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技術 誘導装置

出願人 三菱電機株式会社
発明者 廣川類田和仁美
出願日 2000年9月7日 (18年10ヶ月経過) 出願番号 2000-271808
公開日 2002年3月22日 (17年3ヶ月経過) 公開番号 2002-081900
状態 特許登録済
技術分野 武器;爆破
主要キーワード 会合位置 破壊確率 スレッシュホルド 水平方向加速度 誘導性能 会合点 生加速度 大気密度
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2002年3月22日)のものです。
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図面 (12)

課題

目標誘導することを目的として飛しょう体飛しょう経路を制御する誘導装置において、母機から投下後終末誘導開始までの間に適当な速度範囲飛しょう速度を制御する手段を付加することにより、飛しょう体の誘導性能を向上させることを目的とする。

解決手段

飛しょう体の速度、位置情報および目標の位置情報から目標との相対運動を計算する相対運動計算手段3と、飛しょう体の速度指令を出力する速度指令計算器5と、速度指令及び速度により速度制御用加速度指令を生成する加速度指令計算手段6と、相対運動情報を用いて加速度指令を生成する加速度指令計算器10と、加速度指令の切替器2とを備える。

概要

背景

以下に、当該飛しょう体誘導装置の従来実施例を説明する。図9は誘導装置を搭載した飛しょう体の簡略化した構成例を示す。図において、1は飛しょう体の速度及び位置を検出する慣性装置、4は目標の相対位置、相対速度情報を検出するシーカ、3は飛しょう体の位置及び速度情報目標位置情報から相対距離、平均接近速度目視線角時間変化を計算する相対運動計算手段、10はシーカ4または相対運動計算手段3からの目標との平均接近速度、目視線角の時間変化からピッチ系及びヨー系の横加速度指令を計算する加速度指令計算器、14は誘導飛しょう体の発生加速度を制御するために操舵翼17の舵角指令を生成する制御装置、16は制御装置14より操舵翼舵角指令15を受け操舵翼17を駆動する操舵装置である。更に、18は誘導装置全体、21は飛しょう体全体を表す。

従来の誘導装置は上記のように構成される。つづいて飛しょう体21を目標22に誘導するまでのシーケンスについて説明する。目標に関する誘導は鉛直面内と水平面内の誘導により3次元的に定義されるが、両者は同じ構成となるため、鉛直面について説明する。なお、鉛直面内の信号をピッチ系、水平面内の信号をヨー系として定義する。図10に示すように、上記の誘導装置を装備した飛しょう体21が母機20から投下され、目標22に誘導されるとする。誘導を行う際には、目標へと向かうためのピッチ加速度指令acpおよびヨー加速度指令acyを加速度指令計算器10において計算するが、この際には目標との相対位置、相対速度情報が必要である。シーカ4が目標の情報を検出可能な距離に達するまでの間は母機20より与えられた目標位置情報及び慣性装置1による飛しょう体21の位置及び速度情報から相対距離R、平均接近速度Vc、目視線角の時間変化sdp、sdyを相対運動計算手段3において数1により計算して用いる。

概要

目標へ誘導することを目的として飛しょう体の飛しょう経路を制御する誘導装置において、母機から投下後終末誘導開始までの間に適当な速度範囲飛しょう速度を制御する手段を付加することにより、飛しょう体の誘導性能を向上させることを目的とする。

飛しょう体の速度、位置情報および目標の位置情報から目標との相対運動を計算する相対運動計算手段3と、飛しょう体の速度指令を出力する速度指令計算器5と、速度指令及び速度により速度制御用の加速度指令を生成する加速度指令計算手段6と、相対運動情報を用いて加速度指令を生成する加速度指令計算器10と、加速度指令の切替器2とを備える。

目的

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、母機20から投下後終末誘導開始までの間に適当な速度範囲に速度を制御する手段を付加することにより、誘導飛しょう体21の誘導性能を向上させることを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

目標誘導することを目的として飛しょう体飛しょう経路を制御する誘導装置において、飛しょう体の速度、位置情報および目標の位置情報から目標との相対運動を計算する相対運動計算手段と、飛しょう体の速度指令を出力する速度指令計算器と、上記速度指令及び慣性装置より得られた飛しょう体の速度により速度制御用加速度指令を生成する加速度指令計算手段と、上記相運動計算手段により計算された相対運動情報を用いて加速度指令を生成する加速度指令計算機と、飛しょう体の速度情報に基づき上記加速度指令計算手段からの加速度指令と上記加速度指令計算機からの加速度指令とを切り替え制御装置へ出力する切替器とを備えることを特徴とした誘導装置。

