飛翔体、飛翔体の飛翔方法及びコンピュータプログラム
【課題】目標の周りの電波の散乱強度が強い方向から、飛翔体をこの目標に接近させることが可能な飛翔体を提供する。
【解決手段】操舵装置１２と、目標機２にて反射される電波の反射波を受信する受信部７と、この検波出力から目標機２を捕捉して追跡し、目標方向への測角信号を計算する目標検出器８と、慣性装置１３と、飛翔位置及び飛翔速度と予め記憶した目標機２の初期位置及び初期速度とに基づき目標機２の位置及び速度を計算し飛翔体３と目標機２との会合点の方向に向かう飛翔経路を推定演算する方向推定器９と、誘導計算を行って操舵装置１２に対する操舵信号を出力する誘導処理器１１とを備え、方向推定器９は目標位置及び電波送信源１を含み地表に垂直な面Ａ上で散乱波の散乱強度が強い方向に延びる直線Ｄを求め、直線Ｄと目標機２の位置とに基づき飛翔体３の通過点を算出し、誘導処理器１１はこの通過点についての操舵信号を計算する。
【解決手段】操舵装置１２と、目標機２にて反射される電波の反射波を受信する受信部７と、この検波出力から目標機２を捕捉して追跡し、目標方向への測角信号を計算する目標検出器８と、慣性装置１３と、飛翔位置及び飛翔速度と予め記憶した目標機２の初期位置及び初期速度とに基づき目標機２の位置及び速度を計算し飛翔体３と目標機２との会合点の方向に向かう飛翔経路を推定演算する方向推定器９と、誘導計算を行って操舵装置１２に対する操舵信号を出力する誘導処理器１１とを備え、方向推定器９は目標位置及び電波送信源１を含み地表に垂直な面Ａ上で散乱波の散乱強度が強い方向に延びる直線Ｄを求め、直線Ｄと目標機２の位置とに基づき飛翔体３の通過点を算出し、誘導処理器１１はこの通過点についての操舵信号を計算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛翔体、飛翔体の飛翔方法及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電波を使用して目標を検出、追跡する飛翔体においては、目標に電波を照射して自らの方向に戻ってくる電波を検出し追跡を実現している。飛翔体が移動目標を捕捉追跡する機能を持つ場合、地上に設けられた電波送信源がレーダ波を送信すると、この飛翔体は目標において反射されたレーダ反射波を受信検波し目標検出判定を行い、この目標への飛翔経路を演算する。
【０００３】
従来、飛来する相手飛翔体に対向する飛翔体が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の飛翔体は、地上レーダからの相手飛翔体が弾頭と推進装置に分離したかどうかの相手飛翔体の情報を受信する受信手段と、得られた相手飛翔体の情報を基に、相手飛翔体のレーダ反射面積の特性を推定する推定手段と、得られた情報により、自らの飛翔経路を決定する決定手段と、決定した飛翔経路を制御するための飛翔制御手段を具備している。
【特許文献１】特開２００５−１０６３１７号公報
【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、近年、目標機のステルス化が進み、目標は電波の照射源の方向に反射されて戻ってくる電波の強度が小さくなるようにしているため、目標を検出できる距離が著しく短くなってきている。上述した従来技術では、電波の有効反射面積が小さい目標に対する目標の検出性能を向上させることができない。
【０００５】
そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、目標にて反射される反射波を受信してこの目標に向かって自身を誘導制御する飛翔体において、目標における電波の散乱方向のうちの電波の散乱強度が強い方向から、飛翔体をこの目標に接近させることが可能な飛翔体、飛翔体の飛翔方法及びコンピュータプログラ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】
【０００６】
このような課題を解決するため、本発明の請求項１によれば、飛翔体本体を操舵する操舵装置と、目標において反射される電波の反射波を受信する受信部と、この受信部からの検波出力からこの目標を捕捉して追跡し、目標方向への測角信号を計算する目標検出器と、飛翔体の飛翔位置及びこの飛翔体の飛翔速度を計算する慣性装置と、これらの飛翔位置及び飛翔速度と予め記憶した前記目標の初期位置及びこの目標の初期速度とに基づき、前記目標の位置及びこの目標の速度を計算するとともにこれらの飛翔体及び目標の会合点の方向に向かうこの飛翔体の飛翔経路を推定演算する方向推定器と、この方向推定器が演算した飛翔経路又は前記目標検出器が計算した測角信号を用いて誘導計算を行って、前記操舵装置に対する操舵信号を出力する誘導処理器と、を備え、前記方向推定器は、前記目標の位置、及び前記電波を送信する電波送信源を含み地表に垂直な平面上へこの目標の速度成分を射影し、この平面上でこの速度成分を用いて前記目標によって散乱された散乱波の散乱強度が強い方向に延びる直線を求め、この直線と前記目標の位置とに基づき前記飛翔体の通過点を算出し、前記誘導処理器はこの通過点についての操舵信号を計算することを特徴とする飛翔体が提供される。
【０００７】
また、本発明の請求項４によれば、飛翔体と目標との会合点の方向に向かうこの飛翔体の飛翔経路を推定演算する方向推定器が、慣性装置から得られる前記飛翔体の飛翔位置及びこの飛翔体の飛翔速度と、予め記憶した前記目標の初期位置及びこの目標の初期速度とに基づき、前記目標の位置を計算するステップと、前記方向推定器が、この目標の位置と、この目標において反射される電波を送信する電波送信源の位置とを、これらの目標の位置及び電波送信源の位置を含む平面を基準とする第１の２次元座標系に座標変換して、この第１の２次元座標系における前記目標の速度の射影成分と、前記目標の位置と、前記電波送信源の位置とに基づき、電波の散乱方向のうちの電波の散乱強度が強い方向に沿って延びる直線を前記平面上で求めるステップと、前記方向推定器が、前記目標の位置と前記慣性装置から得られる前記飛翔体の飛翔位置とを、これらの目標の位置及び飛翔位置を含む平面を基準とする第２の２次元座標系に座標変換して、この第２の２次元座標系における前記飛翔体の飛翔速度の射影成分と、前記目標の位置とに基づき、前記飛翔体の通過点を算出するステップと、誘導計算により飛翔体本体を操舵する操舵装置へ操舵信号を出力する誘導処理器が、この通過点についての操舵信号を計算するステップと、を備えたことを特徴とする飛翔体の飛翔方法が提供される。
【０００８】
また、本発明の請求項５によれば、飛翔体と目標との会合点の方向に向かうこの飛翔体の飛翔経路を推定演算する方向推定器が、慣性装置から得られる前記飛翔体の飛翔位置及びこの飛翔体の飛翔速度と、予め記憶した前記目標の初期位置及びこの目標の初期速度とに基づき、前記目標の位置を計算するステップと、前記方向推定器が、この目標の位置と、この目標において反射される電波を送信する電波送信源の位置とを、これらの目標の位置及び電波送信源の位置を含む平面を基準とする第１の２次元座標系に座標変換して、この第１の２次元座標系における前記目標の速度の射影成分と、前記目標の位置と、前記電波送信源の位置とに基づき、電波の散乱方向のうちの電波の散乱強度が強い方向に沿って延びる直線を前記平面上で求めるステップと、前記方向推定器が、前記目標の位置と前記慣性装置から得られる前記飛翔体の飛翔位置とを、これらの目標の位置及び飛翔位置を含む平面を基準とする第２の２次元座標系に座標変換して、この第２の２次元座標系における前記飛翔体の飛翔速度の射影成分と、前記目標の位置とに基づき、前記飛翔体の通過点を算出するステップと、誘導計算により飛翔体本体を操舵する操舵装置へ操舵信号を出力する誘導処理器が、この通過点についての操舵信号を計算するステップと、を前記飛翔体に搭載されたコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラムが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、目標に対して飛翔体をこの目標における電波の散乱強度が強い方向から接近させることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態に係る飛翔体、飛翔体の飛翔方法及びコンピュータプログラムについて、図１乃至図５（２）を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。
