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JP4019544B2 - Flying object guidance control device - Google Patents
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JP4019544B2 - Flying object guidance control device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、飛来する弾道飛翔体を大気圏外で迎撃する誘導飛翔体の終末期最終段階で最終機動を行うための誘導制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近接信管を用いる従来の空対空飛翔体での許容命中誤差が10m程度であるのに対し、直撃破壊を目的とする迎撃飛翔体ではより高精度の誘導制御で許容命中誤差を10数cm程度にする必要がある。すなわち終末期前半までの誘導制御により弾道飛翔体(以下、TBMと呼ぶ)への概略会合コースにある迎撃飛翔体を、終末期後半の最終機動により更に命中誤差の小さな狭義の会合コースへと誘導制御する必要がある。
【0003】
図14は American Institute of Aeronautics and Astronautics の出版に係る Tactical and Strategic Missile Guidance 第2版41頁 Proportional Navigation and Zero Effort Miss の節の記載 Zero Effort Miss (ある時点から誘導を行わない場合の命中誤差を示し以下、ZEMと呼ぶ)に基づく同書373頁 Intercepting a Ballistic Target の節の predictive guidance に示された飛翔体誘導制御装置の一例である。以下、図に基づいて説明する。
図14において、1は迎撃飛翔体に搭載し迎撃飛翔体の位置情報と運動情報およびTBMと迎撃飛翔体の相対的な位置情報と運動情報を検出する航法誘導センサ、2はセンサ検出信号に基づいて迎撃飛翔体とTBMの会合までの時間を求める会合時間演算装置、5はセンサ検出信号に基づいてZEMを求めるZEM演算装置、8は会合までの時間とZEMに基づいて推力指令値を求める並進スラスタ推力指令値演算装置、9は並進スラスタ推力演算装置8からの推力指令値に基づいて並進スラスタ駆動信号を生成する並進スラスタ駆動信号生成装置、10はスラスタ駆動信号に基づいて噴射する並進スラスタである。
【0004】
次に動作について説明する。図15に迎撃飛翔体とTBMの会合までのタイムシーケンス、図16に会合の状況を示す。通常、迎撃飛翔体は初中期および終末期前半の誘導によりTBMへの概略会合コースに乗っている。概略会合コースとは、従来の近接信管を用いる空対空飛翔体での許容命中誤差が10m程度での会合を意味する。ここで、迎撃飛翔体とTBMの接近速度方向と直交する接近速度法平面を想定する。この接近速度法平面に両者の基準点(各飛翔体の存在位置を代表する点を示す)が含まれる時刻を会合時刻とし、会合時刻あるいは予想会合時刻においては特にこの接近速度法平面を Miss Plane 略してMPという。MP内での両者の基準点間の距離を命中誤差という。
【0005】
終末期後半のある時刻以降、迎撃飛翔体の誘導を行わなず慣性飛行を続けた場合、迎撃飛翔体とTBMは概略会合コースに乗っており、概ね10m程度の命中誤差で会合する。この命中誤差は、誘導を行わない場合の命中誤差という意味から Zero Effort Miss 略してZEMと呼ばれる。ZEMは、例えば迎撃飛翔体からTBMの追尾点(TBM追尾のために利用するTBMを代表する点で、ロケット噴射により加熱される機体後端とか空力加熱を受ける機体先端部近傍の最明点や画像センサで検出したTBM像の面積中心などが使われる)への目視線(迎撃飛翔体に固定したTBM追尾のための赤外線センサなどの視野中心線などが相当する)の慣性座標系に対する回転角速度、迎撃飛翔体とTBMの距離、会合までの時間からZEM演算装置で求める。
ZEM=dλ/dt・R・dT
ここで、dλ/dtは迎撃飛翔体からTBMの追尾点への目視線の慣性座標系に対する回転角速度、RはTBMと迎撃飛翔体との距離、dTは会合までの時間である。dλ/dtとRは航法誘導センサによるセンサ検出信号として得られ、dTはセンサ検出信号に基づき会合時間演算装置で求める。
【0006】
並進スラスタ推力演算装置について説明する。求めたZEMとdTから、並進スラスタ推力演算装置において、例えば
A=2・ZEM/dT2
なる関係を満たす接近速度方向と直交する方向(以下、接近速度直交方向という)の加速度Aを発生するように、迎撃飛翔体の質量に基づいて並進スラスタ推力指令値を求める。