請求項2

上記相対運動計算手段より得られた相対運動情報により目標とのクロスレンジを計算するクロスレンジ計算手段と、上記クロスレンジによりヨー方向の指令の符号を切替えて上記切替器に出力する符号切替手段とを備えることを特徴とする請求項1記載の誘導装置。

請求項3

上記符号切替手段において目標との相対距離情報に基づき符号を切替えるクロスレンジの値を変更することを特徴とする請求項2記載の誘導装置。

請求項4

上記加速度指令計算手段において飛しょう体の速度および高度に応じて適切な加速度指令リミット計算を行うことを特徴とする請求項1記載の誘導装置。

請求項5

速度指令計算において目標との相対距離に応じて適切な速度指令計算を行うことを特徴とする請求項1記載の誘導装置。

技術分野

0001

本発明は、航空機から投下され、目標会合すべく飛行する飛しょう体飛しょう経路を制御する誘導装置に関する。

背景技術

0002

以下に、当該飛しょう体の誘導装置の従来実施例を説明する。図9は誘導装置を搭載した飛しょう体の簡略化した構成例を示す。図において、1は飛しょう体の速度及び位置を検出する慣性装置、4は目標の相対位置、相対速度情報を検出するシーカ、3は飛しょう体の位置及び速度情報目標位置情報から相対距離、平均接近速度目視線角時間変化を計算する相対運動計算手段、10はシーカ4または相対運動計算手段3からの目標との平均接近速度、目視線角の時間変化からピッチ系及びヨー系の横加速度指令を計算する加速度指令計算器、14は誘導飛しょう体の発生加速度を制御するために操舵翼17の舵角指令を生成する制御装置、16は制御装置14より操舵翼舵角指令15を受け操舵翼17を駆動する操舵装置である。更に、18は誘導装置全体、21は飛しょう体全体を表す。

0003

従来の誘導装置は上記のように構成される。つづいて飛しょう体21を目標22に誘導するまでのシーケンスについて説明する。目標に関する誘導は鉛直面内と水平面内の誘導により3次元的に定義されるが、両者は同じ構成となるため、鉛直面について説明する。なお、鉛直面内の信号をピッチ系、水平面内の信号をヨー系として定義する。図10に示すように、上記の誘導装置を装備した飛しょう体21が母機20から投下され、目標22に誘導されるとする。誘導を行う際には、目標へと向かうためのピッチ加速度指令acpおよびヨー加速度指令acyを加速度指令計算器10において計算するが、この際には目標との相対位置、相対速度情報が必要である。シーカ4が目標の情報を検出可能な距離に達するまでの間は母機20より与えられた目標位置情報及び慣性装置1による飛しょう体21の位置及び速度情報から相対距離R、平均接近速度Vc、目視線角の時間変化sdp、sdyを相対運動計算手段3において数1により計算して用いる。

0004

0005

シーカ4が目標を検出した後はシーカ4が出力する相対距離、平均接近速度,目視線角の時間変化を用いる。加速度指令計算器10における加速度指令の計算手段としては種々の誘導則が考えられるが、比例航法を用いた場合には数2のようにして計算される。

0006

0007

制御装置14においては、加速度指令計算機10による加速度指令に基づき加速度を発生するような操舵指令を計算する。操舵装置16においては操舵指令に対して実際に操舵翼17を操舵する。これにより、飛しょう体の空力姿勢が変化することにより、指令方向に加速度を発生し、誘導誤差修正される。

0008

ここで、会合する際の誘導飛しょう体21と目標22との相対距離の最小値ミスディスタンスという。ミスディスタンスを小さくすることにより目標22の破壊確率が向上するため、ミスディスタンスが小さくなるような誘導を行なうことが目的とされる。シーカが目標を捕捉するまでの間は母機から得られた情報により目標へと誘導を行うため、真の目標との会合位置に対して速度方向に誤差を発生する可能性が高い。このため、シーカが目標を捕捉し、真の目標方向に近い情報が得られた後にこの誤差を修正する必要がある。ここでシーカが目標を捕捉し、目標の情報が得られる状態に移行することをロックオンと言い、ロックオンから会合までの時間を終末誘導時間と定義する。シーカが目標を捕捉可能な距離は特定の目標を対象とした場合にはほぼ一定値R1となる。したがって、飛しょう体の速度Vmを一定とすると、終末誘導時間tfは数3により計算できる。

0009

0010

図11に一定の速度方向誤差に対して速度方向誤差により発生するミスディスタンスの会合させるまでの終末誘導時間による変化を示す。図より、会合させるまでの終末誘導時間が短くなるにつれてミスディスタンスが相対的に大きくなることが解かる。したがって、ミスディスタンスを小さくするためには適度な終末誘導時間が必要となる。

