JP6207908B2 - 航空機管理装置、航空機、及び航空機管理方法 - Google Patents
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Description
例えば特許文献1には、航空機の管制装置が、データリンク装置で受信した僚機の移動情報及び目標情報、並びに自機の移動情報及び自機の索敵や追尾によって取得した目標情報に基づいて、自機及び僚機に対して、射撃の対象となる目標機又は索敵や追尾の対象となる目標機を割り当てる割当処理を行い、割当結果である目標割当指示を僚機へデータリンク装置によって送信することが記載されている。
そして、決定された航空機の役割と軌道が、送信手段によって、対応する航空機毎に送信される。
そして、航空機と目標機との相対的な位置関係に応じたルールが記憶手段から選択され、選択したルールから航空機の役割が決定されるので、本構成は、より最適な航空機の役割を短い処理時間で決定できる。
従って、本構成は、航空機の役割を決定するための適切なルールを航空機の記憶手段に記憶させることができる。
そして、個体を構成するルールを変化させて新たな世代とする毎に評価値算出処理が行われ、ルールの変化が所定世代に達した場合に、最も高い評価値の個体に基づいて記憶手段に記憶されるルールが決定されることとなる。
従って、本構成は、航空機の役割を決定するための適切なルールを航空機の記憶手段に記憶させることができる。
これにより、本構成は、より最適な航空機の役割を決定できる。
従って、本構成は、より最適な航空機の役割を決定できる。
以下、本発明の第1実施形態について説明する。
このように、本第1実施形態に係る航空機40は、各航空機40間で各種情報の送受信(データリンク)が可能とされている。すなわち、データリンクによって各航空機40は、自機情報、僚機情報、目標機情報、及び他の航空機40に対する指示情報等の各種情報を共有するためにネットワーク化されている。
なお、航空機40Bは、目標機42及びミサイル44を誘導範囲の端周辺で捉えてミサイル44の誘導を行いながら目標機42からの回避を行う、所謂F−Poleをその軌道とする。同様に航空機40Cも、目標機42を索敵範囲の端周辺で索敵や追尾しながら目標機42からの回避を行うF−Poleをその軌道とする。
このように、目標機42に対する航空機40毎の役割に応じて、航空機40の軌道は決定される。
そして、決定された航空機40の役割と軌道が、送信部22によって対応する航空機40毎に送信される。航空機40は、僚機で決定された自機の役割と軌道を受信すると、コックピット・パネルにそれらを表示する。役割と軌道を決定した航空機40は、自機の役割と軌道を自機のコックピット・パネルにそれらを表示する。
なお、役割決定処理及び軌道決定処理は、一例として編隊に参加している航空機40のうち指令機に備えられている航空機管理装置10によって行われるが、これに限らず、例えば、最初に目標機42を発見した航空機40が行ってもよい。
本第1実施形態に係る航空機管理装置10は、一例として、航空機40と目標機42とが最も接近する距離(以下、「最小彼我間距離」という。)を役割決定評価値として算出し、最小彼我間距離が最大となった航空機40の役割を、航空機40の役割として決定する。
最小彼我間距離は、長いほど、航空機40が目標機42によって撃破される可能性が低くなるため、航空機40の安全性が高まり、航空機40は目標機42に対して優位となる。
その後、CPU12は、決定した各航空機40の役割及び軌道を示す情報を送信部22へ出力する。送信部22は、決定した役割及び軌道を対応する航空機40へ送信する。
そして、航空機40の役割を示した個体毎に、詳細を後述する軌道決定処理が行われ、求めた軌道から最小彼我間距離を役割決定評価値として算出する。
軌道決定処理は、このようにして生成された次の世代の個体毎に、航空機40の軌道及び最小彼我間距離を求める。
例えば、図6に示されるように、時間t0から時間t1では、航空機B#2が目標機R#1へミサイル44を発射する役割をし、航空機B#1が目標機R#1の索敵や追尾を行う役割をする。そして、時間t1において、航空機B#2が目標機R#1へのミサイル44の発射を実行する。その後、時刻t2から時刻t3において航空機B#2が目標機R#2へミサイル44を発射する役割をし、時間t3において、航空機B#2が目標機R#2へのミサイル44の発射を実行する。その後、時刻t4,t5において航空機B#2が目標機R#1を索敵や追尾する。