【0007】
並進スラスタ推力指令値に基づいて並進スラスタ駆動信号生成装置で並進スラスタ駆動信号を求め、この駆動信号に基づいて並進スラスタを噴射する。この噴射により接近速度直交方向に加速度を発生する。噴射をdTの間継続することにより会合時刻においては
0=ZEM−1/2・A・dT2
となり、命中誤差をゼロとすることができる。
【0008】
図17に、この並進スラスタ推力指令値演算装置で求めた並進スラスタ推力指令値、接近速度直交方向の相対速度、接近速度直交方向の相対位置を示す。それぞれ横軸は経過時間である。
【0009】
なお、典型的な値として接近速度は数km/s、接近速度直交方向の相対速度は高々数100m/sのオーダーである。通常、終末期においては接近速度方向の誘導制御は行わず、接近速度直交方向の誘導制御および回転制御のみを行う。従って説明の中で用いる並進の方向は略接近速度直交方向である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
従来の迎撃飛翔体の誘導制御装置では、並進スラスタの中間推力を利用しており、固定の最大推力と比較して充分な精度で並進スラスタ推力指令値通りの推力を実現することが難しく、その結果、命中誤差すなわち会合時刻における相対位置を充分小さくすることが出来ないという問題がある。あるいは会合までの時間を正確に求めることができないため、並進スラスタ推力指令値に誤差を生じ、相対位置を充分に小さくすることが出来ないという問題がある。また、並進スラスタの最小推力以下の中間推力を発生することが出来ないため、接近速度直交方向の相対位置の微妙な制御が出来ず、ZEMが比較的小さな場合には最終機動開始時刻を改めて演算し直す必要が生じるという問題がある。すなわち従来技術によれば、命中誤差を10数cm程度にすることは困難であった。
【0011】
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、並進スラスタの中間推力発生に伴う推力誤差や、最小推力以下の推力を使うことができないという制限による推力誤差や、会合までの時間の演算誤差の影響を受けず、10数cm程度の命中誤差を達成可能な飛翔体の誘導制御装置および方法を得ることを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明による飛翔体の誘導制御装置は、航法誘導センサからの迎撃飛翔体および弾道飛翔体の位置と運動情報に基づいて会合時間演算装置により迎撃飛翔体と弾道飛翔体の会合時刻または会合までの時間を求め、補正量演算装置により位置と運動情報および弾道飛翔体の形状データから弾道飛翔体に対する追尾点と照準点の間の追尾点照準点補正量を求め、ZEM演算装置により位置と運動情報からZEMを求め、最終機動量演算装置により追尾点照準点間補正量とZEMから最終機動量を求め、並進スラスタ推力指令値演算装置により会合時刻または会合までの時間と最終機動量と並進スラスタの最大推力とから並進スラスタの推力指令値を求め、並進スラスタ駆動信号演算装置により推力指令値から並進スラスタの駆動信号を生成するよう構成した。
【0013】
さらに、接近速度直交方向移動量演算装置により位置と運動情報および並進スラスタの推力指令値から接近速度直交方向移動量を演算し、並進スラスタ駆動信号演算装置は並進スラスタの推力指令値および接近速度直交方向移動量から並進スラスタの駆動信号を生成するよう構成した。
【0016】
さらに、回転スラスタ推力指令値演算装置により位置と運動情報から回転スラスタの推力指令値を求め、回転スラスタ駆動信号演算装置により回転スラスタの推力指令値から回転スラスタ駆動信号を求め、並進スラスタ推力指令値演算装置は会合時刻または会合までの時間と最終機動量と回転スラスタの推力指令値から並進スラスタの推力指令値を求めるように構成した。
【0017】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
本発明の第1の実施形態を図を用いて説明する。
図1は本発明の第1の実施形態である飛翔体の誘導制御装置を示す構成図である。図において、1は迎撃飛翔体に搭載し迎撃飛翔体の位置情報と運動情報およびTBMと迎撃飛翔体の相対的な位置情報と運動情報を検出する航法誘導センサ、2はセンサ検出信号に基づいて会合までの時間を求める会合時間演算装置、3はTBMの形状特性に関するデータベース、4は追尾点とセンサ検出信号およびTBM形状データに基づき追尾点から照準点への補正量を求める照準点演算装置(迎撃飛翔体はTBMに確実な破壊をもたらす点を攻撃することが必要であり、このTBMへの攻撃点を以下照準点と呼ぶ)、5はセンサ検出信号に基づきZEMを求めるZEM演算装置、6は照準点とZEMに基づき最終機動量を求める最終機動量演算装置、7は経過時間を計時する経過時間タイマで会合までの時間が予め定めた時間以内になる最終機動期間の開始とともに計時を始める。8は会合までの時間と最終機動量に基づいて並進スラスタ推力指令値を求める並進スラスタ推力指令値演算装置、9は並進スラスタ推力指令値に基づいてスラスタ駆動信号を生成する並進スラスタ駆動信号演算装置、10はスラスタ駆動信号に基づいて噴射する並進スラスタである。