発明が解決しようとする課題

0011

誘導飛しょう体21において、終末誘導開始時の飛しょう速度が過大であると、限られた終末誘導距離を誘導し目標22に会合させるまでの誘導時間が短くなってしまうため、終末誘導開始時の速度方向誤差を修正することが出来ず、目標22の近傍を通過できないため誘導性能劣化するという問題があった。

0012

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、母機20から投下後終末誘導開始までの間に適当な速度範囲に速度を制御する手段を付加することにより、誘導飛しょう体21の誘導性能を向上させることを目的とする。

課題を解決するための手段

0013

第1の発明による誘導装置は、飛しょう体の速度、位置情報および目標の位置情報から目標との相対運動を計算する相対運動計算手段と、飛しょう体の速度指令を出力する速度指令計算器と、上記速度指令及び慣性装置より得られた飛しょう体の速度により速度制御用の加速度指令を生成する加速度指令計算手段と、上記相運動計算手段により計算された相対運動情報を用いて加速度指令を生成する加速度指令計算機と、飛しょう体の速度情報に基づき上記加速度指令計算手段からの加速度指令と上記加速度指令計算機からの加速度指令とを切り替え切替器とを備えたものである。

0014

また、第2の発明による誘導装置は、第1の発明による誘導装置の構成に加えて上記相対運動計算手段より得られた相対運動情報により目標とのクロスレンジを計算するクロスレンジ計算手段と、上記クロスレンジによりヨー方向の指令の符号を切替えて上記切替器に出力する符号切替手段とを備えたものである。

0015

第3の発明による誘導装置は、第2の発明による誘導装置の構成の符号切替手段において相対距離情報の基づき符号を切替えるクロスレンジの値を変更する機能を設けたものである。

0016

また、第4の発明による誘導装置は、第1の発明による誘導装置の構成の加速指令計算手段において飛しょう体の誘導制御系の安定性を確保するために飛しょう体の速度及び高度に応じて適切な加速度指令リミット計算を行うようにしたものである。

0017

第5の発明による誘導装置は、第1の発明による誘導装置の構成の速度指令計算機において目標との相対距離に応じて速度指令計算を行う機能を設けたものである。

発明を実施するための最良の形態

0018

実施の形態1.以下に、本発明を図面にしたがって説明する。図1は本発明による誘導装置を搭載した誘導飛しょう体21の簡略化した構成例を示す。1は飛しょう体の速度及び位置を検出する慣性装置、2は加速度指令の切替器、3は飛しょう体の位置及び速度情報と目標位置情報から相対距離、平均接近速度、目視線角の時間変化を計算する相対運動計算手段、4は目標の相対位置及び相対速度情報を検出し、相対距離、平均接近速度、目視線角の時間変化を計算するシーカ、5は飛しょう体の速度指令を出力する速度指令計算器、6は速度指令及び速度により速度制御用の加速度指令を生成する加速度指令計算手段、10はシーカ4または相対運動計算手段3からの目標との平均接近速度、目視線角の時間変化からピッチ系及びヨー系の横加速度指令を計算する加速度指令計算器、14は誘導飛しょう体の発生加速度を制御するために操舵翼17の舵角指令を生成する制御装置、16は制御装置14の操舵指令を受け操舵翼17を駆動する操舵装置、18は誘導装置全体、21は飛しょう体全体を表す。

0019

誘導装置は上記のように構成される。従来の実施例と同様にシーカが目標情報を検出可能な相対距離に達するまでは、相対運動計算手段3により計算した平均接近速度、目視線角の時間変化を用いて加速度指令計算器10により加速度指令を計算する。速度指令計算器5においては、速度の上限値を指令値として出力するが、これは次のように計算する。目標とするミスディスタンスを実現するために必要な終末誘導時間をtf1以上とすると、数3よりロックオン時から目標会合までの平均接近速度Vcは数4の関係を満たす必要がある。

0020

0021

ここで目標の移動速度が飛しょう体21の速度に比べて十分に遅い場合には接近速度と飛しょう体21の速度はほぼ等しいとして近似できることから、数5により飛しょう速度の上限値Vm1を設定する。

0022

0023

続いて、数5による速度上限値Vm1と慣性装置1による速度情報Vmから加速度指令計算手段6においてヨー系加速度指令acy1を計算する。ここで速度に関する時間変化は、空気抵抗Dを用いて数6のような運動方程式記述される。