【００１１】
本実施形態に係る飛翔体は飛翔前あるいは飛翔中に、発射装置から他の飛翔体の移動目標の位置及び速度に関する情報を有線又は無線によって取得するとともに慣性装置から飛翔体自身の位置及び速度に関する情報を取得し、これらの情報をもとに飛翔体自身の誘導演算を行う。本実施形態に係る飛翔体の飛翔方法はこの飛翔体の現在位置から目標に到達するまでの飛行経路を計算する方法である。本実施形態に係るコンピュータプログラムはこの飛翔体の飛翔方向が目標点方向となるように飛翔体自身を誘導制御するためのプログラムでありこの飛翔体に設けられたプロセッサによって実行される。飛翔体は、レーダ反射波の受信強度を信号処理によって求め、この受信強度に基づいて目標の方向を探知してこの目標を飛翔追跡するようにしており、地上に設けられた電波送信源がレーダ波を送信すると、この飛翔体は目標にて反射されたレーダ反射波を受信検波して目標を検出することにより、操舵装置を介して操舵翼を制御して、検出した目標点に向かって飛翔するようになっている。
【００１２】
（１）装置構成
図１は本実施形態に係る飛翔体を含むレーダ装置の構成図である。このレーダ装置はバイスタティック型のレーダ装置であり、車両などに設けられて目標に向けてレーダ波を照射する電波送信源１と、目標機２の方向や距離を検出して目標機２に向かって飛翔（追跡）する飛翔体３とを有する。飛翔体３にはこの飛翔体３の飛行経路を計算する手順が記述されたプログラムが実装されており、このプログラムを飛翔体３に設けられたプロセッサが実行することによって、飛翔体３の現在地点から、この飛翔体３と目標機２との会合点までに至る経路を飛翔体３がプログラム飛翔できるようにされている。
【００１３】
飛翔体３は、目標機２の初期位置や初期速度、及び電波送信源１が放射する電波の送信諸元を出力する飛翔体制御装置４と、ケーブルあるいはデータリンクを介して接続されている。電波の送信諸元とは、送信波の周波数、レーダパルスの送信繰り返し周期、信号レベルなどの情報を指す。飛翔体制御装置４は、飛翔体３へ目標の初期データを与えるものであり、地上に展開配置された装置あるいは飛行する航空機等に搭載されている。この装置とは車両などに積載された発射装置である。飛翔体制御装置４は、飛翔体３の発射前または発射後に、有線または無線により、目標機２の初期諸元（位置、速度、加速度）、電波送信源１の位置、及び電波送信諸元を飛翔体３のデータ受信装置へ伝送するようにしている。
【００１４】
飛翔体３は、電波送信源１が照射して目標機２で反射された電波を受信するアンテナ５と、目標機２の方向にアンテナビームのボアサイト方向を向ける制御を行うアンテナ制御装置６と、飛翔体制御装置４からの電波送信諸元を用いてアンテナ５が受信した信号について周波数変換を行う送受信装置７とを備えている。アンテナ５は複数の素子からなり、アンテナ制御装置６が各素子からの受信信号の位相を制御してファンビームの向きを変えることによって、受信信号強度が最大である方向を探知する。送受信装置７は受信部として機能する。
【００１５】
更に飛翔体３は、送受信装置７によって周波数変換された受信信号を処理し、目標検出判定を実施する検出処理器（目標検出器）８と、目標機２の初期位置及び目標機２の初期速度から将来の複数の時刻におけるこの目標機２の位置を推定する演算を行う方向推定器９と、飛翔体制御装置４から伝送入力された目標機２の初期諸元及び電波送信源１の位置をこの方向推定器９に出力するとともに電波送信諸元等を送受信装置７へ出力するデータ受信装置１０と、検出処理器８が推定したアンテナ５へ入射した電波の入射角の情報又は方向推定器９から出力される通過点情報に基づいて飛翔体３の操舵信号を生成する誘導処理器１１と、図示しない操舵翼を制御する操舵装置１２と、飛翔体３の現在位置及び飛翔体３の現在速度を算出する慣性装置１３とを備えている。
【００１６】
検出処理器８は受信信号強度と予め記憶した閾値とを比較して目標検出を行い、目標を検出したときは目標方向の測角信号を誘導処理器１１へ出力するものである。方向推定器９は、データ受信装置１０からの電波送信源位置、目標機２の初期位置、初期速度及び初期加速度といった初期諸元から、電波散乱の強い方向を求める計算を行い、さらに慣性装置１３から入力される飛翔体３の位置及び飛翔体３の速度から、目標機２に接近するための将来時刻における各通過点を算出する。データ受信装置１０は、飛翔体制御装置４から、初期諸元、電波送信源位置及び電波送信諸元を受信する。誘導処理器１１は、検出処理器８が目標を検出する前には、方向推定器９からの通過点情報に沿って飛翔体３が飛翔するよう操舵信号を算出し、また、検出処理器８が目標を検出した後は、検出処理器８からの目標への測角信号から操舵信号を算出する。誘導処理器１１は算出した操舵信号を操舵装置１２へ出力する。操舵装置１２はこの操舵信号をもとに飛翔体３の飛行を制御する操舵を行う。慣性装置１３は加速度センサやジャイロを有し、飛翔体３の加速度や角速度から飛翔体３の現在位置を積分演算により求める。
【００１７】
また、方向推定器９の演算機能は、ＤＳＰやＣＰＵなどのプロセッサと、このプロセッサが行う計算処理の手順が記述されたプログラムを保持するＲＯＭとにより実現されている。プロセッサによってプログラムが実行されることにより、飛翔体３は目標機２を追跡飛翔するプログラム飛翔を行えるようになっている。以下、このプロセッサに実行させる処理について詳述する。
【００１８】
（２）機能
図２に、目標機２によって散乱される散乱波の電界強度が強くなる方向を符号１４で示す。同図には、電波送信源１と、目標機２とを含む平面におけるこれらの位置関係が示されている。電波送信源１から照射された電波は目標機２により散乱される。散乱波の強度分布は、空間内で特定方向に強い散乱強度を持つという分布形状を有する。電波送信源１から照射された電波は、目標機２の機軸を中心とする全周囲方向のうち、目標機２と電波送信源１とを結ぶ線上目標機２から電波送信源１を見た方位角方向に対し１８０度の角度をなす方位角方向に反射される。この方向についての散乱波の強度は強い。高低角方向については、目標機２の速度ベクトル方向を基準にすると、この電波は、目標機２を含みこの速度ベクトル方向と直交する方向に関して、この目標機２から電波送信源１を見た方向と対称な方向に反射される。この方向についての散乱波の強度は強い。
【００１９】
図３は方向推定器９が行うプログラム飛翔を説明するための図である。プログラム飛翔の機能は、飛翔体３が図２の散乱波の強度が強い方向１４から目標機２に向かって接近できるよう、方向推定器９に通過点を算出させて、この通過点に沿って飛翔体３を飛翔させるものである。同図には、電波送信源１、目標機２及び飛翔体３を水平方向から見た場合の目標機２の飛来位置１５、１６、１７と飛翔体３の３つの通過点１８、１９、２０とが示されている。方向推定器９が以下に詳述する演算によってこれらの通過点１８、１９、２０の座標を求めてこれらを誘導処理器１１に出力し、誘導処理器１１が操舵装置１２を介して操舵翼を制御することによって、飛翔体３が会合点２１に向けて飛翔制御されるようになっている。
【００２０】
方向推定器９は、飛翔体３の飛翔方向と通過点の座標とを求める処理を時々刻々繰り返すようにしている。誘導処理器１１は操舵装置１２に対し、所定時間間隔のサイクルで制御用信号を出力している。方向推定器９がこのサイクルを飛翔制御を行うタイミングとしており、このタイミングごとに複数の通過点を計算する処理を行うようにしている。方向推定器９はこれらの通過点を時々刻々と更新していき、これらの通過点の座標値を誘導処理器１１にセットする。また、検出処理器８からの測角信号と、方向推定器９からの座標値とによって、誘導処理器１１は、散乱波の強度の強い方向１４から飛翔体３を目標機２に接近させるようにして誘導処理を行うようにしている。これにより、通常よりも遠方から目標機２の検出及び追跡が可能になっている。