【0018】
次に動作について説明する。航法誘導センサ1で迎撃飛翔体の位置情報、運動情報、TBMと迎撃飛翔体の相対位置情報、運動情報、TBMの形状情報をセンサ検出信号として検出し、このセンサ検出信号に基づいて会合時間演算装置2で会合までの時間を求める。追尾点とデータベース3からの迎撃すべきTBMの形状データおよびセンサ検出信号に基づいて照準点演算装置4で照準点補正量を求める。センサ検出信号に基づいてZEM演算装置5でZEMを求め、照準点補正量とZEMに基づいて最終機動量演算装置6で最終機動量を求める。会合までの時間と最終機動量に基づいて並進スラスタ推力指令値演算装置8で並進スラスタ10の噴射開始時刻を求める。
図2は追尾点照準点間補正量、ZEMおよび最終機動量との関係を示す接近速度法平面へのTBM射影像である。
【0019】
並進スラスタ推力指令値演算装置8について説明する。接近速度直交方向の機動に並進スラスタの最大推力Fmax を用いる。なお、Fmax を迎撃飛翔体の質量で除したものが最大加速度Amax である。並進スラスタ10は従来のように会合までの時間dTの全区間にわたって中間推力で噴射するのではなく、最大推力に対応してZEMとAmax から
dT1 =sqrt(2・ZEM/Amax )
として求めた並進スラスタ噴射時間だけ会合時刻から遡って最大推力での並進スラスタの噴射を開始する。
【0020】
経過時間タイマ7で最終機動期間開始からの経過時間を計時する。経過時間と並進スラスタ推力指令値演算装置8からの並進スラスタ推力指令値とに基づいて並進スラスタ駆動信号演算装置9でスラスタ駆動信号を生成する。スラスタ駆動信号に基づいて並進スラスタ10を噴射する。
図3は、接近速度直交方向並進スラスタ駆動信号、接近速度直交方向速度、接近速度直交方向の相対位置についてのタイムチャートである。
なお、最終機動期間の開始とともに計時を開始する経過時間タイマ7を用いるものとしたが、計時の開始を最終機動期間の開始と一致させることが必須ではなく最終機動期間の開始と並進スラスタの動作時点が一意的に定められるものであればよい。さらに、経過時間タイマ7を用いることなく迎撃飛翔体の有する時計機能から得ることができる時刻および会合時間演算装置でセンサ検出信号に基づいて求める会合時刻に基づいて並進スラスタの動作時点を設定することができることはいうまでもない。この点については、以下に説明する本発明の各実施の形態と共通する。
【0021】
このように飛翔体の誘導制御装置を構成し、最終機動期間の会合時刻直前に並進スラスタを最大推力で噴射するようにしたため、より弾道飛翔体と接近した状態で相対位置情報・運動情報が得られ、より高い精度の情報に基づいて誘導制御することが可能で、かつ安価な固定推力の並進スラスタが利用できる。さらに、並進スラスタを中間推力でなく推力の安定した固定の最大推力で噴射することにより推力の誤差が少なくなるため命中誤差を小さくできる。もちろん、並進スラスタは固定推力でよく安価なものを利用できる。
【0022】
以上の説明では、会合時刻から並進スラスタ噴射時間だけ遡って並進スラスタの噴射を開始し会合までの間噴射を継続するものとしたが、最終機動期間開始から直ちに並進スラスタを噴射するようにしてもよい。この場合の並進スラスタ噴射時間は次のようにして求めることができ、この時間の経過後は慣性飛行すればよい。
dT1'=dT−sqrt(dT2 −2・ZEM/Amax)
図4は、このように構成した場合の図3に相当するタイムチャートである。
【0023】
さらに、最終機動期間開始からdT0 時間経過後に並進スラスタを噴射するように構成することもできる。この場合の並進スラスタ噴射時間は次のようにして求める。
dT1”=(dT−dT0 )−sqrt((dT−dT02 −2・ZEM/Amax )
なる時間だけ噴射し、その後のdT−dT0 −dT1” の間は慣性飛行する。
図5は、このように構成した場合の図3に相当するタイムチャートである。
【0024】
このように構成すれば、最終機動期間の初期に並進スラスタを最大推力で噴射することによって、最終機動期間中の平均速度を低く抑えることができるという効果がある。また、最終機動期間の会合時刻直前に並進スラスタを最大推力で噴射することによって、会合時刻における残存推薬が多くなるため、弾道飛翔体に対する直撃破壊の効果が高くなるという効果がある。
【0025】
実施の形態2.