これにより、航空機B#2のパイロットは、図6の破線で示される矢印のように、実行するべき役割及び軌道を時系列で簡易に把握することができる。
初期配置可能エリアは、航空機40と目標機42とが予め定められた距離よりも離れている領域であり、航空機40が目標機42に対してミサイル44を発射するまでに十分な距離を有する距離である。すなわち、航空機40の初期配置位置を最適にすることで、目標機42に対して有利な攻撃等が可能となる。
PGG形式で記述された行動データベースは、主に、目標機42に対する最終的な目的を示すゴール、ゴールを達成するための行動計画を示すプラン、及びプランを実行するための操縦行動を示すアクションで構成されている。
図11の行動データベースの模式図に示されるように、行動データベースには、プランに応じて設定可能なサブゴールが複数存在するため、状況データに基づいてサブゴールが決定される。なお、行動データベースに含まれる複数のサブゴールには、予め優先順位が付されており、状況データに基づいて優先順位の最も高いサブゴールが選択されることとなる。
この関数は、各サブプランに応じて予め与えられている。また、変数とされる航空機40の状況データは、航空機40と軌道の予測結果を用いた目標機42との相対的な位置関係、ミサイル44の状態(発射準備中、誘導中、又はアクティブ等)を数値化したものである。なお、航空機40の状況データをさらに細分化し、例えば、航空機40の高度、速度、進行方向、姿勢角、及びミサイル44の残弾数、並びにレーダー情報、RWR(Radar Warning Receiver)情報、及びデータリンク情報等によって情報を数値化し、関数に対する変数としてもよい。
そして、複数のサブプラン評価値のうち、最も高いサブプラン評価値を有するサブプランが選択される。
我側ミサイル残弾数は、例えば軌道決定処理により決定されるアクションおけるミサイル44の発射の回数によって求められる。
交換比は、軌道決定処理が目標機42の航空機40への攻撃もシミュレーションすることで求められる。なお、このシミュレーションは、従来既知の方法で行われればよい。
以下、本発明の第2実施形態について説明する。
IF−THENルールを定義する場合に、航空機B#1,B#2や目標機R#1,R#2といった固有名詞を用いてもよい。しかし、このような固有名詞を用いると、例えば、航空機B#1と航空機B#2とが入れ替わった様な同様の2つの状況に対し、各々IF−THENルールを生成し、HDD18に記憶させる必要が生じる。
そして、IF−THENルールを選択する際に、一般名称化された航空機40及び目標機42に対して、固有名称化した航空機40及び目標機42が当て嵌められることにより、航空機40の役割が決定される。
相対的な位置関係とは、航空機40と目標機42との位置に基づく角度、及び航空機40と目標機42との距離である。
ミサイル44の余剰距離Rexは、目標機42の速度VR、ミサイル44の速度VMSL、ミサイル44の残燃焼時間tf、ミサイル44と目標機42の相対速度VR-MSL、ミサイル44と目標機42の距離RngR-MSLから求められる。
このため、ミサイル44と目標機42との進行方向が同様の場合は、VR−MSL=VR−VMSLとされる。一方、ミサイル44と目標機42と対向する場合は、VR−MSL=VR−(−VMSL)=VR+VMSLとされる。
Rex=VR−MSL×tf−RngR−MSL ・・・(1)
(1)式によって算出された余剰距離Rex>0の場合、ミサイル44は、目標機42に到達するため、ミサイルステータスMSLstatusは1とされる。一方、余剰距離Rex≦0の場合、発射されたミサイル44は、目標機42に到達しないため、ミサイルステータスMSLstatusは0とされる。また、ミサイル44を発射していない場合も、目標機42にミサイル44が到達しないことと同意であるため、余剰距離Rex≦0とされ、これによりミサイルステータスMSLstatusは0とされる。
IF
AAx≦AA(Bα,Rα)≦AAy&AOx≦AO(Bα,Rα)≦AOy&Rngx≦Rng(Bα,Rα)≦Rngy
