JP2019049371A - Guiding apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、目標を追尾し、飛しょう体を目標に近付くように誘導する誘導装置に関する。 The present invention relates to a guidance device for tracking a target and guiding a flying object to approach the target.
飛しょう体搭載の誘導装置の一例として、シーカまたはホーミング装置がある。この誘導装置は、複雑背景下に存在する目標へ自己を誘導するために、目標と目標以外の背景を高精度で分離し、飛しょう体を目標に対して精密に誘導する。条件の厳しいクラッタ環境下で目標を検出し追尾する誘導装置として、誘導装置における視線（line of sight）の基準線からの目標の見込み角または相対角度（スクイント角または斜視角とも言う）が大きい遠距離においては、ＤＢＳ（Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｂｅａｍ Ｓｈａｒｐｅｎｉｎｇ）処理を用いて、目標抽出、目標識別及び目標への誘導を実施する。また、目標が誘導装置の視線に正対し、ＤＢＳによる高分解能化が不可能な目標の相対角度の小さい近距離においては、モノパルス測角情報を用いた誘導信号へ切り替える（例えば、特許文献１、２参照）。
Seekers or homing devices are examples of flight-mounted guidance devices. The guidance device separates the target and the background other than the target with high accuracy, and guides the flying object to the target precisely, in order to guide the self to the target existing in the complicated background. A guiding device for detecting and tracking a target in a severe clutter environment, the distance from the line of sight of the guiding device to the reference line of the target or the far angle (also referred to as a squint angle or oblique angle) of the target is large In the distance, DBS (Doppler Beam Sharpening) processing is used to carry out goal extraction, goal identification and goal guidance. In addition, at short distances where the target faces the line of sight of the guidance device and the relative angle of the target where high resolution by DBS is not possible is small, switching to a guidance signal using monopulse angle measurement information (for example,
従来の誘導装置は、誘導装置と目標の相対角度が小さい近距離において、モノパルス測角を行うと、複数の目標が誘導装置の１つのビームスポットの中に収まってしまい、目標を分離できなくなる。また、ＤＢＳ処理による高角度分解能化ができなくなって、目標の脆弱部を特定し、追尾することもできないため、目標の脆弱部のような特定部位の予想会合点に向けて飛しょう体を誘導することができないという課題があった。 In the conventional guidance device, when monopulse angle measurement is performed at a short distance where the relative angle between the guidance device and the target is small, a plurality of targets are contained in one beam spot of the guidance device and the targets can not be separated. In addition, because high-angle resolution can not be achieved by DBS processing, and it is not possible to identify and track the vulnerable part of the target, guide the flying body towards the expected meeting point of the specific part such as the fragile part of the target. There was a problem that it was impossible to do.
なお、誘導装置のＤＢＳ処理は、誘導装置を搭載した移動体の移動によって、反射波の到来方向の違いから生じるドップラ周波数差を用いてビーム幅内の信号を分離する高角度分解能処理である。ＤＢＳ処理を用いることで、同一距離にある２つの目標を分離することが可能となる。このため目標の相対角度が大きい場合は、ＤＢＳ処理によって、高角度分解能に目標分離を可能にするので、同一距離にある近接した２つの目標を分離し、各目標を追尾捕捉することができる。しかしながら、目標の相対角度が小さい場合は、同一距離にある２つの目標を分離することができない。これによって２つの目標を１つの目標のように捉えてしまい、また各目標の形状も分からなくなる。 The DBS processing of the guiding device is a high angle resolution processing of separating the signal within the beam width by using the Doppler frequency difference generated from the difference in the arrival direction of the reflected wave by the movement of the moving body mounted with the guiding device. By using DBS processing, it is possible to separate two targets at the same distance. Therefore, when the relative angle of the targets is large, DBS processing enables target separation with high angular resolution, so that it is possible to separate two closely spaced targets at the same distance and track and capture each target. However, if the relative angle of targets is small, it is not possible to separate two targets at the same distance. This captures two goals like one goal, and also makes it impossible to understand the shape of each goal.
この発明は係る課題を解決するためになされたもので、誘導装置と目標の相対角度が小さい近距離においても、目標の特定部位を追尾する誘導装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the problems, and has as its object to obtain a guiding device for tracking a specific region of a target even at a short distance where the relative angle between the guiding device and the target is small.