本発明の第2の実施形態である飛翔体の誘導制御装置を図6の構成図および図7のタイムチャートを用いて説明する。第1の実施形態との相違点は、迎撃飛翔体に対して互いに対向する方向に推力が作用する主従2つの並進スラスタを用いて会合時に接近速度直交方向の相対速度を略ゼロになるように制御し、TBMに対する攻撃をより確実にすることにある。図において、第1の実施形態と同等もしくは相当する部分には同一の符号を付し、構成および動作について重複した説明は行わない。
図において、10-1はスラスタ駆動信号に基づいて迎撃飛翔体に対し互いに対向する方向に噴射する主従一対の並進スラスタ、11はセンサ検出信号と並進スラスタ推力指令値に基づき接近速度直交方向の移動量を求める接近速度直交方向移動量演算装置である。この実施の形態は、第1の実施形態における経過時間タイマ7を用いることなく迎撃飛翔体の有する時計機能から得ることができる時刻に基づいて制御するものとして説明する。
【0026】
センサ検出信号と並進スラスタ推力指令値に基づき接近速度直交方向移動量演算装置11で接近速度直交方向移動量を求める。一対の並進スラスタ10-1のうち、ZEMを減少させる方向の主並進スラスタを推力Fmax でdT2 の間噴射する。その後対向する方向の従並進スラスタを、主並進スラスタの噴射により生じた接近速度直交方向の相対速度をゼロとするようにFmax でdT3 の間噴射する。そのためには次の関係を満たすことが必要である。
0=Amax ・dT2 −Amax ・dT3
ここでAmax は最大推力Fmax により発生する最大加速度である。更に、接近速度直交方向の相対位置をゼロとするためには次の関係を満たすことが必要である。
ZEM=1/2・Amax ・dT2 2+Amax ・dT2 (dT−dT2 )−1/2・Amax ・dT3 2
これらの関係を満たす解として
dT2=dT3=1/2(dT−sqrt(dT2−4・ZEM/Amax ))
が得られる。
【0027】
センサ検出信号と並進スラスタ推力指令値に基づき接近速度直交方向移動量演算装置11で接近直交方向移動量を求める。この接近直交方向移動量が並進スラスタ推力指令値演算装置8で求めた
1/2・Amax ・dT2 2+Amax ・dT2 (dT−2・dT2
と一致した時刻からdT3 =dT2 時間、従並進スラスタを噴射する。
【0028】
図7に、この並進スラスタ推力指令値演算装置により求めた並進スラスタ推力指令値、接近速度直交方向相対速度、接近速度直交方向相対位置を示す。それぞれ横軸は経過時間である。
【0029】
このように飛翔体の誘導制御装置を構成し、対向する並進スラスタを2度噴射して会合時刻付近での弾道飛翔体と迎撃飛翔体の相対接近速度直交方向相対速度を略ゼロとなるようにしたため、会合時刻演算に誤差を生じ会合時刻にずれが生じても相対接近速度直交方向の相対位置誤差は増大することがなくTBMに対してより効果的な打撃を与えることができる。また、2度目の噴射開始時刻を接近速度直交方向移動量に基づいて決定するため経過時間に基づいて決定する場合と比べて1度目の噴射の誤差の影響を受けず、命中誤差を小さくすることができる。また、並進スラスタを最大推力で噴射するため、より弾道飛翔体と接近した状態で相対位置情報・運動情報が得られ、より高い精度の情報に基づいて誘導制御することができる。もちろん、並進スラスタは固定推力でよく安価なものを利用できる。
【0030】
以上の説明では、並進スラスタはその最大推力で動作するものとしたが、並進スラスタの中間推力を用い接近速度直交方向の相対速度を略ゼロとするよう制御するように構成してもよい。いうまでもなく、並進スラスタの中間推力を用いるためには図6の並進スラスタ推力指令値演算装置に相当する部分は並進スラスタの推力と噴射時間を演算処理する必要がある。よって以下ではこの部分を並進スラスタ推力指令値演算装置8として説明する。一対の並進スラスタ10-1のうち、ZEMを減少させる方向の主並進スラスタを推力F1 でdT4 時間噴射した後、対向する方向の従並進スラスタを、主並進スラスタの噴射により生じた接近速度直交方向の相対速度をゼロとするように推力F2 でdT5 時間噴射する。そのためには次の関係を満たすことが必要である。