【００２１】
このような構成の本実施形態に係る飛翔体３の飛翔方法について説明する。図４は方向推定器９における通過点を算出する処理を説明するためのフローチャートである。ステップＳ１において、データ受信装置１０は、飛翔体制御装置４から入力された電波送信源１の位置と、目標機２の位置、速度及び加速度などの初期諸元とを読み込む。ステップＳ２において、方向推定器９は、目標機２の初期諸元（位置、速度、加速度）を使用して、現在の目標機２の位置及び現在の目標機２の速度を算出する。方向推定器９はこれらを３次元座標系で定義されるベクトルとして取り扱う。
【００２２】
方向推定器９はこれらの電波送信源位置、目標位置、及び目標速度から、電波反射強度の強くなる方向を、フローチャート前半に当たるステップＳ３からステップＳ８までの各処理を行うことによって算出する。これらの処理では、方向推定器９は、目標位置と電波送信源位置とを含む平面を決定する計算を行い、この平面上に、目標機２についての３次元速度ベクトルを射影する演算を行って、目標射影速度を算出する処理を行う。図５（１）を参照して動作の捕捉説明を行う。
【００２３】
図５（１）は目標位置と電波送信源位置とを含み地表に垂直な平面Ａ内での算出処理を説明するための図である。Ｐ１は電波送信源位置（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）を表す。Ｐ２は時刻ｔにおける目標位置（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）を表す。Ｗは目標射影速度（Ｗｘｔ，Ｗｙｔ，Ｗｚｔ）を表す。この目標射影速度Ｗは目標機２の移動速度ベクトルの平面Ａへの射影ベクトルである。目標射影速度Ｗは、この目標射影速度Ｗの方向ベクトルに一致する方向、及びこの方向と反対方向に向かって平面Ａ内で延びている。直線Ｂは平面Ａで電波送信源位置Ｐ１と目標位置Ｐ２とを結ぶ直線である。直線Ｃは平面Ａ内で目標位置Ｐ２を通り目標射影速度Ｗと直交する直線である。直線Ｄは電波散乱方向を表す直線であり、目標位置Ｐ２を端点としこの電波散乱方向に向かって平面Ａ内で延びている。
【００２４】
まず、図４のステップＳ３において、方向推定器９は、目標位置Ｐ２と電波送信源位置Ｐ１とを含み地表に垂直な平面Ａを求め、直線Ｂを算出し、ステップＳ４において、この平面Ａへの目標速度の射影成分（目標射影速度Ｗ）を算出する。ステップＳ５において、方向推定器９は、平面Ａ内で、目標射影速度Ｗと直交する直線Ｃを算出する。ステップＳ６において、方向推定器９は、平面Ａ内で、直線Ｂと直線Ｃとの成す角度を入射角Ψｉとして求める。次に、ステップＳ７において、方向推定器９は、入射角Ψｉから反射角Ψｏを求める。方向推定器９は、ΨｏとΨｉとがほぼ等しいものと予め決めておいてこの演算を行う。最後に、ステップＳ８において、方向推定器９は、反射角Ψｏと直線Ｃとから、電波反射強度の強くなる方向に沿う直線Ｄを算出する。
【００２５】
処理の一例として、プロセッサは、その内部メモリに、電波送信源位置（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）、目標位置（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）、目標射影速度（Ｗｘｔ，Ｗｙｔ，Ｗｚｔ）の各値を読み込み、これらの値から平面Ａ上での座標変換を行う。プロセッサは、目標射影速度Ｗについて、平面Ａ上で幾何学的な直交関係を算出する演算を行って直線Ｃを求める。プロセッサは、この直線Ｃの方向と、平面Ａ上で反射角Ψｏの角度をなす方向を持つ直線Ｄを求める。プロセッサは、算出した直線Ｄを表すデータを内部メモリに書き込む。
【００２６】
フローチャート後半の各処理（ステップＳ１０からステップＳ１６）では、方向推定器９は、慣性装置１３から入力された飛翔体３の位置、飛翔体３の飛翔速度等と、先に求めた散乱波の強度の強くなる方向とから、飛翔体３の通過点を算出する。動作補足説明を図５（２）に示す。図５（２）は飛翔体３の位置と直線Ｄとを含む平面Ｅ内での算出処理を説明するための図である。Ｐ３は時刻ｔにおける目標位置（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）を表す。点「ａ」は飛翔体３の位置（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）を表す。Ｖは飛翔体射影速度（Ｖｘｍ，Ｖｙｍ，Ｖｚｍ）を表しており、この飛翔体射影速度Ｖは飛翔体３の飛翔速度ベクトルの平面Ｅへの射影ベクトルである。直線Ｄは電波散乱方向を表す直線である。直線Ｆは飛翔体速度ベクトル方向に延びる直線である。
【００２７】
まず、ステップＳ９において、方向推定器９は慣性装置１３から入力された飛翔体３の現在の飛翔位置及び飛翔体３の飛翔速度を読み込む。ステップＳ１０において、方向推定器９は、点「ａ」と直線Ｄとを含む平面Ｅを求め、ステップＳ１１において、この平面Ｅへの飛翔体速度の射影成分（飛翔体射影速度Ｖ）を算出する。ステップＳ１２において、方向推定器９は、平面Ｅ内で、飛翔体位置である点「ａ」を通り、飛翔体射影速度Ｖに平行な直線Ｆを算出する。続けて方向推定器９は飛翔体３の飛翔軌跡が円弧状であるとの推定に基づき飛翔体３の推定軌跡を求める演算を行う。ステップＳ１３において、方向推定器９は、直線Ｄと直線Ｆとに直交し且つこれらの直線Ｄ、Ｆの双方から等距離にある点「Ｏ」を求め、この点「Ｏ」を円の中心とする円を設定する。ステップＳ１４において、方向推定器９は、直線Ｄがこの円と接する点を点「ｂ」として算出しこの点「ｂ」を円弧の終点とする。さらに、ステップＳ１５において、方向推定器９は、飛翔体３の飛行経路を滑らかなものとするために、点「ａ」と点「ｂ」との間にある円弧上の中間点を選びこの点を点「ｃ」として算出し、ステップＳ１６において、点「ｂ」と目標位置Ｐ３とを結ぶ直線Ｄ上の中間点を選びこの点を点「ｄ」として算出する。
【００２８】
最後に、ステップＳ１７において、方向推定器９は、以上の処理で求めた通過点「ａ」〜「ｄ」を誘導処理器１１へ出力する。誘導処理器１１はこれらの通過点「ａ」〜「ｄ」を飛翔体３が通過するよう操舵信号を求める。各操舵信号に応じた操舵を操舵装置１２が行うことで、飛翔体３は、算出して得られた通過点「ａ」〜「ｄ」に沿った飛翔を行うことができる。すなわち、飛翔体３は電波反射強度が強くなる方向から目標機２への接近が可能となる。
【００２９】
本実施形態に係る飛翔体３の飛翔方法を述べる。方向推定器９は、慣性装置１３から得られる飛翔体３の飛翔位置及び飛翔速度と、飛翔体制御装置４から入力されて記憶しておいた目標機２の初期位置及び初期速度とに基づき、目標機２の位置を計算する。方向推定器９は、目標機２の位置及び電波送信源１の位置を、平面Ａを基準とする２次元座標系に座標変換し、この２次元座標系における目標速度の射影成分と、目標位置と、電波送信源位置とに基づき、電波の散乱強度が強い方向に沿って延びる直線Ｄを求める。方向推定器９は、目標位置と飛翔体３の飛翔位置とを、平面Ｅを基準とする２次元座標系に座標変換し、この２次元座標系における飛翔体速度の射影成分と、目標位置とに基づき、飛翔体３の例えば３つの通過点を算出し、誘導処理器１１は、各通過点についての操舵信号を計算する。この飛翔方法によれば、電波の散乱強度が強い方向を計算でき、この方向に沿って飛翔体３を目標機２へ接近させることができるようになる。
【００３０】
また、本実施形態に係る飛翔体３の飛翔方法に用いられる演算手順が記述されたプログラムをこの飛翔体３のプロセッサが実行することによって、この飛翔方法により得られる効果と同じ効果を得ることができる。
【００３１】
以上の機能により、本実施形態に係る飛翔体３、飛翔体３の飛翔方法及びコンピュータプログラムによれば、飛翔体３が散乱波の強度が強い方向から目標機２へ接近することが可能となる。これにより、飛翔体３は遠距離から目標機２の検出を行えるようになる。
【００３２】
