向方向を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態３によるセンサ制御装置を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態４によるセンサ制御装置を示す構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態５によるセンサ制御装置を示す構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態６によるセンサ制御装置を示す構成図である。
【図１４】軌道推定処理部１７におけるコーストモデルに基づく３次元予測位置の推定処理を説明するためのイメージ図である。
【符号の説明】
【００８０】
１ ２Ｄセンサ（２次元センサ）、２ 軌道データベース（記憶手段）、３ 同一軌道判定処理部（判定手段）、４ 発射諸元推定処理部（予測手段）、５ ３Ｄ予測位置算出処理部（予測手段）、６ ３Ｄ予測位置誤差共分散行列算出処理部（予測手段）、７ ３Ｄセンサビームスケジューリング処理部（センサ制御手段）、８ ３Ｄセンサ（３次元センサ）、９ ビーム指向範囲制御処理部（センサ制御手段）、１０ 処理停止制御部（処理停止手段）、１１ ビームスケジュールデータベース（センサ制御手段）、１２ システム計算時間測定処理部（センサ制御手段）、１３ ビームスケジュール出力処理部（センサ制御手段）、１４ 軌道データベース（保管手段）、１５ 予測処理部（第２予測手段）、１６ ３Ｄセンサビーム制御方法選択処理部（選択受付手段）、１７ 軌道推定処理部（第３予測手段）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームを目標に照射して、上記目標の２次元角度を測位する２次元センサと、上記目標の軌道を示す軌道テンプレートを記憶している記憶手段と、上記記憶手段に記憶されている軌道テンプレートと上記目標の発射諸元情報を用いて上記目標の２次元角度を予測し、上記２次元角度の予測値と上記２次元センサにより測位された２次元角度の観測値との差異が許容範囲内にあるか否かを判定する予測判定処理を実施する判定手段と、上記判定手段の判定結果が許容範囲外である旨を示す場合、上記発射諸元情報を更新し、更新後の発射諸元情報を上記判定手段に出力して、再度の予測判定処理を実施させる一方、上記判定手段の判定結果が許容範囲内である旨を示す場合、上記発射諸元情報を用いて上記目標の３次元位置を予測する予測手段と、ビームを上記目標に照射して、上記目標の３次元角度を測位する３次元センサのビーム指向方向を上記予測手段により予測された３次元位置に合わせるセンサ制御手段とを備えたセンサ制御装置。
【請求項２】
予測手段は、判定手段の判定結果が許容範囲内である旨を示す場合、目標の発射諸元情報を用いて３次元センサのビーム指向範囲を演算し、センサ制御手段は、上記３次元センサのビーム指向範囲を上記予測手段により演算されたビーム指向範囲に合わせることを特徴とする請求項１記載のセンサ制御装置。
【請求項３】
センサ制御手段は、３次元センサのビーム指向方向を予測手段により演算されたビーム指向範囲内の複数個所に合わせることを特徴とする請求項２記載のセンサ制御装置。
【請求項４】
予測手段により予測された３次元位置から３次元センサと目標間の距離を求め、上記３次元センサと目標間の距離が予め設定された距離範囲を逸脱している場合、予測手段及びセンサ制御手段の処理を停止させる処理停止手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のセンサ制御装置。
【請求項５】
センサ制御手段は、判定手段及び予測手段の処理時間をそれぞれ測定し、いずれかの処理時間が予め設定された制限時間を越えると、３次元センサのビーム指向方向を事前に設定された３次元位置に合わせるとともに、上記３次元センサのビーム指向範囲を事前に設定されたビーム指向範囲に合わせることを特徴とする請求項２記載のセンサ制御装置。
【請求項６】
複数の目標軌道を保管している保管手段と、上記保管手段に保管されている複数の目標軌道の中から、２次元センサにより測位された２次元角度の観測値と最も適合する目標軌道を選択し、上記目標軌道から目標の３次元位置を予測する第２予測手段と、予測手段により予測された３次元位置又は上記第２予測手段より予測された３次元位置のいずれかの選択を受け付けて、３次元センサのビーム指向方向を選択した３次元位置に合わせる選択受付手段とを設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のセンサ制御装置。