0=A1・dT4+A2・dT5
ここでA1 とA2 はそれぞれ推力F1 とF2 により発生する加速度である。更に接近速度直交方向の相対位置をゼロとするためには次の関係を満たすことが必要である。
ZEM=1/2・A1・dT4 2+A1・dT4(dT−dT4
+1/2・A2・dT5 2
これらの関係を満たす解として
dT5=2(dT−1/2・dT4−ZEM/(A1・dT4))
2=−A1・dT4/dT5
が得られる。推力F2 は、A2 と迎撃飛翔体の質量から求める。
【0031】
センサ検出信号と並進スラスタ推力指令値に基づき接近速度直交方向移動量演算装置11で接近速度直交方向移動量を求める。この接近速度直交方向移動量が並進スラスタ推力指令値演算装置8で求めた
・dT (−dT+1/2・dT +2ZEM/(A ・dT ))
と一致した時刻からdTの間、従並進スラスタの噴射を行う。図6に、この並進スラスタ推力指令値演算装置8で求めた並進スラスタ推力指令値、接近速度直交方向の相対速度、接近速度直交方向相対位置を示す。それぞれ横軸は経過時間である。
【0032】
なお、この実施形態では接近速度直交方向移動量はセンサ検出信号と並進スラスタ推力指令値に基づいて求め、接近速度直交方向移動量が並進スラスタ推力指令値演算装置8で求めた値と一致した時刻に従並進スラスタの噴射を開始するとしたが、第1の実施形態で説明した並進スラスタ推力指令値演算装置8の出力、すなわち経過時間タイマ7の計時に基づいて最終機動期間開始時刻から
dT−dT3 =dT−dT2 あるいはdT−dT5 の時間が経過した時点で従並進スラスタの噴射を開始するようにしてもよい。
【0033】
実施の形態3.
本発明の第3の実施形態である飛翔体の誘導制御装置を図9の構成図および図10のタイムチャートを用いて説明する。すでに説明した各実施形態との相違点は、パルス動作並進スラスタを用いることにあり、図9はすでに説明した第2の実施形態に応じたものになっており、第1および第2の実施形態と同等もしくは相当する部分には同一の符号を付している。以下では、第1および第2の実施形態との相違点について説明する。
10-2はスラスタ駆動信号に基づき噴射する主従一対のパルス動作並進スラスタ、12はスラスタ駆動信号に基づき差動動作制御信号を出力する対向スラスタ差動動作制御装置、13はスラスタ駆動信号に基づきパルス同期信号を出力するパルス同期装置である。
【0034】
スラスタ駆動信号に基づいて、並進スラスタ駆動信号演算装置12で主従2つの並進スラスタの駆動信号を求める。主並進スラスタの駆動信号にはパルスタイミングを含んでいる。従並進スラスタの駆動信号は、主並進スラスタの駆動信号に基づいて、必要な総パルス数を一致させかつパルス幅を変化させて差動動作制御信号として出力する。同時に、スラスタ駆動信号をパルス同期装置13に与えてパルス同期信号を出力して互いに対向する主従2つの並進スラスタの動作パルスを同期させる。図10は、以上のように構成した一対の主従並進スラスタの動作を示すタイムチャートであり、横軸は経過時間である。
この第3の実施形態は最終機動期間全体にわたって適用することを前提にして説明したが、すでに説明した第1および第2の実施形態における並進スラスタそれぞれの噴射動作に適用できることはいうまでもない。
【0035】
この構成の特徴は、主従一対のパルス動作並進スラスタ10-2の動作パルスを同期かつ差動動作させて高精度で振動外乱の小さい中間推力を得ることにある。すなわち、パルス動作並進スラスタ10-2をその最小オンタイム以下の噴射時間△Tに相当する推力時間積を得るために従並進スラスタを最小オンタイムTmin 、主並進スラスタをTmin +△T噴射して両者の力積の差を迎撃飛翔体に作用させる。この説明では、主従の各パルス動作並進スラスタが同一推力をもつものとしたが、互いに異なる推力をもつものの場合、あるいは可変推力の場合であっても同様の構成が可能であることは実施の形態2の説明と併せれば容易に類推できるものであることはいうまでもない。
【0036】