本実施形態に係る飛翔体３では、方向推定器９は、大地に垂直な軸をもとに、この軸に平行な平面のうちの電波送信源１及び目標機２を含む平面を平面Ａとしている。方向推定器９はこの平面Ａを基準としこの平面Ａ内に幾何計算のための座標系を設定しており、目標機２の速度ベクトルは平面Ａ上に沿う方向の平行な成分と、この平行な成分と直交する成分とに分けられて処理される。方向推定器９は、平面Ａに沿った射影された速度ベクトルの平行成分だけを用いて演算処理を行っているため、この平行成分からずれた方向の成分は考慮されずに飛翔軌跡の推定が行われて、少ない演算量で推定演算を行える。
【００３３】
方向推定器９による演算処理では、目標推定位置は初期値を与えられ、この目標推定位置の値は時々刻々更新されており、目標速度は初期速度を与えられたのちこの目標速度の値は時々刻々と更新される。実際の飛翔体３は目標に対して舵を切る必要があるため、方向推定器９は、図３の例のように、飛翔体３の初期位置で引かれた延長線からずれるよう飛翔軌跡が曲がるように、飛行経路を円弧近似する演算を行う。円弧上にとられた複数の中間点１８、１９、２０を飛翔体３が通過するように、方向推定器９は操舵装置１２を介して操舵翼を制御する。飛翔体３は通過点２０まで操舵制御された後、直線状に飛翔し、会合点２１まで終末誘導される。誘導処理器１１から操舵装置１２へは一定時間毎に制御用信号が出力されているため、推定軌跡と本来飛翔すべき軌跡との間にずれが生じても、この制御信号が出力されるタイミングで推定軌跡を微調整あるいは修正を行える。
【００３４】
直線Ｂ方向から照射された電波は、大体、目標機２にてΨｏ方向に反射されるため、電波が散乱される方向が幾何学的に計算されて得られる。幾何学的な計算により飛翔体３の軌跡を求めることができるため、この飛翔体３によれば、電波の有効反射面積が小さい目標に対しても、目標の検出性能を上げることができるようになる。レーダ波について低い反射特性を有する目標に対して遠距離からこの目標を検出でき、目標を追跡できるようになる。
【００３５】
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。上記の実施形態では、方向推定器９は、入射角Ψｏと反射角Ψｉとがほぼ等しいものとして扱って演算を行っていたが、Ψｏ＝２ΨｉなどΨｏがΨｉの定数倍で表されるものとして演算を行ってもよい。この場合、平面Ａ内入射角Ψｉで入射された電波は、反射角Ψｏの方向に反射されるものとして扱われて、方向推定器９は上記実施形態と同様の演算を行う。ΨｏがΨｉの関数で表されることが、事前に計測されたデータにより得られている場合、方向推定器９は、Ψｉの関数として表されるΨｏを用いて演算処理を行うようにもできる。
【００３６】
上記の実施形態では、方向推定器９は、点「ｃ」として円弧上の中間に位置する１点を算出し、点「ｄ」として直線Ｄ上の中間に位置する１点を算出していたが、方向推定器９は、円弧上に複数の中間点を求めるとともに、直線Ｄ上に複数の中間点を求めるようにしてもよい。方向推定器９がこれらの円弧及び直線Ｄ上で選ぶ中間点の位置は種々変更可能である。
【００３７】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態に係る飛翔体を含むレーダ装置の構成図である。
【図２】目標機によって散乱される散乱波の電界強度が強くなる方向を示す図である。
【図３】方向推定器が行うプログラム飛翔を説明するための図である。
【図４】方向推定器における通過点を算出する処理を説明するためのフローチャートである。
【図５（１）】目標位置と電波送信源位置とを含み地表に垂直な平面内での算出処理を説明するための図である。
【図５（２）】飛翔体の位置と直線とを含む平面内での算出処理を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…電波送信源、２…目標機（目標）、３…飛翔体、４…飛翔体制御装置、５…アンテナ、６…アンテナ制御装置、７…送受信装置（受信部）、８…検出処理器（目標検出器）、９…方向推定器、１０…データ受信装置、１１…誘導処理器、１２…操舵装置、１３…慣性装置、１４…方向、１５〜１７…飛来位置、１８〜２０…通過点、２１…会合点。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛翔体、飛翔体の飛翔方法及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電波を使用して目標を検出、追跡する飛翔体においては、目標に電波を照射して自らの方向に戻ってくる電波を検出し追跡を実現している。飛翔体が移動目標を捕捉追跡する機能を持つ場合、地上に設けられた電波送信源がレーダ波を送信すると、この飛翔体は目標において反射されたレーダ反射波を受信検波し目標検出判定を行い、この目標への飛翔経路を演算する。
【０００３】
従来、飛来する相手飛翔体に対向する飛翔体が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の飛翔体は、地上レーダからの相手飛翔体が弾頭と推進装置に分離したかどうかの相手飛翔体の情報を受信する受信手段と、得られた相手飛翔体の情報を基に、相手飛翔体のレーダ反射面積の特性を推定する推定手段と、得られた情報により、自らの飛翔経路を決定する決定手段と、決定した飛翔経路を制御するための飛翔制御手段を具備している。
【特許文献１】特開２００５−１０６３１７号公報
【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、近年、目標機のステルス化が進み、目標は電波の照射源の方向に反射されて戻ってくる電波の強度が小さくなるようにしているため、目標を検出できる距離が著しく短くなってきている。上述した従来技術では、電波の有効反射面積が小さい目標に対する目標の検出性能を向上させることができない。
【０００５】
そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、目標にて反射される反射波を受信してこの目標に向かって自身を誘導制御する飛翔体において、目標における電波の散乱方向のうちの電波の散乱強度が強い方向から、飛翔体をこの目標に接近させることが可能な飛翔体、飛翔体の飛翔方法及びコンピュータプログラ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】
【０００６】
このような課題を解決するため、本発明の請求項１によれば、飛翔体本体を操舵する操舵装置と、目標において反射される電波の反射波を受信する受信部と、この受信部からの検波出力からこの目標を捕捉して追跡し、目標方向への測角信号を計算する目標検出器と、飛翔体の飛翔位置及びこの飛翔体の飛翔速度を計算する慣性装置と、これらの飛翔位置及び飛翔速度と予め記憶した前記目標の初期位置及びこの目標の初期速度とに基づき、前記目標の位置及びこの目標の速度を計算するとともにこれらの飛翔体及び目標の会合点の方向に向かうこの飛翔体の飛翔経路を推定演算する方向推定器と、この方向推定器が演算した飛翔経路又は前記目標検出器が計算した測角信号を用いて誘導計算を行って、前記操舵装置に対する操舵信号を出力する誘導処理器と、を備え、前記方向推定器は、前記目標の位置、及び前記電波を送信する電波送信源を含み地表に垂直な平面上へこの目標の速度成分を射影し、この平面上でこの速度成分を用いて前記目標によって散乱された散乱波の散乱強度が強い方向に延びる直線を求め、この直線と前記目標の位置とに基づき前記飛翔体の通過点を算出し、前記誘導処理器はこの通過点についての操舵信号を計算することを特徴とする飛翔体が提供される。
【０００７】
また、本発明の請求項４によれば、飛翔体と目標との会合点の方向に向かうこの飛翔体の飛翔経路を推定演算する方向推定器が、慣性装置から得られる前記飛翔体の飛翔位置及びこの飛翔体の飛翔速度と、予め記憶した前記目標の初期位置及びこの目標の初期速度とに基づき、前記目標の位置を計算するステップと、前記方向推定器が、この目標の位置と、この目標において反射される電波を送信する電波送信源の位置とを、これらの目標の位置及び電波送信源の位置を含む平面を基準とする第１の２次元座標系に座標変換して、この第１の２次元座標系における前記目標の速度の射影成分と、前記目標の位置と、前記電波送信源の位置とに基づき、電波の散乱方向のうちの電波の散乱強度が強い方向に沿って延びる直線を前記平面上で求めるステップと、前記方向推定器が、前記目標の位置と前記慣性装置から得られる前記飛翔体の飛翔位置とを、これらの目標の位置及び飛翔位置を含む平面を基準とする第２の２次元座標系に座標変換して、この第２の２次元座標系における前記飛翔体の飛翔速度の射影成分と、前記目標の位置とに基づき、前記飛翔体の通過点を算出するステップと、誘導計算により飛翔体本体を操舵する操舵装置へ操舵信号を出力する誘導処理器が、この通過点についての操舵信号を計算するステップと、を備えたことを特徴とする飛翔体の飛翔方法が提供される。