この発明による目標追尾装置は、電波の送受信によりＰＲＩ（Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔａｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）毎に取得した目標情報を、ディジタル信号の目標情報に変換するＡ／Ｄ変換部（１０）と、上記Ａ／Ｄ変換部（１０）からのディジタル信号の目標情報のドップラ周波数に基づいて、振幅、距離、周波数からなるディジタルマップを出力するとともに、同一距離にある目標を分離し、各目標の速度と目標方位の情報を求めるＤＢＳ処理部（１２）と、遠距離モードの場合に上記ＤＢＳ処理部（１２）により得られたディジタルマップから背景クラッタを弁別して目標を抽出し、近距離モードの場合に上記目標情報の差信号から目標を抽出する目標抽出部（１３）と、上記目標抽出部（１３）の抽出した目標の目標情報から、目標との相対距離及び相対角度からなる目標推定位置情報を求める目標位置推定部（１５）と、上記目標位置推定部（１５）の求めた目標との相対角度を予め設定された角度と比較し、上記目標との相対角度が所定角度より大きい場合に遠距離モードと判定して、上記ＤＢＳ処理部（１２）のディジタルマップを目標抽出部（１３）に出力し、上記目標との相対角度が所定角度より小さい場合に近距離モードと判定して、目標との相対距離と目標全長に基づいて、目標全長に対するビーム送受信回数が所定回数以上となるようにビーム幅とビーム送受信回数を算出するビーム制御部（１９）と、上記遠距離モードの場合に、上記目標位置推定部（１５）の求めた目標推定位置情報に基づいて、追尾ゲートを生成する追尾ゲート計算部（１７）と、上記近距離モードの場合に、ＭＲＩ（Ｍｏｎｏｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ）処理により、上記ビーム制御部（１９）からのビーム送受信回数に応じて、時系列で得られる上記目標情報の差信号を、ビーム制御部（１９）で算出したビーム幅による差信号に補正するビーム幅補正部（１８）と、上記近距離モードの場合に、上記時系列で得られる目標情報のビーム走査によって上記目標位置推定部（１５）の求めた目標推定位置情報から、三次元目標画像を求める三次元目標画像生成部（２０）と、上記三次元目標画像生成部（２０）の求めた三次元目標画像から目標形状を検出し、当該目標形状から目標の特定部位（脆弱位置３６）を算出し、目標移動方位と目標速度に応じた予想会合時の特定部位（予想会合時の脆弱位置３７）に基づいて、追尾位置を求める位置計算部（目標脆弱位置計算部２１）と、上記追尾ゲート計算部（１７）もしくは上記位置計算部（目標脆弱位置計算部２１）の生成した追尾位置に基づいて、目標への誘導信号を生成する誘導計算部（１６）を備えたものである。 A target tracking device according to the present invention comprises an A / D converter (10) for converting target information acquired for each PRI (Pulse Repetation Interval) by transmission and reception of radio waves into target information of a digital signal; Based on the Doppler frequency of the target information of the digital signal from (10), it outputs a digital map consisting of amplitude, distance, and frequency, and separates targets at the same distance, and information on velocity and target direction of each target The target is extracted by discriminating background clutters from the digital map obtained by the DBS processing unit (12) and the DBS processing unit (12) in the long distance mode, and the difference between the target information in the short distance mode. From the target extraction unit (13) for extracting a target from the signal and the target information of the target extracted by the target extraction unit (13), The relative angle between the target position estimation unit (15) for obtaining target estimated position information consisting of the relative distance to the target and the relative angle, and the target determined by the target position estimation unit (15) is compared with a preset angle. If the relative angle to the target is larger than the predetermined angle, it is determined that the distance mode is set, and the digital map of the DBS processing unit (12) is output to the target extraction unit (13), and the relative angle to the target is The beam is determined to be the short distance mode when smaller than the predetermined angle, and the beam width and the number of times of beam transmission and reception are calculated based on the relative distance to the target and the target total length so that the number of times of beam transmission and reception is equal to or more A tracking gate calculation unit (17) that generates a tracking gate based on the target estimated position information obtained by the control unit (19) and the target position estimation unit (15) in the case of the long distance mode In the case of the short distance mode, a beam control unit generates a difference signal of the target information obtained in time series according to the number of times of beam transmission and reception from the beam control unit (19) by MRI (Monopulse Resolution Improvement) processing. (19) A beam width correction unit (18) for correcting a difference signal according to the beam width calculated in (19), and the target position estimation unit (15) by beam scanning of target information obtained in the time series in the short distance mode. A target shape is detected from the three-dimensional target image determined by the three-dimensional target image generation unit (20) for determining a three-dimensional