このように飛翔体の誘導制御装置を構成し、対向する並進スラスタにパルススラスタを用い互いに同期させて差動動作させるので、パルススラスタの最小オンタイム以下のパルス出力を擬似的に発生できるためより細かな機動量制御が可能で、命中誤差をより小さくすることができる。さらに、迎撃飛翔体に不必要な振動外乱を与えることがなく、搭載機器の信頼性や誘導制御の信頼性が高まり、TBMに対する攻撃の確実性が高くなる。
【0037】
差動動作する一対の並進スラスタがパルス動作でない場合にも上記と同様の考え方に基づいて構成できる。そのような構成を図11および図12に示す。
図において、10-3はスラスタ駆動信号に基づき迎撃飛翔体に対して互いに対向する方向に噴射する少なくとも一方が推力可変の主従一対の並進スラスタ、12-3はスラスタ駆動信号に基づき差動動作制御信号を出力する対向スラスタ差動動作制御装置である。
【0038】
並進スラスタの所要推力が主並進スラスタの最小出力より小さいFであるとすれば、例えば従並進スラスタを最小出力Fmin で噴射し、主並進スラスタをFmin +Fの出力で噴射する。
スラスタ駆動信号に基づいて対向スラスタ差動動作制御装置12-3で差動動作制御信号を出力し、スラスタ駆動信号と差動動作制御信号に基づいて並進スラスタ10-3を噴射する。
図12は、この構成における主従並進スラスタのスラスタ駆動信号を示す。横軸は経過時間である。主従一対の並進スラスタの構成によって各並進スラスタの動作についての組合せは多数の変形が可能であるが、以上の説明から容易に類推できるものであることはいうまでもない。
【0039】
並進スラスタの所要推力が最小推力以下でも、対向する並進スラスタを作動動作させることで並進スラスタ単体の最小推力以下の推力を合力として出力するようにしたため、より細かな機動量制御が可能となり、命中誤差を小さくすることができる。
【0040】
実施の形態4.
本発明の第4の実施形態である飛翔体の誘導制御装置を図13の構成図を用いて説明する。第3の実施形態までとの相違点は、回転スラスタを用いて迎撃飛翔体の姿勢を制御しTBMへの攻撃をさらに確実にすることにある。図において、第3の実施形態までと同等もしくは相当する部分には同一の符号を付し、構成および動作について重複した説明は行わない。
14はセンサ検出信号に基づき推力指令値を求める回転スラスタ推力指令値演算装置、15は回転スラスタ推力指令値に基づいてスラスタ駆動信号を求める回転スラスタ駆動信号演算装置、16は回転スラスタ駆動信号に基づいて噴射する回転スラスタである。
【0041】
迎撃飛翔体機体の回転運動を誘導航法センサ1で検出し、この検出信号に基づいて機体を誘導およびTBM攻撃に適した姿勢に制御するための回転スラスタの推力指令値を回転スラスタ推力指令値演算装置14で求める。回転スラスタ推力指令値に基づいて回転スラスタ駆動信号演算装置15でスラスタ駆動信号を求め、これに基づいて回転スラスタ16を噴射する。会合までの時間と最終機動量と回転スラスタ推力指令値に基づいて並進スラスタ推力指令値演算装置8で並進スラスタ推力指令値を求める。
【0042】
並進スラスタ推力指令値演算装置8について説明する。回転スラスタ16はその推力によって機体に回転モーメントが作用するように配置してある。回転モーメントのみを発生するよう配置することが望ましいが、搭載上の理由でそのように配置できない場合は回転モーメントとともに付随する並進推力を発生する。回転スラスタ16の回転モーメントに付随する並進推力をdFを並進スラスタの並進推力に加算した推力に基づいて並進スラスタ推力指令値演算装置8で噴射時間を求める。
【0043】
以上の説明では、回転スラスタ16は固定推力であることを前提としたが、可変推力の場合であっても同様の構成が可能であることは実施の形態2の説明と併せれば容易に類推できるものであることはいうまでもない。
【0044】
このように飛翔体の誘導制御装置を構成し、迎撃飛翔体の機体を誘導に適した方向に保持し、かつ最終機動量をゼロとするための並進推力を過不足無く発生させるようにしたため、命中誤差の増大が最小限に抑えられる。
【0045】