&AAx≦AA(Bβ,Rα)≦AAy&AOx≦AO(Bβ,Rα)≦AOy&Rngx≦Rng(Bβ,Rα)≦Rngy
&MSLstatus(MSL,Rα)>0
THEN
SHT=Bα
GUI=Bβ
また、「AO」が「001」の場合、アングル・オフの範囲が45°以上90°未満(AOx=45°、AOy=90°)とされ、「AO」が「110」の場合、アングル・オフの範囲が180°以上225°未満(AOx=180°、AOy=225°)とされる。
また、「Rng」が「011」の場合、航空機40と目標機42との距離の範囲が20NM以上30NM未満(Rngx=20NM、Rngy=30NM)とされる。
このように、3ビットでアスペクト・アングル、アングル・オフ、距離の範囲が予め定められており、1ビットでミサイルステータスが表わされている。また、役割は、「0」が航空機Bαを示し、「1」が航空機Bβを示す。なお、「###」は任意の値を取りえることを示す。
そして、交戦シミュレーションにおける所定のイベントの達成に応じた得点がIF−THENルールの評価値に加算され、該評価値に基づいてHDD18に記憶されるIF−THENルールが決定される。
なお、1回の交戦シミュレーションが終了する度に、個体集合に対するGAが行われてもよい。
従って、本第2実施形態に係る航空機管理装置10は、より最適な航空機40の役割を短い処理時間で決定できる。
以下、本発明の第3実施形態について説明する。
表3において、航空機B#1が目標機R#1にミサイル44を発射する場合のSHT評価値がVS11である。航空機B#2が目標機R#1にミサイル44を発射する場合のSHT評価値がVS21である。航空機B#1が目標機R#2にミサイル44を発射する場合のSHT評価値がVS12である。航空機B#2が目標機R#2にミサイル44を発射する場合のSHT評価値がVS22である。
そこで、本第3実施形態に係る役割決定処理では、航空機40と目標機42とのアングル・オフが180°に近いほど、SHT評価値を高くする。また、本第3実施形態に係る役割決定処理では、アスペクト・アングルが180°に近いほどSHT評価値を高くし、航空機40と目標機42との距離が短いほどSHT評価値を高くする。
すなわち、航空機40の誘導範囲とGUI評価値との関係を示す模式図である図18に示されるように、GUI評価値は、誘導範囲の中心よりも誘導範囲の端周辺の方が高い。この理由は、前述したように、ミサイル44を誘導する航空機40は、目標機42を誘導範囲の端周辺で捉える方が好ましいためである。
以下、本発明の第4実施形態について説明する。
IF−THENルールは、地上設備等で予め生成され、航空機40のHDD18に記憶される。上述した第2実施形態では、分類子システムとしてミシガンアプローチを用いて地上設備でIF−THENルールを最適化したが、本第4実施形態では、分類子システムとしてピッツアプローチ(Pitts Approach)を用いてIF−THENルールを最適化する。
なお、IF−THENルールの詳細については、第2実施形態に詳述しているのでその説明を省略する。また、本第4実施形態で行う軌道決定処理は、第1実施形態と同様であるので説明は省略する。
次に、所定数のIF−THENルールを用いた航空機40と目標機42との交戦を模擬した交戦シミュレーションによって、航空機40の軌道が個体毎に決定される。
そして、評価値算出処理によって、航空機40の目標機42に対する優位性を示す評価値が個体毎に算出される。
その後、GAによって、個体を構成するIF−THENルールを変化させて新たな世代とする毎に評価値算出処理が行われ、IF−THENルールの変化が所定のN世代(Nは例えば100)に達した場合に、最も高い評価値の個体に基づいて、HDD18に記憶されるIF−THENルールが決定される。
図20の例では、航空機40は2機(B#1、B#2)で目標機42は1機(R#1)である。そして、予め定められた距離間隔及び飛行高度が、初期位置として与えられる。また、航空機40は、IF−THENルールから目標機42に対して、索敵や追尾(SNS)、ミサイル44の発射(SHT)、又はミサイル44の誘導(GUI)の少なくとも何れかの役割が与えられる。全ての目標機42には、何らかの役割を与えられた航空機40が割り当てられる。