【０００８】
また、本発明の請求項５によれば、飛翔体と目標との会合点の方向に向かうこの飛翔体の飛翔経路を推定演算する方向推定器が、慣性装置から得られる前記飛翔体の飛翔位置及びこの飛翔体の飛翔速度と、予め記憶した前記目標の初期位置及びこの目標の初期速度とに基づき、前記目標の位置を計算するステップと、前記方向推定器が、この目標の位置と、この目標において反射される電波を送信する電波送信源の位置とを、これらの目標の位置及び電波送信源の位置を含む平面を基準とする第１の２次元座標系に座標変換して、この第１の２次元座標系における前記目標の速度の射影成分と、前記目標の位置と、前記電波送信源の位置とに基づき、電波の散乱方向のうちの電波の散乱強度が強い方向に沿って延びる直線を前記平面上で求めるステップと、前記方向推定器が、前記目標の位置と前記慣性装置から得られる前記飛翔体の飛翔位置とを、これらの目標の位置及び飛翔位置を含む平面を基準とする第２の２次元座標系に座標変換して、この第２の２次元座標系における前記飛翔体の飛翔速度の射影成分と、前記目標の位置とに基づき、前記飛翔体の通過点を算出するステップと、誘導計算により飛翔体本体を操舵する操舵装置へ操舵信号を出力する誘導処理器が、この通過点についての操舵信号を計算するステップと、を前記飛翔体に搭載されたコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラムが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、目標に対して飛翔体をこの目標における電波の散乱強度が強い方向から接近させることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態に係る飛翔体、飛翔体の飛翔方法及びコンピュータプログラムについて、図１乃至図５（２）を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。
【００１１】
本実施形態に係る飛翔体は飛翔前あるいは飛翔中に、発射装置から他の飛翔体の移動目標の位置及び速度に関する情報を有線又は無線によって取得するとともに慣性装置から飛翔体自身の位置及び速度に関する情報を取得し、これらの情報をもとに飛翔体自身の誘導演算を行う。本実施形態に係る飛翔体の飛翔方法はこの飛翔体の現在位置から目標に到達するまでの飛行経路を計算する方法である。本実施形態に係るコンピュータプログラムはこの飛翔体の飛翔方向が目標点方向となるように飛翔体自身を誘導制御するためのプログラムでありこの飛翔体に設けられたプロセッサによって実行される。飛翔体は、レーダ反射波の受信強度を信号処理によって求め、この受信強度に基づいて目標の方向を探知してこの目標を飛翔追跡するようにしており、地上に設けられた電波送信源がレーダ波を送信すると、この飛翔体は目標にて反射されたレーダ反射波を受信検波して目標を検出することにより、操舵装置を介して操舵翼を制御して、検出した目標点に向かって飛翔するようになっている。
【００１２】
（１）装置構成
図１は本実施形態に係る飛翔体を含むレーダ装置の構成図である。このレーダ装置はバイスタティック型のレーダ装置であり、車両などに設けられて目標に向けてレーダ波を照射する電波送信源１と、目標機２の方向や距離を検出して目標機２に向かって飛翔（追跡）する飛翔体３とを有する。飛翔体３にはこの飛翔体３の飛行経路を計算する手順が記述されたプログラムが実装されており、このプログラムを飛翔体３に設けられたプロセッサが実行することによって、飛翔体３の現在地点から、この飛翔体３と目標機２との会合点までに至る経路を飛翔体３がプログラム飛翔できるようにされている。
【００１３】
飛翔体３は、目標機２の初期位置や初期速度、及び電波送信源１が放射する電波の送信諸元を出力する飛翔体制御装置４と、ケーブルあるいはデータリンクを介して接続されている。電波の送信諸元とは、送信波の周波数、レーダパルスの送信繰り返し周期、信号レベルなどの情報を指す。飛翔体制御装置４は、飛翔体３へ目標の初期データを与えるものであり、地上に展開配置された装置あるいは飛行する航空機等に搭載されている。この装置とは車両などに積載された発射装置である。飛翔体制御装置４は、飛翔体３の発射前または発射後に、有線または無線により、目標機２の初期諸元（位置、速度、加速度）、電波送信源１の位置、及び電波送信諸元を飛翔体３のデータ受信装置へ伝送するようにしている。
【００１４】
飛翔体３は、電波送信源１が照射して目標機２で反射された電波を受信するアンテナ５と、目標機２の方向にアンテナビームのボアサイト方向を向ける制御を行うアンテナ制御装置６と、飛翔体制御装置４からの電波送信諸元を用いてアンテナ５が受信した信号について周波数変換を行う送受信装置７とを備えている。アンテナ５は複数の素子からなり、アンテナ制御装置６が各素子からの受信信号の位相を制御してファンビームの向きを変えることによって、受信信号強度が最大である方向を探知する。送受信装置７は受信部として機能する。
【００１５】
更に飛翔体３は、送受信装置７によって周波数変換された受信信号を処理し、目標検出判定を実施する検出処理器（目標検出器）８と、目標機２の初期位置及び目標機２の初期速度から将来の複数の時刻におけるこの目標機２の位置を推定する演算を行う方向推定器９と、飛翔体制御装置４から伝送入力された目標機２の初期諸元及び電波送信源１の位置をこの方向推定器９に出力するとともに電波送信諸元等を送受信装置７へ出力するデータ受信装置１０と、検出処理器８が推定したアンテナ５へ入射した電波の入射角の情報又は方向推定器９から出力される通過点情報に基づいて飛翔体３の操舵信号を生成する誘導処理器１１と、図示しない操舵翼を制御する操舵装置１２と、飛翔体３の現在位置及び飛翔体３の現在速度を算出する慣性装置１３とを備えている。
【００１６】
検出処理器８は受信信号強度と予め記憶した閾値とを比較して目標検出を行い、目標を検出したときは目標方向の測角信号を誘導処理器１１へ出力するものである。方向推定器９は、データ受信装置１０からの電波送信源位置、目標機２の初期位置、初期速度及び初期加速度といった初期諸元から、電波散乱の強い方向を求める計算を行い、さらに慣性装置１３から入力される飛翔体３の位置及び飛翔体３の速度から、目標機２に接近するための将来時刻における各通過点を算出する。データ受信装置１０は、飛翔体制御装置４から、初期諸元、電波送信源位置及び電波送信諸元を受信する。誘導処理器１１は、検出処理器８が目標を検出する前には、方向推定器９からの通過点情報に沿って飛翔体３が飛翔するよう操舵信号を算出し、また、検出処理器８が目標を検出した後は、検出処理器８からの目標への測角信号から操舵信号を算出する。誘導処理器１１は算出した操舵信号を操舵装置１２へ出力する。操舵装置１２はこの操舵信号をもとに飛翔体３の飛行を制御する操舵を行う。慣性装置１３は加速度センサやジャイロを有し、飛翔体３の加速度や角速度から飛翔体３の現在位置を積分演算により求める。
【００１７】
また、方向推定器９の演算機能は、ＤＳＰやＣＰＵなどのプロセッサと、このプロセッサが行う計算処理の手順が記述されたプログラムを保持するＲＯＭとにより実現されている。プロセッサによってプログラムが実行されることにより、飛翔体３は目標機２を追跡飛翔するプログラム飛翔を行えるようになっている。以下、このプロセッサに実行させる処理について詳述する。
【００１８】
（２）機能