【発明の効果】
第1の発明に係る飛翔体の誘導制御装置においては、並進スラスタを推力の安定した最大推力で噴射するようにしたため、推力に関する誤差が少なくなり、高い精度の情報に基づいて誘導制御が実現でき、命中誤差を小さくできる。
【0046】
第2の発明に係る飛翔体の誘導制御装置においては、対向する並進スラスタを2度噴射して会合時刻付近での弾道飛翔体と迎撃飛翔体の相対接近速度直交方向相対速度を略ゼロとなるようにしたため、会合時刻演算に誤差を生じ会合時刻にずれが生じても相対接近速度直交方向の相対位置誤差は増大することがなくTBMに対してより効果的な打撃を与えることができる。また、2度目の噴射開始時刻を接近速度直交方向移動量に基づいて決定するため経過時間に基づいて決定する場合と比べて1度目の噴射の誤差の影響を受けず、命中誤差を小さくすることができる。
【0049】
第3の発明に係る飛翔体の誘導制御装置においては、迎撃飛翔体の機体を誘導に適した方向に保持し、かつ最終機動量をゼロとするための並進推力を過不足無く発生させるようにしたため、命中誤差の増大が最小限に抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態である飛翔体の誘導制御装置を示すブロック図である。
【図2】 本発明における追尾点照準点間補正量、ZEMおよび最終機動量の関係を接近直交面へのTBM射影像によって示す説明図である。
【図3】 図1に関する接近直交方向並進スラスタ駆動信号、接近直交方向速度、接近直交方向の相対位置についてのタイムチャートである。
【図4】 第1の実施形態の変形例における図3に相当するタイムチャートである。
【図5】 第1の実施形態の他の変形例における図3に相当するタイムチャートである。
【図6】 本発明の第2の実施形態である飛翔体の誘導制御装置を示すブロック図である。
【図7】 図6に関する接近直交方向並進スラスタ駆動信号、接近直交方向速度、接近直交方向の相対位置についてのタイムチャートである。
【図8】 第2の実施形態の他の変形例における図7に相当するタイムチャートである。
【図9】 本発明の第3の実施形態である飛翔体の誘導制御装置を示すブロック図である。
【図10】 図9に関する主従並進スラスタの動作を説明するためのタイムチャートである。
【図11】 第2の実施形態の変形例である飛翔体の誘導制御装置を示すブロック図である。
【図12】 図11に関する主従並進スラスタの動作を説明するためのタイムチャートである。
【図13】 本発明の第4の実施形態である飛翔体の誘導制御装置を示すブロック図である。
【図14】 従来の迎撃飛翔体における誘導制御装置構成を示すブロック図である。
【図15】 迎撃飛翔体とTBMの会合までのタイムシーケンスである。
【図16】 会合の状況を示す説明図である。
【図17】 図14に関する並進スラスタ推力指令、接近直交方向の相対速度、接近直交方向の相対位置を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
1‥航法誘導センサ、2‥会合時間演算装置、3‥TBM形状データベース
4‥追尾点照準点間補正量演算装置、5‥ZEM演算装置
6‥最終機動量演算装置、7‥経過時間タイマ
8‥並進スラスタ噴射時間演算装置、9‥並進スラスタ駆動信号演算装置
10‥並進スラスタ、11‥接近速度直交方向移動量演算装置
12‥対向スラスタ差動動作制御装置、13‥パルス同期装置
14‥回転スラスタ噴射時間演算装置、15‥回転スラスタ駆動信号演算装置
16 回転スラスタ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a guidance control apparatus for performing a final maneuver at the final stage of the terminal stage of a guided flying body that intercepts a flying ballistic flying object outside the atmosphere.