また、個体中に重複する(同じ)IF−THENルールが存在する場合、重複するIF−THENルールからランダムに一つが選択され、選択されたIF-THENルールが用いられる。一方、選択されなかったIF−THENルールは個体から消去される。
また、交戦シミュレーションの終了後に、使用されたIF−THENルールのみを残し、使用されていないIF−THENルールは個体から消去される。
評価値は、交戦シミュレーションにおける最小彼我間距離に基づいて決定される。また、評価値は、航空機40からのミサイル44の発射状況、目標機42の撃破数、航空機40が搭載するミサイル44の残弾数等を加味し、各々重み付けを行ってもよい。
図21は、残弾数評価値の算出方法の一例を示す図である。
横軸は、航空機40が搭載するミサイル44の残弾数である。航空機40は、一例として、1機につきミサイル44を4発搭載しているとする。このため、図20の例では、航空機40は2機であるため、航空機40が搭載しているミサイル44の総数は8発である。縦軸は、残弾数評価値である。
そして、予め定められたN世代に達すると、新たな世代を作るためのGAは行われず、最も高い評価値の個体が、HDD18に記憶されるIF−THENルールとして決定される。
図22は、本第4実施形態に係る交叉させる個体の模式図である。縦方向は、構成ルール数na,nbを示している。なお、図22の例ではna<nbである。横方向は、IF−THENルールの長さを示している。なお、IF−THENルールは、上記第2実施形態の表1で示しているように、一例として21ビットで構成されており、この長さは不変である。
具体的には、交叉乱数が所定値(例えば0.4)以下の場合、図23(a)に示されるように、RND値で囲まれる範囲のうち、AND条件となる範囲(図23(a)においてハッチングされた範囲)が交叉される。一方、交叉乱数が所定値を超える場合、図23(b)に示されるように、RND値で囲まれる範囲のうち、OR条件となる範囲(図23(b)においてハッチングされた範囲)が交叉される。
なお、同じ値のRND値は、生成されない。RND値で囲まれる範囲が決定できなくなるためである。
図24(a)は、交叉パターン1が当てはめられた構成ルール数の多い個体の模式図である。
図24(b)は、交叉パターン2が当てはめられた構成ルール数の多い個体の模式図である。なお、交叉パターン2では、構成ルール数の少ない個体の全体が、構成ルールの多い個体に含まれるようにRND値が選択される。
本第4実施形態に係るGAは、各個体を構成する全てのIF−THENルールの全ての値の位置(以下、「遺伝子座」という。)毎に対応する乱数(以下、「突然変異乱数」という。)を生成する。そして、GAは、突然変異乱数が予め定められた突然変異率以下の場合に、突然変異を起こさせる。なお、突然変異乱数は、一例として0〜1であり、突然変異率は0.3である。
、「0」又は「1」にランダムに変化される。なお、「#」である値が前後合わせた3ビットで意味をなす場合、その前後もまとめて変化される。
また、突然変異させる遺伝子座がIF文にあたる位置であり、「0」である値は、「1」に変化される。突然変異乱数が所定値以下の場合、該値は「#」に変化されてもよい。
また、突然変異させる遺伝子座がIF文にあたる位置であり、「1」である値は、「0」に変化される。突然変異乱数が所定値以下の場合、該値は「#」に変化されてもよい。
なお、「0」又は「1」を「#」に変化させる場合、前後合わせた3ビットで意味をなす場合、その前後をまとめて「#」に変化させる。
以下、本発明の第5実施形態について説明する。
図26の例は、航空機40が2機(B#1、B#2)であり、目標機42が4機(R#1〜R#4)であり、航空機40にミサイル44の発射(SHT)又は目標機42の索敵や追尾及び目標機42へのミサイル44の誘導(SNS&GUI)の少なくとも何れかの役割が与えられる場合である。すなわち、図26のSHT及びSNS&GUIには、B#1を示す「0」又はB#2を示す「1」が当てはめられる。
そして、図26の例では、(2×2)4=256通りの役割分担の組み合わせが生じる。