図２に、目標機２によって散乱される散乱波の電界強度が強くなる方向を符号１４で示す。同図には、電波送信源１と、目標機２とを含む平面におけるこれらの位置関係が示されている。電波送信源１から照射された電波は目標機２により散乱される。散乱波の強度分布は、空間内で特定方向に強い散乱強度を持つという分布形状を有する。電波送信源１から照射された電波は、目標機２の機軸を中心とする全周囲方向のうち、目標機２と電波送信源１とを結ぶ線上目標機２から電波送信源１を見た方位角方向に対し１８０度の角度をなす方位角方向に反射される。この方向についての散乱波の強度は強い。高低角方向については、目標機２の速度ベクトル方向を基準にすると、この電波は、目標機２を含みこの速度ベクトル方向と直交する方向に関して、この目標機２から電波送信源１を見た方向と対称な方向に反射される。この方向についての散乱波の強度は強い。
【００１９】
図３は方向推定器９が行うプログラム飛翔を説明するための図である。プログラム飛翔の機能は、飛翔体３が図２の散乱波の強度が強い方向１４から目標機２に向かって接近できるよう、方向推定器９に通過点を算出させて、この通過点に沿って飛翔体３を飛翔させるものである。同図には、電波送信源１、目標機２及び飛翔体３を水平方向から見た場合の目標機２の飛来位置１５、１６、１７と飛翔体３の３つの通過点１８、１９、２０とが示されている。方向推定器９が以下に詳述する演算によってこれらの通過点１８、１９、２０の座標を求めてこれらを誘導処理器１１に出力し、誘導処理器１１が操舵装置１２を介して操舵翼を制御することによって、飛翔体３が会合点２１に向けて飛翔制御されるようになっている。
【００２０】
方向推定器９は、飛翔体３の飛翔方向と通過点の座標とを求める処理を時々刻々繰り返すようにしている。誘導処理器１１は操舵装置１２に対し、所定時間間隔のサイクルで制御用信号を出力している。方向推定器９がこのサイクルを飛翔制御を行うタイミングとしており、このタイミングごとに複数の通過点を計算する処理を行うようにしている。方向推定器９はこれらの通過点を時々刻々と更新していき、これらの通過点の座標値を誘導処理器１１にセットする。また、検出処理器８からの測角信号と、方向推定器９からの座標値とによって、誘導処理器１１は、散乱波の強度の強い方向１４から飛翔体３を目標機２に接近させるようにして誘導処理を行うようにしている。これにより、通常よりも遠方から目標機２の検出及び追跡が可能になっている。
【００２１】
このような構成の本実施形態に係る飛翔体３の飛翔方法について説明する。図４は方向推定器９における通過点を算出する処理を説明するためのフローチャートである。ステップＳ１において、データ受信装置１０は、飛翔体制御装置４から入力された電波送信源１の位置と、目標機２の位置、速度及び加速度などの初期諸元とを読み込む。ステップＳ２において、方向推定器９は、目標機２の初期諸元（位置、速度、加速度）を使用して、現在の目標機２の位置及び現在の目標機２の速度を算出する。方向推定器９はこれらを３次元座標系で定義されるベクトルとして取り扱う。
【００２２】
方向推定器９はこれらの電波送信源位置、目標位置、及び目標速度から、電波反射強度の強くなる方向を、フローチャート前半に当たるステップＳ３からステップＳ８までの各処理を行うことによって算出する。これらの処理では、方向推定器９は、目標位置と電波送信源位置とを含む平面を決定する計算を行い、この平面上に、目標機２についての３次元速度ベクトルを射影する演算を行って、目標射影速度を算出する処理を行う。図５（１）を参照して動作の捕捉説明を行う。
【００２３】
図５（１）は目標位置と電波送信源位置とを含み地表に垂直な平面Ａ内での算出処理を説明するための図である。Ｐ１は電波送信源位置（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）を表す。Ｐ２は時刻ｔにおける目標位置（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）を表す。Ｗは目標射影速度（Ｗｘｔ，Ｗｙｔ，Ｗｚｔ）を表す。この目標射影速度Ｗは目標機２の移動速度ベクトルの平面Ａへの射影ベクトルである。目標射影速度Ｗは、この目標射影速度Ｗの方向ベクトルに一致する方向、及びこの方向と反対方向に向かって平面Ａ内で延びている。直線Ｂは平面Ａで電波送信源位置Ｐ１と目標位置Ｐ２とを結ぶ直線である。直線Ｃは平面Ａ内で目標位置Ｐ２を通り目標射影速度Ｗと直交する直線である。直線Ｄは電波散乱方向を表す直線であり、目標位置Ｐ２を端点としこの電波散乱方向に向かって平面Ａ内で延びている。
【００２４】
まず、図４のステップＳ３において、方向推定器９は、目標位置Ｐ２と電波送信源位置Ｐ１とを含み地表に垂直な平面Ａを求め、直線Ｂを算出し、ステップＳ４において、この平面Ａへの目標速度の射影成分（目標射影速度Ｗ）を算出する。ステップＳ５において、方向推定器９は、平面Ａ内で、目標射影速度Ｗと直交する直線Ｃを算出する。ステップＳ６において、方向推定器９は、平面Ａ内で、直線Ｂと直線Ｃとの成す角度を入射角Ψｉとして求める。次に、ステップＳ７において、方向推定器９は、入射角Ψｉから反射角Ψｏを求める。方向推定器９は、ΨｏとΨｉとがほぼ等しいものと予め決めておいてこの演算を行う。最後に、ステップＳ８において、方向推定器９は、反射角Ψｏと直線Ｃとから、電波反射強度の強くなる方向に沿う直線Ｄを算出する。
【００２５】
処理の一例として、プロセッサは、その内部メモリに、電波送信源位置（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）、目標位置（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）、目標射影速度（Ｗｘｔ，Ｗｙｔ，Ｗｚｔ）の各値を読み込み、これらの値から平面Ａ上での座標変換を行う。プロセッサは、目標射影速度Ｗについて、平面Ａ上で幾何学的な直交関係を算出する演算を行って直線Ｃを求める。プロセッサは、この直線Ｃの方向と、平面Ａ上で反射角Ψｏの角度をなす方向を持つ直線Ｄを求める。プロセッサは、算出した直線Ｄを表すデータを内部メモリに書き込む。
【００２６】
フローチャート後半の各処理（ステップＳ１０からステップＳ１６）では、方向推定器９は、慣性装置１３から入力された飛翔体３の位置、飛翔体３の飛翔速度等と、先に求めた散乱波の強度の強くなる方向とから、飛翔体３の通過点を算出する。動作補足説明を図５（２）に示す。図５（２）は飛翔体３の位置と直線Ｄとを含む平面Ｅ内での算出処理を説明するための図である。Ｐ３は時刻ｔにおける目標位置（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）を表す。点「ａ」は飛翔体３の位置（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）を表す。Ｖは飛翔体射影速度（Ｖｘｍ，Ｖｙｍ，Ｖｚｍ）を表しており、この飛翔体射影速度Ｖは飛翔体３の飛翔速度ベクトルの平面Ｅへの射影ベクトルである。直線Ｄは電波散乱方向を表す直線である。直線Ｆは飛翔体速度ベクトル方向に延びる直線である。
【００２７】
まず、ステップＳ９において、方向推定器９は慣性装置１３から入力された飛翔体３の現在の飛翔位置及び飛翔体３の飛翔速度を読み込む。ステップＳ１０において、方向推定器９は、点「ａ」と直線Ｄとを含む平面Ｅを求め、ステップＳ１１において、この平面Ｅへの飛翔体速度の射影成分（飛翔体射影速度Ｖ）を算出する。ステップＳ１２において、方向推定器９は、平面Ｅ内で、飛翔体位置である点「ａ」を通り、飛翔体射影速度Ｖに平行な直線Ｆを算出する。続けて方向推定器９は飛翔体３の飛翔軌跡が円弧状であるとの推定に基づき飛翔体３の推定軌跡を求める演算を行う。ステップＳ１３において、方向推定器９は、直線Ｄと直線Ｆとに直交し且つこれらの直線Ｄ、Ｆの双方から等距離にある点「Ｏ」を求め、この点「Ｏ」を円の中心とする円を設定する。ステップＳ１４において、方向推定器９は、直線Ｄがこの円と接する点を点「ｂ」として算出しこの点「ｂ」を円弧の終点とする。さらに、ステップＳ１５において、方向推定器９は、飛翔体３の飛行経路を滑らかなものとするために、点「ａ」と点「ｂ」との間にある円弧上の中間点を選びこの点を点「ｃ」として算出し、ステップＳ１６において、点「ｂ」と目標位置Ｐ３とを結ぶ直線Ｄ上の中間点を選びこの点を点「ｄ」として算出する。