【請求項７】
２次元センサにより測位された２次元角度の観測値からコーストモデルに基づいて目標の３次元位置を予測する第３予測手段を設け、センサ制御手段が３次元センサのビーム指向方向を予測手段により予測された３次元位置又は上記第３予測手段により予測された３次元位置に合わせることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のセンサ制御装置。
【請求項１】
ビームを目標に照射して、上記目標の２次元角度を測位する２次元センサと、上記目標の軌道を示す軌道テンプレートを記憶している記憶手段と、上記記憶手段に記憶されている軌道テンプレートと上記目標の発射諸元情報を用いて上記目標の２次元角度を予測し、上記２次元角度の予測値と上記２次元センサにより測位された２次元角度の観測値との差異が許容範囲内にあるか否かを判定する予測判定処理を実施する判定手段と、上記判定手段の判定結果が許容範囲外である旨を示す場合、上記発射諸元情報を更新し、更新後の発射諸元情報を上記判定手段に出力して、再度の予測判定処理を実施させる一方、上記判定手段の判定結果が許容範囲内である旨を示す場合、上記発射諸元情報を用いて上記目標の３次元位置を予測する予測手段と、ビームを上記目標に照射して、上記目標の３次元角度を測位する３次元センサのビーム指向方向を上記予測手段により予測された３次元位置に合わせるセンサ制御手段とを備えたセンサ制御装置。
【請求項２】
予測手段は、判定手段の判定結果が許容範囲内である旨を示す場合、目標の発射諸元情報を用いて３次元センサのビーム指向範囲を演算し、センサ制御手段は、上記３次元センサのビーム指向範囲を上記予測手段により演算されたビーム指向範囲に合わせることを特徴とする請求項１記載のセンサ制御装置。
【請求項３】
センサ制御手段は、３次元センサのビーム指向方向を予測手段により演算されたビーム指向範囲内の複数個所に合わせることを特徴とする請求項２記載のセンサ制御装置。
【請求項４】
予測手段により予測された３次元位置から３次元センサと目標間の距離を求め、上記３次元センサと目標間の距離が予め設定された距離範囲を逸脱している場合、予測手段及びセンサ制御手段の処理を停止させる処理停止手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のセンサ制御装置。
【請求項５】
センサ制御手段は、判定手段及び予測手段の処理時間をそれぞれ測定し、いずれかの処理時間が予め設定された制限時間を越えると、３次元センサのビーム指向方向を事前に設定された３次元位置に合わせるとともに、上記３次元センサのビーム指向範囲を事前に設定されたビーム指向範囲に合わせることを特徴とする請求項２記載のセンサ制御装置。
【請求項６】
複数の目標軌道を保管している保管手段と、上記保管手段に保管されている複数の目標軌道の中から、２次元センサにより測位された２次元角度の観測値と最も適合する目標軌道を選択し、上記目標軌道から目標の３次元位置を予測する第２予測手段と、予測手段により予測された３次元位置又は上記第２予測手段より予測された３次元位置のいずれかの選択を受け付けて、３次元センサのビーム指向方向を選択した３次元位置に合わせる選択受付手段とを設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のセンサ制御装置。
【請求項７】
２次元センサにより測位された２次元角度の観測値からコーストモデルに基づいて目標の３次元位置を予測する第３予測手段を設け、センサ制御手段が３次元センサのビーム指向方向を予測手段により予測された３次元位置又は上記第３予測手段により予測された３次元位置に合わせることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のセンサ制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−１０２０３３（Ｐ２００８−１０２０３３Ａ）
【公開日】平成２０年５月１日（２００８．５．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２８５２６５（Ｐ２００６−２８５２６５）
【出願日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月１日（２００８．５．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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