0024

0025

また、揚力Lと空気抵抗Dの間には数7のような関係がある。

0026

0027

数6及び数7より速度を減少させるためには、抵抗を増大させる必要があり、抵抗を増大させるためには揚力を増大させる必要があることが分かる。揚力Lは水平面内の成分Lhと鉛直面内の成分Lvに分けることができるが、速度を低下させるために揚力を増加させた場合、目標との会合点に向かう経路を逸脱する可能性がある。特に鉛直面内の経路を変化させた場合には当初の経路よりも高度が上昇または下降し、大気密度が変化することにより空気抵抗が変化し、速度が増加または減少する可能性がある。そこで、本発明においては水平面内の揚力Lhのみを制御することにより、速度制御を行なうものとする。具体的には、速度上限値Vm1および速度Vmを用いて数8のようにヨー系加速度指令acy1を計算する。

0028

0029

切替器2においては、母機投下からロックオンまでの間は加速度指令計算手段6によるヨー系加速度指令acy1を出力とし、ロックオン後は加速度指令計算器10によるヨー加速度指令acyを出力とする切替処理を行う。

0030

数8によるヨー系加速度を発生することにより空気抵抗が増加し、速度が上限値Vm1を超過することを防止することができる。これにより、終末誘導時間をtf1以上確保することが可能となる。

0031

実施の形態2.図3を用いて本発明の実施の形態2について説明する。図3は実施の形態2に基づく誘導装置を搭載した飛しょう体の構成を示すものである。11は相対運動計算手段3と慣性装置1に基づき目標に対するクロスレンジを計算するクロスレンジ計算器、12はクロスレンジ情報に基づき符号を反転させる符号切替器である。その他の構成品は実施の形態1に基づく誘導装置と同じである。

0032

誘導装置は上記のように構成される。ここで、飛しょう体21が母機20を離脱してから目標へと誘導される間の水平面における軌跡の例を図4に示す。図4において、23はクロスレンジによる符号切替を行わない場合の水平面における飛しょう経路、24はクロスレンジによる符号切替を行った場合の水平面における飛しょう経路、25は符号切替を生じるクロスレンジの上限を示す。母機20から飛しょう体21が投下された地点を基準とし、目標22の方向をダウンレンジ方向、直交する向きをクロスレンジ方向とし、各方向における飛しょう体21と目標22の距離をそれぞれダウンレンジおよびクロスレンジと定義する。実施の形態1と同様に速度を制御することを目的として、水平面に加速度を発生する場合を考えると、この際、数8により水平方向に加速度を発生させた場合には符号が常に正であるため、クロスレンジ方向の速度及びクロスレンジは単調に増加し、軌跡23のような経路をとることになる。ロックオン後には、シーカの情報を用いて目標に対する速度方向誤差を修正する必要があるが、軌跡23を通った場合には、水平方向に大きな速度誤差が発生する可能性がある。ロックオン後にこの誤差を収斂させることができない場合にはミスディスタンスが増大することにより誘導性能が劣化する。

0033

実施の形態2に基づく誘導装置においては、クロスレンジ計算器において相対運動計算手段3の情報を用いてクロスレンジCRを数9により計算する。

0034

0035

符号切替器12においてはクロスレンジCRの大きさとあらかじめ設定したスレッシュホルドLYより数10により加速度指令acy1’の符号を出力する。

0036

0037

これにより、クロスレンジがLYを超えた場合に負の水平方向加速度ayが発生し、クロスレンジは減少する。また、クロスレンジがーLYを下回った場合には正の加速度ayが発生するためクロスレンジは増大する。よって、図4の24のような軌跡をとることになり、ロックオン時の速度方向誤差が減少する。これにより、誘導性能が向上する。

0038

実施の形態3.図5を用いて本発明の実施の形態3について説明する。図5は実施の形態2に基づく誘導装置を搭載した飛しょう体の構成を示すものである。12は実施の形態2と同じく符号切替器である。符号切替器12においてはクロスレンジ計算器11によるクロスレンジCR及びスレッシュホルドLYにより数10により加速度指令の符号を出力する。スレッシュホルドLYは相対距離Rにより数11のように計算する。

0039

0040

ここで、図4と同様の定義により水平面内の軌跡の例を図6に示す。図6において、26はダウンレンジに応じて設定した符号切替を生じるクロスレンジの上限、27はダウンレンジによらず符号切替の上限を一定とした場合の水平面における飛しょう経路、28はダウンレンジにより符号切替の上限を変化させた場合の水平面における飛しょう経路を示す。数11によるLYは図6における26のように相対距離Rが小さくなるに従って減少する。従って実施の形態2に基づく水平面内の軌跡が27のようになるのに対して、28のような軌跡となる。軌跡27においてはロックオン時に目標に対して比較的大きな速度方向誤差を発生する可能性があるのに対して、数11によりLYを計算した場合はLYが26の如くなるため、軌跡28のような経路となる。LYは相対距離Rが小さいところで小さくなるように設定されているため、速度方向誤差は軌跡27の場合と比べて小さくなる。これにより、誘導性能が向上する。