target image from the estimated target position information determined in The target specific part (fragile position 36) is calculated from the target shape, and the specific part at the time of the expected meeting according to the target movement direction and the target speed The position calculation unit (target weak position calculation unit 21) for obtaining the tracking position based on the fragile position 37) at the time of meeting, the tracking gate calculation unit (17) or the position calculation unit (target weak position calculation unit 21) A guidance calculation unit (16) is provided which generates a target guidance signal based on the generated tracking position.
この発明によれば、目標との距離が遠距離から近距離に至っても、目標全長から目標の特定部位を特定し、当該特定部位を追尾することができる。 According to the present invention, even if the distance to the target reaches from a long distance to a short distance, it is possible to identify a specific part of the target from the total length of the target and track the specific part.
実施の形態１．
図１は、この発明による実施の形態１に係る誘導装置の構成を示すブロック図である。図１において、飛しょう体１は、目標２に向けた誘導信号を出力する誘導装置３と、飛行制御部５０と、操舵部６０を備えている。誘導装置３は、電波の送受信によって取得した目標情報をもとに誘導信号を出力する目標追尾装置としてのシーカ４を備える。飛しょう体１は、その胴体に複数枚の固定翼（図示せず）が設けられる。また、飛しょう体１は、その胴体に操舵可能に設けられた複数枚の操舵翼（図示せず）が設けられる。操舵部６０は、飛しょう体１の操舵翼を操舵駆動する。
なお、飛しょう体１に搭載されているシーカ４以外の機器については記載を省略している。また、飛しょう体１は、移動体の一例である。また、目標２は固定の静止物でも、移動している移動物であっても良い。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a guiding apparatus according to
In addition, description is abbreviate | omitted about apparatuses other than Seeker 4 mounted in the
シーカ４は、エキサイタ部５と、送信部６と、送受信切換部７と、位相モノパルスアンテナ８と、受信部９と、Ａ／Ｄ変換部１０と、ＤＢＳ処理部１２と、目標抽出部１３と、測角演算部１４と、目標位置推定部１５と、誘導計算部１６と、追尾ゲート計算部１７と、ビーム幅補正部１８と、ビーム制御部１９と、三次元目標画像生成部２０と、位置計算部である目標脆弱位置計算部２１を備えて構成される。
The
エキサイタ部５は、送信周波数信号とローカル信号を生成する。送信部６は、ビーム制御部１９からの制御信号に従い、エキサイタ部５からの送信周波数信号を増幅した送信信号を出力する。送受信切換部７は、送信部６から送信信号を位相モノパルスアンテナ８に出力する。また、送受信切換部７は、位相モノパルスアンテナ８からの受信信号を受信部９に出力する。送受信切換部７は、予め定められたＰＲＩ（Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔａｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）のタイミングで、送信信号もしくは受信信号の送受信を切り換える。位相モノパルスアンテナ８は、送受信切換部７を介して送信部６からの送信信号が入力され、その送信波を空間へ送信する。位相モノパルスアンテナ８から送信された送信波の一部は目標２にて反射し、目標２からの反射波となる。また位相モノパルスアンテナ８は目標２からの上記反射波を受信し、その受信信号は送受信切換部７を介して受信部９に入力される。受信部９は、エキサイタ部５からのローカル信号が入力される。
The
受信部９は、上記受信信号として位相モノパルスアンテナ８から出力された時系列の和信号と差信号が入力される。受信部９は、この時系列の和信号と差信号を、エキサイタ部５から出力されたローカル信号により位相検波し、目標２及び背景クラッタの振幅、位置情報を含む時系列のビデオ信号に変換し、出力する。Ａ／Ｄ変換部１０は、ＰＲＩ毎に受信部９から出力され、取得したビデオ信号をディジタル信号に変換し、振幅、位置情報を含む時系列のディジタル信号の目標情報を、ＤＢＳ処理部１２に入力する。
The
誘導装置３は、シーカ４の外部に設けた慣性装置（Inertial Measurement Unit）によって、飛しょう体１の自機速度及び動揺信号１１を計測し、ＤＢＳ処理部１２に入力する。ＤＢＳ処理部１２は、Ａ／Ｄ変換部１０からＰＲＩ毎に出力されるディジタル信号の目標情報を、自機速度及び動揺信号１１によって位相補償して、周波数変換した振幅、距離、周波数からなるディジタルマップを抽出し、出力する。ディジタルマップは、目標２の振幅、飛しょう体１と目標２との相対距離、目標２のドップラ周波数、及び目標２の目標速度と目標移動方位の情報からなる目標情報と、背景クラッタの振幅、背景クラッタとの距離、及びドップラ周波数からなる背景クラッタ情報を含む。ＤＢＳ処理部１２は、飛しょう体１が移動することで、反射波の到来方向の違いから生じるドップラ周波数差を用いて、ビーム幅内の信号を分離する。これにより、同一距離にある２つの目標を分離する。また、ＤＢＳ処理部１２は、目標２の時系列のドップラ周波数から、目標速度と目標移動方位の情報を求める。
The
目標抽出部１３は、ＤＢＳ処理部１２から出力されたディジタルマップもしくは後述する差信号を基に、目標２と背景クラッタを弁別し、目標２の目標情報のみを抽出する。測角演算部１４は、目標抽出部１３から出力される目標情報から、誘導装置３における視線の基準線からの目標の相対角度を計算し、目標情報及び計算した相対角度を目標位置推定部１５に入力する。目標位置推定部１５は、入力される目標情報及び相対角度から、飛しょう体１と目標２との相対距離及び相対角度情報からなる目標推定位置情報を生成する。目標位置推定部１５は測角演算部１４を有していても良い。追尾ゲート計算部１７は、目標位置推定部１５の生成した目標推定位置情報を基に、背景クラッタを除外する追尾ゲートを生成する。誘導計算部１６は、追尾ゲート計算部１７の生成した追尾ゲートと、後述する目標脆弱位置計算部２１からの予想会合時の目標２の特定部位である予想会合時の脆弱位置３７（後述）に基づいて、目標２への誘導信号を生成する。誘導計算部１６は、生成した誘導信号を飛しょう体１の飛行制御部５０へ出力する。飛行制御部５０は、誘導計算部１６の生成した誘導信号に基づいて操舵指令を生成する。操舵部６０は、飛行制御部５０の生成した操舵指令に基づいて、各操舵翼を操舵する。
The
ビーム制御部１９は、目標抽出部１３から出力される目標情報と目標位置推定部１５からの目標推定位置情報（後述）から、飛しょう体１と目標２との相対距離と目標２の目標全長を抽出し、抽出した目標２との相対距離と目標全長に基づいて、ビーム幅とビーム送受信回数を算出する。ビーム制御部１９は、目標位置推定部１５の求めた目標との相対角度を予め設定された角度と比較し、目標２との相対角度が所定角度より大きい場合に遠距離モードと判定して、ＤＢＳ処理部１２のディジタルマップを目標抽出部１３に出力する。また、ビーム制御部１９は、目標２との相対角度が所定角度より小さい場合に近距離モードと判定して、目標２との相対距離と目標全長に基づいて、目標全長に対するビーム送受信回数が所定回数以上となるようにビーム幅とビーム送受信回数を算出する。
The beam control unit 19 determines the relative distance between the projectile 1 and the
ビーム幅補正部１８は、Ａ／Ｄ変換部１０からＰＲＩ毎に出力されるディジタル信号が入力される。また、ビーム幅補正部１８は、近距離モードの場合に、ビーム制御部１９からビーム幅とビーム送受信回数が入力される。ビーム制御部１９は、送信部６に制御信号を入力する。