交戦シミュレーションは、模擬される航空機40と目標機42との初期位置を僚機情報、自機情報、及び目標機情報に基づいて定め、模擬される目標機42を時間と共に予め設定された通りに移動させる。一方、模擬される航空機40の役割は、役割分担の組み合わせに基づいて決定され、模擬される航空機40の軌道は軌道決定処理(空戦軌道プログラム)により決定される。
なお、役割分担検証処理における評価値の算出方法は、上述した第4実施形態における評価値の算出と同様である。
なお、役割分担検証処理は、一例として編隊に参加している航空機40のうち指令機に備えられている航空機管理装置10によって行われる。そして、指令機のパイロットに受け入れられた役割分担は、他の航空機40へ送信される。
終了時間内に交戦シミュレーションが終了するか否かは、航空機40及び目標機42の機数に基づいて判断される。また、目標機42の脅威度は、例えば、彼我間距離、目標機42の編隊形状、目標機42の搭載兵器、及び目標機42の方位角等により判断される。目標機42の搭載兵器は、地上設備や空中警戒管制機(AWACS)等によって判断される。
上記処理により、役割分担検証処理に要する負荷が小さくなり、その結果、役割分担検証処理に要する時間が短くなる。
そして、CPU12は、R#1、R#2の目標機42を前方に位置する航空機40であるB#1、B#2で対応し、R#3、R#4の目標機42を後方に位置する航空機40であるB#3、B#4で対応するとして、役割分担検証処理を行う。
このため、図27に示されるように、R#1、R#2の目標機42に対するSHT及びSNS&GUIには、B#1を示す「0」又はB#2を示す「1」が当てはめられる。また、R#3、R#4の目標機42に対するSHT及びSNS&GUIには、B#3を示す「2」又はB#4を示す「2」が当てはめられる。
なお、R#5〜R#8の目標機42に対する役割分担検証処理は、R#1〜R#4の目標機42に対する役割分担検証処理が終了した後に、別途行われる。
以下、本発明の第6実施形態について説明する。
12 CPU
22 送信部
40 航空機
42 目標機
44 ミサイル
Claims (21)
- 編隊に参加している複数の航空機の役割及び該航空機の軌道を求める航空機管理装置であって、
前記航空機と目標機との相対的な位置関係に基づいて、前記目標機に対する前記航空機毎の役割と、前記航空機の役割に応じて定められた操縦行動及び前記目標機の軌道の予測とに基づいた前記航空機毎の軌道を決定する演算手段と、
前記演算手段によって決定された前記航空機の役割と前記航空機の軌道を、対応する前記航空機毎に送信する送信手段と、
を備える航空機管理装置。 - 前記演算手段は、前記航空機と前記目標機との方位角に基づいた評価値によって、前記航空機の役割を決定する第1決定処理を行う請求項1記載の航空機管理装置。
- 前記第1決定処理は、前記航空機が前記目標機と対向するために必要とする前記方位角の変更量が少ない前記航空機ほど、ミサイルを発射する役割として高い評価値を与え、ミサイルの誘導範囲の端周辺に前記目標機及びミサイルが位置する前記航空機ほど、ミサイルを誘導する役割として高い評価値を与え、前記航空機の索敵範囲の端周辺に前記目標機が位置する前記航空機ほど、前記目標機を索敵や追尾する役割として高い評価値を与える請求項2記載の航空機管理装置。
- 前記航空機と前記目標機との相対的な位置関係に応じた前記航空機の役割を示した複数のルールを記憶した記憶手段を備え、
前記演算手段は、前記目標機と前記航空機との相対的な位置関係に応じた前記ルールを前記記憶手段から選択し、選択した前記ルールから前記航空機の役割を決定する第2決定処理を行う請求項1記載の航空機管理装置。 - 前記ルールは、前記目標機と前記航空機との相対的な位置関係、及びミサイルが前記目標機へ到達するか否かを示した指数に応じた前記航空機の役割を示す請求項4記載の航空機管理装置。
- 前記ルールは、前記航空機及び前記目標機を特定する固有名称を用いずに、各々を特定しない一般名称を用いて、前記航空機の役割を示す請求項4又は請求項5記載の航空機管理装置。
- 前記ルールは、ランダムに生成されるのみならず、前記航空機のパイロットの判断を考慮にいれて、任意に生成される請求項4から請求項6の何れか1項記載の航空機管理装置。
- 前記航空機と前記目標機との交戦を模擬した交戦シミュレーションが、前記記憶手段に記憶される前の複数の前記ルールを時間経過と共に連続して用いられることで行われ、