0041

実施の形態4.図7を用いて本発明の実施の形態4について説明する。図7は実施の形態4に基づく誘導装置を搭載した飛しょう体の構成を示すものである。13は水平方向の加速度指令の出力の大きさをリミット値Lay以下に制限するリミッタである。その他の構成は実施の形態1と同じである。ここで、飛しょう体21が機体制御系の安定性を確保しつつ発生可能な横加速度の最大値Laは速度Vmおよび高度hにより数12のように定められる。

0042

0043

リミット値Layはピッチ方向加速度指令acpeおよびLaにより数13のように計算する。

0044

0045

このようにLayを定めることにより発生するヨー方向の加速度はLay以下となり、数12より発生加速度はLa以下となる。よって飛しょう体21が速度Vm、高度hにおいて機体制御系の安定性を保ちつつ発生可能な横加速度を超えるような加速度を発生することがなく、機体制御系の安定性を向上することができる。

0046

実施の形態5.図8を用いて本発明の実施の形態5について説明する。図8は実施の形態5に基づく誘導装置を搭載した飛しょう体の構成を示すものである。5は相対運動計算手段3からの相対距離情報Rに基づき速度指令Vmcを計算する速度指令計算器である。ここで、相対距離Rのところに飛しょう体21がいるとすると目標を検知可能な距離R1まで飛行する間の速度減少量DVは抵抗の平均値Dbにより近似的に定まり、数14で表される。

0047

0048

Vcは目標捕捉時の速度の上限Vc1及び数13によるDVを用いて数15のように計算する。

0049

0050

Vc1をそのまま速度上限値の指令とした場合には、目標検知までに速度が更にDV減少することにより速度が減少しすぎてしまう可能性がある。速度方向の誤差を修正するために発生可能な横加速度の最大値は速度のほぼ二乗に比例するため、速度が減少すると発生可能な横加速度は減少する。このため、速度が減少しすぎると速度方向の誤差を修正するために必要な横加速度を発生できなくなる可能性がある。数14に基づき速度指令を計算することにより、目標捕捉までに速度がDV減少しても速度方向を修正するために十分な速度を確保することが可能であり、誘導性能が向上する。

発明の効果

0051

本発明による誘導装置は、以上のように構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。

0052

第1の発明によれば、ミスディスタンスを小さくするために必要な終末誘導時間を確保することが可能となり、誘導性能が向上する。

0053

また、第2、第3の発明によれば、第1の発明による効果を保ちつつ水平面内の誘導誤差の発生を防止することが可能で、結果として誘導性能が向上する。

0054

第4の発明によれば、第1の発明による効果を保ちつつ過大な加速度を発生することにより機体制御が不安定になることを防止することができる。

0055

また、第5の発明によれば、第1の発明においてより適切な速度指令を用いることにより、速度が減少しすぎることを防止することが可能で、より遠方の目標に対して会合することが可能となる。

図面の簡単な説明

0056

図1本発明の実施の形態1による誘導制御装置の構成を示すブロック図である。
図2本発明の実施の形態1による飛しょう体の誘導方法を示す図である。
図3本発明の実施の形態2による誘導装置の構成を示すブロック図である。
図4本発明の実施の形態2による水平面内の誘導を示す図である。
図5本発明の実施の形態3による誘導装置の構成を示すブロック図である。
図6本発明の実施の形態3による水平面内の誘導を示す図である。
図7本発明の実施の形態4による誘導装置の構成を示すブロック図である。
図8本発明の実施の形態5による誘導装置の構成を示すブロック図である。
図9従来の形態による誘導装置の構成を示すブロック図である。
図10速度方向誤差により発生するミスディスタンスと会合までの終末誘導時間との関係を示す図である。
図11誘導飛しょう体と目標との位置関係を示す図である。

--

0057

1慣性装置、2切替器、3相対運動計算手段、4シーカー、5速度指令計算器、6加速度指令計算手段、7ピッチ系慣性系加速度指令、8バイアス加速度指令、9 スイッチ、10 加速度指令計算器、11クロスレンジ計算器、12 符号切替器、13リミッタ、14制御装置、16操舵装置、17操舵翼、18 従来の誘導装置、19 本発明による誘導装置、20母機、21飛しょう体、22目標。

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