The beam
ビーム幅補正部１８は、近距離モードの場合に、ＭＲＩ（Monopulse Resolution Improvement）技術を用いたＭＲＩ処理により、ビーム制御部１９から出力されたビーム幅でビーム照射した場合に受信する差信号が得られるように、ビーム制御部１９からのビーム送受信回数に応じて、Ａ／Ｄ変換部１０から時系列で得られる振幅、位置情報を含むディジタル信号の目標情報についてモノパルス測角の角度分解能を改善するための信号補正を行い、当該目標情報の差信号を、ビーム制御部１９で算出したビーム幅による差信号に補正する。
The beam
三次元目標画像生成部２０は、目標情報のビーム走査により時系列で目標位置推定部１５から出力される目標推定位置情報を、極座標で記述される位置情報に設定して、極座標系の三次元目標画像を求める。ここでの極座標は、Ｂｙ軸が方位角、Ｅ軸が仰角、Ｒ軸が相対距離となるようにする。
The three-dimensional target
目標脆弱位置計算部２１は、三次元目標画像生成部２０からの極座標系の三次元目標画像により、目標２の形状を検出し、目標２の形状から目標２の脆弱位置を特定部位として算出する。また、目標脆弱位置計算部２１は、目標抽出部１３から出力された目標情報に含まれる目標速度と、目標移動方位と、シーカ４の外部装置から取得した海面位置２２と、上記目標脆弱位置計算部２１の算出した目標２の脆弱位置に基づき、目標２と飛しょう体１との予想会合時の目標２の脆弱位置を、予想会合時の目標２の特定部位として算出する。
The target fragile
次に、図２は、実施の形態１に係る誘導装置の飛しょう経路の運用形態を示す図である。図３は、実施の形態１に係る誘導装置の誘導処理フローを示す図である。図４は、実施の形態１に係る誘導装置における近距離目標追尾時のビーム走査の運用形態を示す図である。図５は、実施の形態１に係る誘導装置における目標の画像認識の運用形態を示す図である。図６は、実施の形態１に係る誘導装置における近距離目標の特定部位の特定処理を示す図である。図１〜図６を参照しながら、実施の形態１に係る誘導装置の動作を説明する。 Next, FIG. 2 is a diagram showing an operation mode of the flight route of the guiding device according to the first embodiment. FIG. 3 is a diagram showing a guidance processing flow of the guidance device according to the first embodiment. FIG. 4 is a diagram showing an operation mode of beam scanning at the time of near distance target tracking in the guidance device according to the first embodiment. FIG. 5 is a diagram showing an operation form of image recognition of a target in the guidance device according to the first embodiment. FIG. 6 is a diagram showing identification processing of a specific region of a short distance target in the guidance device according to the first embodiment. The operation of the guidance device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
図２において、誘導装置３を搭載した飛しょう体１は、初期位置２４から飛しょう経路２５に沿って、目標２に向けて誘導される例を示している。目標２は、静止状態で位置が固定されている、もしくは低速度で移動中のものであって、例えば陸上の施設や海上を航行中の艦船等である。また、飛しょう経路２５上には、処理モードが遷移する遷移点２６が設けられている。
In FIG. 2, an example is shown in which the flying
ここで、初期位置２４から遷移点２６の間の処理モードは、飛しょう体１が目標２から遠方にあって、相対角度２７が大きい遠距離モードの場合を示している。遷移点２６から目標２の間の処理モードは、シーカ４が目標２に接近して、相対角度２７が小さい近距離モードの場合を示している。
Here, the processing mode between the initial position 24 and the
図３において、飛しょう体１は、誘導装置３が図３に示す処理フローを周期的に実行し、誘導信号を出力することにより、目標２に向けて誘導される。
In FIG. 3, the flying
まず、飛しょう体１が初期位置２４から遷移点２６の間にあって、目標２に対し遠距離の位置にある状況下において、誘導装置３の誘導処理フローを説明する。ここでは、目標２として艦船を例に取り、図１〜図３を参照して説明する。
First, the guidance processing flow of the
図３の誘導処理フローの説明において、ステップを単に「Ｓ」と表記し、例えばステップ１はＳ１と記述する。
Ｓ１にて、ビーム制御部１９は、近距離モードもしくは遠距離モードの何れの処理モードであるかの処理モード判定を行う。
この処理モード判定Ｓ１は、目標２との相対角度２７を基準として行い、相対角度２７が大きい場合は遠距離モード、相対角度２７が小さい場合は近距離モードと判定できる。
飛しょう体１の初期の飛行状態（以下、初期状態）において、飛しょう体１は、処理モード判定Ｓ１にて初期処理モードに該当する遠距離モードを判定して、Ｓ２に移る。
In the explanation of the guiding process flow of FIG. 3, the step is simply described as "S", and for example,
In S1, the beam control unit 19 performs processing mode determination as to whether the processing mode is the short distance mode or the long distance mode.
The processing mode determination S1 is performed based on the
In the initial flight state (hereinafter referred to as the initial state) of the flying
Ｓ２にて、処理モード判定Ｓ１において遠距離モードと判定されると、誘導装置３は、ＤＢＳ処理Ｓ５で目標検出するために、位相モノパルスアンテナ８を目標２に指向させるビーム制御を行う。
When it is determined in S2 that the processing mode determination S1 is the long distance mode, the guiding
次に、Ｓ３にて、エキサイタ部５で生成した送信周波数信号を送信部６で増幅し、送受信切換部７を経て、位相モノパルスアンテナ８から目標２に向けて送信波を送信する。
Next, in S3, the transmission frequency signal generated by the
次に、Ｓ４にて、Ｓ３で送信した送信波が目標２あるいは背景クラッタで反射された反射波を位相モノパルスアンテナ８で受信する。送受信切換部７を経由した時系列の受信信号をエキサイタ部５から出力されたローカル信号で位相検波する。位相検波により、受信信号を目標及び背景クラッタの振幅、位置情報を含む時系列のビデオ信号に変換後、Ａ／Ｄ変換部１０でディジタル信号に変換し、ＤＢＳ処理部１２へ出力する。
Next, in S4, the transmission wave transmitted in S3 receives the reflected wave reflected by the
次に、Ｓ５にて、ＤＢＳ処理部１２は、ＰＲＩ毎のディジタル信号を自機速度及び動揺信号１１によって位相補償し、周波数変換した目標の振幅、距離、周波数の情報を含んだディジタルマップを生成する。 Next, in S5, the DBS processing unit 12 phase compensates the digital signal of each PRI with its own speed and oscillation signal 11, and generates a digital map including information of the frequency-converted target amplitude, distance, and frequency. Do.