【００２８】
最後に、ステップＳ１７において、方向推定器９は、以上の処理で求めた通過点「ａ」〜「ｄ」を誘導処理器１１へ出力する。誘導処理器１１はこれらの通過点「ａ」〜「ｄ」を飛翔体３が通過するよう操舵信号を求める。各操舵信号に応じた操舵を操舵装置１２が行うことで、飛翔体３は、算出して得られた通過点「ａ」〜「ｄ」に沿った飛翔を行うことができる。すなわち、飛翔体３は電波反射強度が強くなる方向から目標機２への接近が可能となる。
【００２９】
本実施形態に係る飛翔体３の飛翔方法を述べる。方向推定器９は、慣性装置１３から得られる飛翔体３の飛翔位置及び飛翔速度と、飛翔体制御装置４から入力されて記憶しておいた目標機２の初期位置及び初期速度とに基づき、目標機２の位置を計算する。方向推定器９は、目標機２の位置及び電波送信源１の位置を、平面Ａを基準とする２次元座標系に座標変換し、この２次元座標系における目標速度の射影成分と、目標位置と、電波送信源位置とに基づき、電波の散乱強度が強い方向に沿って延びる直線Ｄを求める。方向推定器９は、目標位置と飛翔体３の飛翔位置とを、平面Ｅを基準とする２次元座標系に座標変換し、この２次元座標系における飛翔体速度の射影成分と、目標位置とに基づき、飛翔体３の例えば３つの通過点を算出し、誘導処理器１１は、各通過点についての操舵信号を計算する。この飛翔方法によれば、電波の散乱強度が強い方向を計算でき、この方向に沿って飛翔体３を目標機２へ接近させることができるようになる。
【００３０】
また、本実施形態に係る飛翔体３の飛翔方法に用いられる演算手順が記述されたプログラムをこの飛翔体３のプロセッサが実行することによって、この飛翔方法により得られる効果と同じ効果を得ることができる。
【００３１】
以上の機能により、本実施形態に係る飛翔体３、飛翔体３の飛翔方法及びコンピュータプログラムによれば、飛翔体３が散乱波の強度が強い方向から目標機２へ接近することが可能となる。これにより、飛翔体３は遠距離から目標機２の検出を行えるようになる。
【００３２】
本実施形態に係る飛翔体３では、方向推定器９は、大地に垂直な軸をもとに、この軸に平行な平面のうちの電波送信源１及び目標機２を含む平面を平面Ａとしている。方向推定器９はこの平面Ａを基準としこの平面Ａ内に幾何計算のための座標系を設定しており、目標機２の速度ベクトルは平面Ａ上に沿う方向の平行な成分と、この平行な成分と直交する成分とに分けられて処理される。方向推定器９は、平面Ａに沿った射影された速度ベクトルの平行成分だけを用いて演算処理を行っているため、この平行成分からずれた方向の成分は考慮されずに飛翔軌跡の推定が行われて、少ない演算量で推定演算を行える。
【００３３】
方向推定器９による演算処理では、目標推定位置は初期値を与えられ、この目標推定位置の値は時々刻々更新されており、目標速度は初期速度を与えられたのちこの目標速度の値は時々刻々と更新される。実際の飛翔体３は目標に対して舵を切る必要があるため、方向推定器９は、図３の例のように、飛翔体３の初期位置で引かれた延長線からずれるよう飛翔軌跡が曲がるように、飛行経路を円弧近似する演算を行う。円弧上にとられた複数の中間点１８、１９、２０を飛翔体３が通過するように、方向推定器９は操舵装置１２を介して操舵翼を制御する。飛翔体３は通過点２０まで操舵制御された後、直線状に飛翔し、会合点２１まで終末誘導される。誘導処理器１１から操舵装置１２へは一定時間毎に制御用信号が出力されているため、推定軌跡と本来飛翔すべき軌跡との間にずれが生じても、この制御信号が出力されるタイミングで推定軌跡を微調整あるいは修正を行える。
【００３４】
直線Ｂ方向から照射された電波は、大体、目標機２にてΨｏ方向に反射されるため、電波が散乱される方向が幾何学的に計算されて得られる。幾何学的な計算により飛翔体３の軌跡を求めることができるため、この飛翔体３によれば、電波の有効反射面積が小さい目標に対しても、目標の検出性能を上げることができるようになる。レーダ波について低い反射特性を有する目標に対して遠距離からこの目標を検出でき、目標を追跡できるようになる。
【００３５】
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。上記の実施形態では、方向推定器９は、入射角Ψｏと反射角Ψｉとがほぼ等しいものとして扱って演算を行っていたが、Ψｏ＝２ΨｉなどΨｏがΨｉの定数倍で表されるものとして演算を行ってもよい。この場合、平面Ａ内入射角Ψｉで入射された電波は、反射角Ψｏの方向に反射されるものとして扱われて、方向推定器９は上記実施形態と同様の演算を行う。ΨｏがΨｉの関数で表されることが、事前に計測されたデータにより得られている場合、方向推定器９は、Ψｉの関数として表されるΨｏを用いて演算処理を行うようにもできる。
【００３６】
上記の実施形態では、方向推定器９は、点「ｃ」として円弧上の中間に位置する１点を算出し、点「ｄ」として直線Ｄ上の中間に位置する１点を算出していたが、方向推定器９は、円弧上に複数の中間点を求めるとともに、直線Ｄ上に複数の中間点を求めるようにしてもよい。方向推定器９がこれらの円弧及び直線Ｄ上で選ぶ中間点の位置は種々変更可能である。
【００３７】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態に係る飛翔体を含むレーダ装置の構成図である。
【図２】目標機によって散乱される散乱波の電界強度が強くなる方向を示す図である。
【図３】方向推定器が行うプログラム飛翔を説明するための図である。
【図４】方向推定器における通過点を算出する処理を説明するためのフローチャートである。
【図５（１）】目標位置と電波送信源位置とを含み地表に垂直な平面内での算出処理を説明するための図である。
【図５（２）】飛翔体の位置と直線とを含む平面内での算出処理を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…電波送信源、２…目標機（目標）、３…飛翔体、４…飛翔体制御装置、５…アンテナ、６…アンテナ制御装置、７…送受信装置（受信部）、８…検出処理器（目標検出器）、９…方向推定器、１０…データ受信装置、１１…誘導処理器、１２…操舵装置、１３…慣性装置、１４…方向、１５〜１７…飛来位置、１８〜２０…通過点、２１…会合点。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛翔体本体を操舵する操舵装置と、
目標において反射される電波の反射波を受信する受信部と、
この受信部からの検波出力からこの目標を捕捉して追跡し、目標方向への測角信号を計算する目標検出器と、
飛翔体の飛翔位置及びこの飛翔体の飛翔速度を計算する慣性装置と、
これらの飛翔位置及び飛翔速度と予め記憶した前記目標の初期位置及びこの目標の初期速度とに基づき、前記目標の位置及びこの目標の速度を計算するとともにこれらの飛翔体及び目標の会合点の方向に向かうこの飛翔体の飛翔経路を推定演算する方向推定器と、
この方向推定器が演算した飛翔経路又は前記目標検出器が計算した測角信号を用いて誘導計算を行って、前記操舵装置に対する操舵信号を出力する誘導処理器と、を備え、
前記方向推定器は、前記目標の位置、及び前記電波を送信する電波送信源を含み地表に垂直な平面上へこの目標の速度成分を射影し、この平面上でこの速度成分を用いて前記目標によって散乱された散乱波の散乱強度が強い方向に延びる直線を求め、この直線と前記目標の位置とに基づき前記飛翔体の通過点を算出し、前記誘導処理器はこの通過点についての操舵信号を計算することを特徴とする飛翔体。
【請求項２】
前記方向推定器は、前記目標の位置と前記電波送信源の位置とを、前記平面を基準とする２次元座標系に座標変換し、この２次元座標系における前記目標の速度の射影成分と、前記目標の位置と、前記電波送信源の位置とに基づいて、前記直線を求めることを特徴とする請求項１記載の飛翔体。
【請求項３】
前記方向推定器は、前記目標の位置と前記慣性装置にて計算された前記飛翔体の飛翔位置とを、これらの目標の位置及び飛翔位置を含む平面を基準とする２次元座標系に座標変換し、この２次元座標系における前記飛翔体の飛翔速度の射影成分と、前記目標の位置とに基づいて、前記飛翔体の通過点を算出することを特徴とする請求項１記載の飛翔体。