前記交戦シミュレーションに用いられる前記ルールは、前記交戦シュミュレーションにおける所定のイベントの達成に応じた得点が前記ルールの評価値に加算され、該評価値に基づいて前記記憶手段に記憶される前記ルールが決定される請求項4から請求項7の何れか1項記載の航空機管理装置。 - 前記イベントを達成した前記ルールに至るまでに用いられた前記ルールは、前記イベントを達成した前記ルールに対する得点が傾斜配分される請求項8記載の航空機管理装置。
- 所定数の前記ルールの集合を一つの個体とし、所定数の前記個体を初期世代として生成する初期世代生成処理が行われ、
所定数の前記ルールを用いた前記航空機と前記目標機との交戦を模擬した交戦シミュレーションによって決定した前記航空機の軌道に基づいて、前記航空機の前記目標機に対する優位性を示す評価値を前記個体毎に算出する評価値算出処理が行われ、
前記個体を構成する前記ルールを変化させて新たな世代とする毎に前記評価値算出処理が行われ、
前記ルールの変化が所定世代に達した場合に、最も高い評価値の前記個体に基づいて前記記憶手段に記憶される前記ルールが決定される請求項4から請求項7の何れか1項記載の航空機管理装置。 - 前記個体を構成する前記ルールは、前記交戦シミュレーションに基づいて消去及び追加が行われる請求項10記載の航空機管理装置。
- 前記個体を構成する前記ルールを変化させるために2つの前記個体が交叉される場合、構成する前記ルールの数が少ない前記個体を基準に交叉が行われる請求項11記載の航空機管理装置。
- 前記演算手段は、前記目標機に対する前記航空機の役割を数値で表わし、該数値を変化させることで前記航空機の役割を複数回変更し、前記航空機の役割を変更する毎に、前記航空機の役割に基づいた前記航空機の前記目標機に対する優位性を示す評価値を算出し、該評価値から前記航空機の役割を決定する第3決定処理を行う請求項1記載の航空機管理装置。
- 前記第3決定処理は、前記目標機に対する前記航空機の役割及び前記航空機の初期配置位置を数値で表わし、該数値を変化させることで前記航空機の役割及び前記初期配置位置を変更し、前記航空機の役割及び前記初期配置位置を変更する毎に、前記評価値を算出する請求項13記載の航空機管理装置。
- 前記第3決定処理は、所定時間間隔毎の前記航空機の役割及び前記航空機の軌道を決定する請求項13又は請求項14記載の航空機管理装置。
- 前記評価値は、前記目標機の軌道の予測結果に基づいて算出される請求項13から請求項15の何れか1項記載の航空機管理装置。
- 前記演算手段は、前記目標機に対する前記航空機の役割の組み合わせ毎に、前記航空機と前記目標機との交戦を模擬した交戦シミュレーションを行い、この結果から求められる前記航空機の前記目標機に対する優位性を示す評価値に基づいて、前記航空機の役割と前記航空機の軌道を決定する第4決定処理を行う請求項1記載の航空機管理装置。
- 前記演算手段は、全ての役割の組み合わせの前記交戦シミュレーションの所要時間が、予め定められた時間内に終了しない場合、脅威度に応じた所定数の前記目標機に対して、所定数の前記航空機のみが対応するとして前記第4決定処理を行う請求項17記載の航空機管理装置。
- 前記演算手段は、前記第1決定処理、前記第2決定処理、前記第3決定処理、及び第4決定処理のうち少なくとも二つによって求められた前記航空機の役割及び前記航空機の軌道のうち、一つを前記航空機の役割及び前記航空機の軌道として決定する請求項2、請求項4、請求項13、及び請求項17の何れか2項記載の航空機管理装置。
- 請求項1から請求項19の何れか1項記載の航空機管理装置を備えた航空機。
- 編隊に参加している複数の航空機の役割及び該航空機の軌道を求める航空機管理方法であって、
前記航空機と目標機との相対的な位置関係に基づいて、前記目標機に対する前記航空機毎の役割と、前記航空機の役割に応じて定められた操縦行動及び前記目標機の軌道の予測とに基づいた前記航空機毎の軌道を決定する第1工程と、
決定した前記航空機の役割と前記航空機の軌道を、対応する前記航空機毎に送信する第2工程と、
を含む航空機管理方法。
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