次に、Ｓ６にて、目標抽出部１３は、ＤＢＳ処理部１２から出力されたディジタルマップから目標２と背景クラッタを弁別し、目標情報として、図６で後述する目標速度２３、目標移動方位３５を算出する。
また、Ｓ７にて、測角演算部１４は、目標情報から相対角度２７を計算する。
Next, in S6, the
Further, in S7, the angle measurement calculation unit 14 calculates the
次に、Ｓ８にて、目標位置推定部１５は、相対距離及び相対角度情報からなる目標２の目標推定位置情報を生成する。
また、目標位置推定部１５は、処理モード設定Ｓ９を行う。
Ｓ９にて、目標との相対角度２７が所定角度より小さい場合には、遠距離モードから近距離モードへ移行してＳ１２以降の処理を行う。例えば、遷移点２６においては相対角度２７が所定角度より小さくなるので、遷移点２６の通過に伴い遠距離モードから近距離モードへ移行する。
Next, in S8, the target
Further, the target
When the
次に、Ｓ１０にて、追尾ゲート計算部１７は、Ｓ８で出力された目標推定位置情報の相対距離及び相対角度情報に基づき、背景クラッタを除外する追尾ゲートを生成し、目標抽出画像から目標位置情報のみを抽出する。
Next, in S10, the tracking
次に、Ｓ１１にて、誘導計算部１６は、Ｓ８で生成した目標推定位置情報を用いて、飛しょう体１を目標２に向けて誘導するための誘導信号を生成する。
Next, in S11, the
このように、飛しょう体１が初期位置２４から遷移点２６の間にあって目標２に対して遠距離にある状況では、シーカ４から得た誘導信号に基づいて、飛しょう体１は目標２に向けて近付くように誘導される。
Thus, in the situation where the flying
次いで、飛しょう体１が遷移点２６から目標２の間にあって、目標２に対し近距離に位置する状況下における誘導装置３の誘導処理フローについて、図１〜図３を参照して説明する。なお、ビーム制御Ｓ１２については図４を参照して説明し、三次元目標画像生成Ｓ２０については図５を参照して説明し、目標脆弱位置計算Ｓ２１については図６を参照して説明する。
Next, the guidance processing flow of the
ビーム制御部１９は、処理モード判定Ｓ１にて近距離モードであると判定すると、Ｓ１２に移行する。
Ｓ１２にて、ビーム制御部１９は、遠距離モード時の目標抽出処理Ｓ６により出力された目標全長と、目標位置推定Ｓ８により出力された相対距離３０に基づき、目標全長に対するビーム送受信回数が所定回数以上になるように、ビーム幅３１とビーム送受信回数を算出する。
When the beam control unit 19 determines that the short distance mode is set in the processing mode determination S1, the process proceeds to S12.
In S12, the beam control unit 19 determines that the number of beam transmissions / receptions for the target total length is a predetermined number of times based on the target total length output in the target extraction processing S6 in the long distance mode and the
このビーム送受信回数は、図４に例示するビームスポット２９の数である。図４は、現在の飛しょう***置３２から現在の目標位置２８に対してビーム走査する例を示している。
ここで、相対距離３０と目標全長Ｌを基に、ビーム送受信回数であるビームスポット数Ｎが所定回数以上となるように設定する。
The number of times of beam transmission and reception is the number of beam spots 29 illustrated in FIG. FIG. 4 shows an example of beam scanning from the
Here, based on the
ビーム送受信回数は、多いほど正確に目標形状を検出できるため、最低５回〜１０回以上が必要である。ビーム送受信回数は、｛（目標全長Ｌ／ビームスポット２９の直径ａ）×Ｎ（Ｎは正の整数）＋１｝以上の整数から算出する。ビームを上下二段に振ることにより、ビーム送受信回数を増やして目標検出精度を高める場合は、Ｎ＝２とする。ビームスポット２９の直径ａはビーム幅３１と相対距離３０から決まる。
Since the target shape can be detected more accurately as the number of times of beam transmission and reception increases, at least five to ten times or more are required. The number of times of beam transmission and reception is calculated from an integer of {(target total length L / diameter of beam spot 29) × N (N is a positive integer) +1} or more. When the target detection accuracy is increased by increasing the number of beam transmissions and receptions by swinging the beam up and down in two steps, N = 2. The diameter a of the beam spot 29 is determined from the beam width 31 and the
例えば図４に示す例のように、目標全長が１６０ｍ、相対距離３０が５ｋｍの場合、ビーム幅３１が約０．５度であれば、ビームスポット２９の直径は約４３ｍ（５×ｔａｎ（０．５°））となる。この場合、ビーム送受信回数は、１６０［ｍ］／４３［ｍ］×２＋１＝８．４となり、８．４以上の最少整数が９であることから、９回となるように設定する。これによって９個のビームスポット２９の目標検出情報を得ることができる。
For example, as in the example shown in FIG. 4, when the target total length is 160 m and the
次に、遠距離モードのＳ３、Ｓ４と同様に、送信波送信Ｓ１３、反射波受信Ｓ１４の処理を実施する。 Next, in the same manner as S3 and S4 in the long distance mode, the processes of transmission wave transmission S13 and reflected wave reception S14 are performed.