【請求項４】
飛翔体と目標との会合点の方向に向かうこの飛翔体の飛翔経路を推定演算する方向推定器が、慣性装置から得られる前記飛翔体の飛翔位置及びこの飛翔体の飛翔速度と、予め記憶した前記目標の初期位置及びこの目標の初期速度とに基づき、前記目標の位置を計算するステップと、
前記方向推定器が、この目標の位置と、この目標において反射される電波を送信する電波送信源の位置とを、これらの目標の位置及び電波送信源の位置を含む平面を基準とする第１の２次元座標系に座標変換して、この第１の２次元座標系における前記目標の速度の射影成分と、前記目標の位置と、前記電波送信源の位置とに基づき、電波の散乱方向のうちの電波の散乱強度が強い方向に沿って延びる直線を前記平面上で求めるステップと、
前記方向推定器が、前記目標の位置と前記慣性装置から得られる前記飛翔体の飛翔位置とを、これらの目標の位置及び飛翔位置を含む平面を基準とする第２の２次元座標系に座標変換して、この第２の２次元座標系における前記飛翔体の飛翔速度の射影成分と、前記目標の位置とに基づき、前記飛翔体の通過点を算出するステップと、
誘導計算により飛翔体本体を操舵する操舵装置へ操舵信号を出力する誘導処理器が、この通過点についての操舵信号を計算するステップと、を備えたことを特徴とする飛翔体の飛翔方法。
【請求項５】
飛翔体と目標との会合点の方向に向かうこの飛翔体の飛翔経路を推定演算する方向推定器が、慣性装置から得られる前記飛翔体の飛翔位置及びこの飛翔体の飛翔速度と、予め記憶した前記目標の初期位置及びこの目標の初期速度とに基づき、前記目標の位置を計算するステップと、
前記方向推定器が、この目標の位置と、この目標において反射される電波を送信する電波送信源の位置とを、これらの目標の位置及び電波送信源の位置を含む平面を基準とする第１の２次元座標系に座標変換して、この第１の２次元座標系における前記目標の速度の射影成分と、前記目標の位置と、前記電波送信源の位置とに基づき、電波の散乱方向のうちの電波の散乱強度が強い方向に沿って延びる直線を前記平面上で求めるステップと、
前記方向推定器が、前記目標の位置と前記慣性装置から得られる前記飛翔体の飛翔位置とを、これらの目標の位置及び飛翔位置を含む平面を基準とする第２の２次元座標系に座標変換して、この第２の２次元座標系における前記飛翔体の飛翔速度の射影成分と、前記目標の位置とに基づき、前記飛翔体の通過点を算出するステップと、
誘導計算により飛翔体本体を操舵する操舵装置へ操舵信号を出力する誘導処理器が、この通過点についての操舵信号を計算するステップと、
を前記飛翔体に搭載されたコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１】
飛翔体本体を操舵する操舵装置と、
目標において反射される電波の反射波を受信する受信部と、
この受信部からの検波出力からこの目標を捕捉して追跡し、目標方向への測角信号を計算する目標検出器と、
飛翔体の飛翔位置及びこの飛翔体の飛翔速度を計算する慣性装置と、
これらの飛翔位置及び飛翔速度と予め記憶した前記目標の初期位置及びこの目標の初期速度とに基づき、前記目標の位置及びこの目標の速度を計算するとともにこれらの飛翔体及び目標の会合点の方向に向かうこの飛翔体の飛翔経路を推定演算する方向推定器と、
この方向推定器が演算した飛翔経路又は前記目標検出器が計算した測角信号を用いて誘導計算を行って、前記操舵装置に対する操舵信号を出力する誘導処理器と、を備え、
前記方向推定器は、前記目標の位置、及び前記電波を送信する電波送信源を含み地表に垂直な平面上へこの目標の速度成分を射影し、この平面上でこの速度成分を用いて前記目標によって散乱された散乱波の散乱強度が強い方向に延びる直線を求め、この直線と前記目標の位置とに基づき前記飛翔体の通過点を算出し、前記誘導処理器はこの通過点についての操舵信号を計算することを特徴とする飛翔体。
【請求項２】
前記方向推定器は、前記目標の位置と前記電波送信源の位置とを、前記平面を基準とする２次元座標系に座標変換し、この２次元座標系における前記目標の速度の射影成分と、前記目標の位置と、前記電波送信源の位置とに基づいて、前記直線を求めることを特徴とする請求項１記載の飛翔体。
【請求項３】
前記方向推定器は、前記目標の位置と前記慣性装置にて計算された前記飛翔体の飛翔位置とを、これらの目標の位置及び飛翔位置を含む平面を基準とする２次元座標系に座標変換し、この２次元座標系における前記飛翔体の飛翔速度の射影成分と、前記目標の位置とに基づいて、前記飛翔体の通過点を算出することを特徴とする請求項１記載の飛翔体。
【請求項４】
飛翔体と目標との会合点の方向に向かうこの飛翔体の飛翔経路を推定演算する方向推定器が、慣性装置から得られる前記飛翔体の飛翔位置及びこの飛翔体の飛翔速度と、予め記憶した前記目標の初期位置及びこの目標の初期速度とに基づき、前記目標の位置を計算するステップと、
前記方向推定器が、この目標の位置と、この目標において反射される電波を送信する電波送信源の位置とを、これらの目標の位置及び電波送信源の位置を含む平面を基準とする第１の２次元座標系に座標変換して、この第１の２次元座標系における前記目標の速度の射影成分と、前記目標の位置と、前記電波送信源の位置とに基づき、電波の散乱方向のうちの電波の散乱強度が強い方向に沿って延びる直線を前記平面上で求めるステップと、
前記方向推定器が、前記目標の位置と前記慣性装置から得られる前記飛翔体の飛翔位置とを、これらの目標の位置及び飛翔位置を含む平面を基準とする第２の２次元座標系に座標変換して、この第２の２次元座標系における前記飛翔体の飛翔速度の射影成分と、前記目標の位置とに基づき、前記飛翔体の通過点を算出するステップと、
誘導計算により飛翔体本体を操舵する操舵装置へ操舵信号を出力する誘導処理器が、この通過点についての操舵信号を計算するステップと、を備えたことを特徴とする飛翔体の飛翔方法。
【請求項５】
飛翔体と目標との会合点の方向に向かうこの飛翔体の飛翔経路を推定演算する方向推定器が、慣性装置から得られる前記飛翔体の飛翔位置及びこの飛翔体の飛翔速度と、予め記憶した前記目標の初期位置及びこの目標の初期速度とに基づき、前記目標の位置を計算するステップと、
前記方向推定器が、この目標の位置と、この目標において反射される電波を送信する電波送信源の位置とを、これらの目標の位置及び電波送信源の位置を含む平面を基準とする第１の２次元座標系に座標変換して、この第１の２次元座標系における前記目標の速度の射影成分と、前記目標の位置と、前記電波送信源の位置とに基づき、電波の散乱方向のうちの電波の散乱強度が強い方向に沿って延びる直線を前記平面上で求めるステップと、
前記方向推定器が、前記目標の位置と前記慣性装置から得られる前記飛翔体の飛翔位置とを、これらの目標の位置及び飛翔位置を含む平面を基準とする第２の２次元座標系に座標変換して、この第２の２次元座標系における前記飛翔体の飛翔速度の射影成分と、前記目標の位置とに基づき、前記飛翔体の通過点を算出するステップと、
誘導計算により飛翔体本体を操舵する操舵装置へ操舵信号を出力する誘導処理器が、この通過点についての操舵信号を計算するステップと、
を前記飛翔体に搭載されたコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５（１）】
【図５（２）】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５（１）】
【図５（２）】
【公開番号】特開２０１０−７９２３（Ｐ２０１０−７９２３Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６５９６１（Ｐ２００８−１６５９６１）
【出願日】平成２０年６月２５日（２００８．６．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２５日（２００８．６．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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