次に、Ｓ１５において、ビーム幅補正部１８は、近距離モードの場合に、モノパルス測角の角度分解能を改善するＭＲＩ技術を用いたＭＲＩ処理によって、受信した時系列の差信号を、ビーム制御部１９で設定したビーム幅でビーム照射した場合の差信号に補正する。
Next, in S15, in the case of the short distance mode, the beam
Ｓ１６では、ビーム幅補正部１８でビーム幅の補正された差信号について、目標抽出処理を行う。ここで、目標抽出部１３は、Ａ／Ｄ変換部１０から出力された目標の振幅、位置情報を含む時系列のディジタル信号において、所定の受信強度を上回る信号を目標２として抽出する。
In S16, target extraction processing is performed on the difference signal whose beam width has been corrected by the beam
次に、Ｓ１７において、測角演算部１４は、遠距離モードと同様に、相対角度２７を算出する。
Next, in S17, the angle measurement calculation unit 14 calculates the
Ｓ１８では、目標位置推定部１５は、近距離モードの場合に、目標２の相対距離情報を生成する。
In S18, the target
Ｓ１９では、目標位置推定部１５は、ビーム送受信回数判定を行う。
ビーム送受信回数判定Ｓ１９において、ビーム送受信回数が何回目かを判定する。
今回のビーム送受信回数がビーム制御Ｓ１２で設定されたビーム送受信回数以下の場合、ビーム制御Ｓ１２で設定されたビーム送受信回数を満たすまで、ビーム送受信ごとに目標２として抽出された目標推定位置情報は保持し、ビーム制御Ｓ１２から目標位置推定Ｓ１８までを繰り返す。
In S19, the target
In the beam transmission / reception frequency determination S19, it is determined how many times the beam transmission / reception frequency is.
When the number of times of beam transmission and reception this time is equal to or less than the number of times of beam transmission and reception set in beam control S12, target estimated position information extracted as
ビーム送受信回数判定Ｓ１９において、ビーム制御Ｓ１２で設定されたビーム送受信回数を満たす場合、Ｓ２０の三次元目標画像生成を行う。
図５に示すとおり、三次元目標画像生成部２０は、目標２として抽出された目標推定位置情報（相対距離及び相対角度情報）３３を、原点が現在の飛しょう***置３２とする極座標(Ｂｙ軸が方位角、Ｅ軸が仰角、Ｒ軸が相対距離)に設定する。このとき三次元目標画像生成部２０は、受信部９の受けた反射信号に対応する、図４に示した目標２の下段部の４つのビームスポットと上段部の５つのビームスポットを用いて、目標推定位置情報３３の集積により、図５に示す極座標系の三次元目標画像４０を得る。
In the beam transmission / reception frequency determination S19, when the number of beam transmission / reception times set in the beam control S12 is satisfied, the three-dimensional target image generation in S20 is performed.
As shown in FIG. 5, the three-dimensional target
図６には、現在の飛しょう位置３２からビーム走査された現在の目標位置２８が示されている。
目標脆弱位置計算部２１は、極座標系の三次元目標画像４０から検出した目標形状により、現在の脆弱位置３６として、例えば艦船では中央下部を計算する。（現在の）脆弱位置３６は、海面位置２２と目標推定位置情報３３を用いて、飛しょう体基準極座標系から地球中心座標系に座標変換して算出する。
FIG. 6 shows the
The target fragile
ここで、目標脆弱位置計算部２１は、（現在の）脆弱位置３６を次のように設定する。
例えば、目標脆弱位置計算部２１は、目標形状に対する脆弱位置を、予めテーブル化または関数化して内部記憶装置に設定しておく。例えば図４に示すような船が目標２である場合、目標２の全体形状を上段部と下段部に区分けし、下段部の中央部位を（現在の）脆弱位置３６と予め定めておく。
Here, the target fragile
For example, the target fragile
目標脆弱位置計算部２１は、三次元目標画像生成部２０からの三次元目標画像に基づいて、内部記憶装置に予め設定された目標形状に対する脆弱位置の情報を参照して、当該三次元目標画像における下段部の４つのビームスポットの中央部を（現在の）脆弱位置３６とする。このとき、三次元目標画像生成部２０からの三次元目標画像の上段部は、１個分しかビームスポットがないから、（現在の）脆弱位置３６として選択しない。
Based on the three-dimensional target image from the three-dimensional target
なお、目標脆弱位置計算部２１は、検出した目標形状から目標種別を特定し、予め設定された目標種別データテーブルから目標の（現在の）脆弱位置３６を抽出するようにしても良い。また、目標種別を特定できない場合に、重心点を脆弱部として設定しても良い。
The target fragile
また、遠距離モード時の目標抽出処理Ｓ６から出力された目標移動方位３５と目標速度２３を考慮して、予想会合時の目標位置３４、予想会合時の脆弱位置３７を特定部位として推定する計算を行う。予想会合時の脆弱位置３７は、飛しょう体基準極座標系から地球中心座標系に座標変換して算出する。
In addition, in consideration of the
ここで、海面位置２２は、予めシーカ４の外部装置によって計測する。例えば誘導装置３にＧＰＳ測位装置を設けるとともに、緯度及び経度の２次元位置に応じた海面高度を示すディジタル地図情報を、予め誘導装置３のデータベースに格納しておく。飛しょう体１の緯度及び経度を示す絶対位置（２次元位置）を計測し、計測した絶対位置に基づいてディジタル地図情報を参照して、計測した絶対位置に対応した海面高度を得る。得られた海面高度と緯度及び経度の２次元位置から、海面位置２２を算出する。
Here, the
図６に例示するように、誘導計算Ｓ１１において、誘導計算部１６は、飛しょう体１を、現在の飛しょう***置３２から予想会合時の脆弱位置３７に向けて誘導するための飛しょう経路３８を算出する。誘導計算部１６は、当該算出した飛しょう経路３８に基づいて、誘導信号を生成する。飛しょう体１は、誘導計算部１６の誘導信号に基づき、飛行制御部５０を制御し、操舵部６０の操舵翼を操舵する。
As illustrated in FIG. 6, in the guidance calculation S11, the
以上のように、実施の形態１による誘導装置３は、電波の送受信によりＰＲＩ毎に取得した目標情報を、ディジタル信号の目標情報に変換するＡ／Ｄ変換部１０と、上記Ａ／Ｄ変換部１０からのディジタル信号の目標情報のドップラ周波数に基づいて、振幅、距離、周波数からなるディジタルマップを出力するとともに、同一距離にある目標を分離し、各目標の速度と目標方位の情報を求めるＤＢＳ処理部１２と、遠距離モードの場合に上記ＤＢＳ処理部１２により得られたディジタルマップから背景クラッタを弁別して目標を抽出し、近距離モードの場合に上記目標情報の差信号から目標を抽出する目標抽出部１３と、上記目標抽出部１３の抽出した目標の目標情報から、目標との相対距離及び相対角度からなる目標推定位置情報を求める目標位置推定部１５と、上記目標位置推定部１５の求めた目標との相対角度を予め設定された角度と比較し、上記目標との相対角度が所定角度より大きい場合に遠距離モードと判定して、上記ＤＢＳ処理部１２のディジタルマップを目標抽出部１３に出力し、上記目標との相対角度が所定角度より小さい場合に近距離モードと判定して、目標との相対距離と目標全長に基づいて、目標全長に対するビーム送受信回数が所定回数以上となるようにビーム幅とビーム送受信回数を算出するビーム制御部１９と、上記遠距離モードの場合に、上記目標位置推定部１５の求めた目標推定位置情報に基づいて、追尾ゲートを生成する追尾ゲート計算部１７と、上記近距離モードの場合に、ＭＲＩ（Ｍｏｎｏｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ）処理により、上記ビーム制御部１９からのビーム送受信回数に応じて、時系列で得られる上記目標情報の差信号を、ビーム制御部１９で算出したビーム幅による差信号に補正するビーム幅補正部１８と、上記近距離モードの場合に、上記時系列で得られる目標情報のビーム走査によって上記目標位置推定部１５の求めた目標推定位置情報から、三次元目標画像を求める三次元目標画像生成部２０と、上記三次元目標画像生成部２０の求めた三次元目標画像から目標形状を検出し、当該目標形状から目標の特定部位（脆弱位置３６）を算出し、目標移動方位と目標速度に応じた予想会合時の特定部位（予想会合時の脆弱位置３７）に基づいて、追尾位置を求める位置計算部（目標脆弱位置計算部２１）と、上記追尾ゲート計算部１７もしくは上記位置計算部（目標脆弱位置計算部２１）の生成した追尾位置に基づいて、目標への誘導信号を生成する誘導計算部１６を備えたことを特徴とする。
また、誘導装置３は、送信周波数信号とローカル信号を生成するエキサイタ部５と、ビーム制御部１９からの制御信号に従い、エキサイタ部５からの送信周波数信号を増幅した送信信号を出力する送信部６と、送信部６からの送信信号を位相モノパルスアンテナ８に出力するとともに、位相モノパルスアンテナ８からの受信信号を受信部９に出力する送受信切換部７と、送受信切換部７を介して入力される位相モノパルスアンテナ８の受信信号を、エキサイタ部５からのローカル信号により位相検波し、ビデオ信号に変換し、Ａ／Ｄ変換部１０に入力する受信部９を備えていても良い。
また、目標位置推定部１５は、目標抽出部１３から出力される目標情報から、誘導装置３における視線の基準線からの目標の相対角度を計算し、目標情報及び計算した相対角度を求める測角演算部１４を有していても良い。
なお、誘導装置３において、エキサイタ部５と、送信部６と、送受信切換部７と、位相モノパルスアンテナ８と、受信部９と、Ａ／Ｄ変換部１０と、ＤＢＳ処理部１２と、目標抽出部１３と、測角演算部１４と、目標位置推定部１５と、誘導計算部１６と、追尾ゲート計算部１７と、ビーム幅補正部１８と、ビーム制御部１９と、三次元目標画像生成部２０と、位置計算部（目標脆弱位置計算部２１）は、飛しょう体１に搭載されるシーカ４を構成する。誘導装置３は、シーカ４のＤＢＳ処理部１２に自機速度及び動揺信号１１を入力し、またシーカ４の位置計算部（目標脆弱位置計算部２１）に海面位置２２を入力するようにしても良い。
As described above, the guiding
Further, the guiding
Further, the target
In the
これにより、ＤＢＳの高分解能化が不可能となる目標２の近距離において、目標全長に対し、ビームスポットの直径を考慮してビーム送受信回数を設定することで、モノパルス測角の分解能を改善したＭＲＩ技術を用いて狭いビーム幅で走査した結果を取得し、目標２の形状を検出する。これによって予想会合時の脆弱位置３７を特定部位として算出することで、目標２を特定部位に向けて高精度で会合させることができる。
As a result, the resolution of monopulse angle measurement is improved by setting the number of beam transmissions and receptions in consideration of the diameter of the beam spot with respect to the entire target length in the close range of
このように、目標全長に対し、狭いビーム幅で走査した結果を取得し、目標の形状を検出し、予想会合時の特定部位を算出して、目標の特定部位を追尾することが可能となる。 As described above, it is possible to acquire the result of scanning with a narrow beam width with respect to the entire target length, detect the shape of the target, calculate the specific site at the expected meeting, and track the specific target site. .
１ 飛しょう体、２ 目標、３ 誘導装置、４ シーカ、５ エキサイタ部、６ 送信部、７ 送受信切換部、８ 位相モノパルスアンテナ、９ 受信部、１０ Ａ／Ｄ変換部、１１ 自機速度及び動揺信号、１２ ＤＢＳ処理部、１３ 目標抽出部、１４ 測角演算部、１５ 目標位置推定部、１６ 誘導計算部、１７ 追尾ゲート計算部、１８ ビーム幅補正部、１９ ビーム制御部、２０ 三次元目標画像生成部、２１ 目標脆弱位置計算部、２２ 海面位置、２３ 目標速度、２４ 初期位置、２５ 飛しょう経路、２６ 遷移点、２７ 相対角度、２８ 現在の目標位置、２９ ビームスポット、３０ 相対距離、３１ ビーム幅、３２ 現在の飛しょう***置、３３ 目標推定位置情報、３４ 予想会合時の目標位置、３５ 目標移動方位、３６ （現在の）脆弱位置、３７ 予想会合時の脆弱位置、３８ 脆弱位置への飛しょう経路、４０ 三次元目標画像、５０ 飛行制御部、６０ 操舵部。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
上記Ａ／Ｄ変換部からのディジタル信号の目標情報のドップラ周波数に基づいて、振幅、距離、周波数からなるディジタルマップを出力するとともに、同一距離にある目標を分離し、各目標の速度と目標方位の情報を求めるＤＢＳ（Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｂｅａｍ Ｓｈａｒｐｅｎｉｎｇ）処理部と、
遠距離モードの場合に上記ＤＢＳ処理部により得られたディジタルマップから背景クラッタを弁別して目標を抽出し、近距離モードの場合に上記目標情報の差信号から目標を抽出する目標抽出部と、
上記目標抽出部の抽出した目標の目標情報から、目標との相対距離及び相対角度からなる目標推定位置情報を求める目標位置推定部と、
上記目標位置推定部の求めた目標との相対角度を予め設定された角度と比較し、
上記目標との相対角度が所定角度より大きい場合に遠距離モードと判定して、上記ＤＢＳ処理部のディジタルマップを目標抽出部に出力し、
上記目標との相対角度が所定角度より小さい場合に近距離モードと判定して、目標との相対距離と目標全長に基づいて、目標全長に対するビーム送受信回数が所定回数以上となるようにビーム幅とビーム送受信回数を算出するビーム制御部と、
上記遠距離モードの場合に、上記目標位置推定部の求めた目標推定位置情報に基づいて、追尾ゲートを生成する追尾ゲート計算部と、
上記近距離モードの場合に、ＭＲＩ（Ｍｏｎｏｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ）処理により、上記ビーム制御部からのビーム送受信回数に応じて、時系列で得られる上記目標情報の差信号を、ビーム制御部で算出したビーム幅による差信号に補正するビーム幅補正部と、
上記近距離モードの場合に、上記時系列で得られる目標情報のビーム走査によって上記目標位置推定部の求めた目標推定位置情報から、三次元目標画像を求める三次元目標画像生成部と、
上記三次元目標画像生成部の求めた三次元目標画像から目標形状を検出し、当該目標形状から目標の特定部位を算出し、目標移動方位と目標速度に応じた予想会合時の特定部位に基づいて、追尾位置を求める位置計算部と、
上記追尾ゲート計算部もしくは上記位置計算部の生成した追尾位置に基づいて、目標への誘導信号を生成する誘導計算部
を備えた誘導装置。 An A / D conversion unit for converting target information acquired for each PRI (Pulse Repetation Interval) by transmission and reception of radio waves into target information of a digital signal;
Based on the Doppler frequency of target information of the digital signal from the A / D conversion unit, a digital map consisting of amplitude, distance, and frequency is output, and targets at the same distance are separated, and the speed and target direction of each target And DBS (Doppler Beam Sharpening) processing unit that
A target extracting unit which extracts a target by discriminating background clutter from the digital map obtained by the DBS processing unit in the long distance mode and extracting a target from a difference signal of the target information in the short distance mode;
A target position estimation unit for obtaining target estimated position information consisting of a relative distance and a relative angle with a target from target information of the target extracted by the target extraction unit;
The relative angle with the target determined by the target position estimation unit is compared with a preset angle,
When the relative angle to the target is larger than a predetermined angle, it is determined to be the long distance mode, and the digital map of the DBS processing unit is output to the target extraction unit,
When the relative angle to the target is smaller than the predetermined angle, it is determined that the short distance mode is set, and the beam width is set such that the number of times of transmitting and receiving beams with respect to the target total length becomes a predetermined number or more. A beam control unit that calculates the number of times of beam transmission and reception;
A tracking gate calculating unit that generates a tracking gate based on the target estimated position information obtained by the target position estimating unit in the case of the long distance mode;
In the case of the short distance mode, the beam control unit calculates a difference signal of the target information obtained in time series according to the number of times of beam transmission / reception from the beam control unit by MRI (Monopulse Resolution Improvement) processing. A beam width correction unit that corrects the difference signal due to the width;
A three-dimensional target image generation unit for obtaining a three-dimensional target image from the target estimated position information obtained by the target position estimation unit by beam scanning of target information obtained in the time series in the case of the short distance mode;
The target shape is detected from the three-dimensional target image determined by the three-dimensional target image generation unit, the specific portion of the target is calculated from the target shape, and based on the specific portion at the predicted meeting according to the target movement direction and the target velocity. Position calculation unit for obtaining the tracking position,
A guidance apparatus comprising: a guidance calculation unit that generates a guidance signal to a target based on the tracking position calculated by the tracking gate calculation unit or the position calculation unit.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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|---|---|---|---|---|
| WO2023062967A1 (en) * | 2021-10-14 | 2023-04-20 | 三菱重工業株式会社 | Target tracking device, target tracking method, and recording medium for storing target tracking program |
| JP7414566B2 (en) | 2020-02-06 | 2024-01-16 | 株式会社東芝 | guidance device |
-
2017
- 2017-09-08 JP JP2017172903A patent/JP2019049371A/en active Pending
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| WO2023062967A1 (en) * | 2021-10-14 | 2023-04-20 | 三菱重工業株式会社 | Target tracking device, target tracking method, and recording medium for storing target tracking program |
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