[0002]
[Prior art]
While the allowable hit error in the conventional air-to-air flying object using a proximity fuze is about 10 m, the allowable hit error is reduced to about a few tens of centimeters with highly accurate guidance control in the intercepting flying object for direct hit destruction. There is a need to. In other words, the intercepting flying object in the general meeting course to the ballistic projectile (hereinafter referred to as TBM) is guided to the narrower meeting course with a smaller hit error by the final movement in the latter half of the terminal period by guidance control until the first half of the terminal period. Need to control.
[0003]
Figure 14 shows the Tactical and Strategic Missile Guidance 2nd edition, page 41, Proportional Navigation and Zero Effort Miss, related to the publication of the American Institute of Aeronautics and Astronautics Zero Effort Miss The following is an example of a flying object guidance control apparatus shown in predictive guidance in the section “Intercepting a Ballistic Target” on page 373 of the same book based on ZEM). Hereinafter, a description will be given based on the drawings.
In FIG. 14, 1 is a navigation guidance sensor that is mounted on an intercepting flying object and detects the positional information and movement information of the intercepting flying object, and the relative position information and movement information of the TBM and the intercepting flying object, and 2 is based on the sensor detection signal. Meeting time calculation device for determining the time until the meeting of the interceptor and the TBM, 5 is a ZEM calculation device for determining the ZEM based on the sensor detection signal, and 8 is a translation for determining the thrust command value based on the time until the meeting and the ZEM. A thruster thrust command value calculation device, 9 is a translation thruster drive signal generation device that generates a translation thruster drive signal based on the thrust command value from the translation thruster thrust calculation device 8, and 10 is a translation thruster that injects based on the thruster drive signal. is there.
[0004]
Next, the operation will be described. FIG. 15 shows the time sequence up to the meeting of the interceptor and the TBM, and FIG. 16 shows the situation of the meeting. Usually, the interceptor flies on a general meeting course to the TBM with guidance during the first mid-term and early first half. The rough meeting course means a meeting in which an allowable hit error with an air-to-air flying object using a conventional proximity fuze is about 10 m. Here, an approach speed method plane orthogonal to the approach speed direction of the intercepting flying object and the TBM is assumed. The time at which both reference points (representing points representative of the location of each flying object) are included in this approach speed method plane is the meeting time, and this approach speed method plane is designated as the Miss Plane at the meeting time or expected meeting time. MP for short. The distance between the two reference points in the MP is called a hit error.
[0005]
If the inertial flight is continued without guiding the intercepting flying object after a certain time in the latter half of the terminal period, the intercepting flying object and the TBM are on the general meeting course and meet with a hit error of about 10 m. This hit error is referred to as ZE for short of Zero Effort Miss in the sense of a hit error when no guidance is performed. ZEM is the TBM tracking point from the intercepting flying object (representing the TBM used for TBM tracking, for example, the lightest point near the rear end of the body heated by rocket injection or the front end of the body that receives aerodynamic heating, Rotational angular velocity with respect to the inertial coordinate system of the line of sight (the center line of the field of view of the infrared sensor for tracking the TBM fixed to the interceptor flying object) is used (the center of the area of the TBM image detected by the image sensor is used) From the distance between the intercepting flying object and the TBM, and the time until the meeting, it is obtained with a ZE processing unit.
ZEM = dλ / dt · R · dT
Here, dλ / dt is the rotational angular velocity with respect to the inertial coordinate system of the line of sight from the intercepting flying object to the tracking point of the TBM, R is the distance between the TBM and the intercepting flying object, and dT is the time until the meeting. dλ / dt and R are obtained as sensor detection signals by the navigation guidance sensor, and dT is obtained by the meeting time calculation device based on the sensor detection signals.
[0006]
A translation thruster thrust calculation device will be described. From the obtained TEM and dT, in the translation thruster thrust calculation device, for example,
A = 2 · ZEM / dT2
A translation thruster thrust command value is obtained based on the mass of the intercepting flying object so as to generate an acceleration A in a direction orthogonal to the approach speed direction satisfying the relationship (hereinafter referred to as the approach speed orthogonal direction).
[0007]
Based on the translation thruster thrust command value, a translation thruster drive signal generator obtains a translation thruster drive signal, and a translation thruster is injected based on the drive signal. By this injection, acceleration is generated in the direction perpendicular to the approach speed. At the meeting time by continuing the injection for dT
0 = ZEM-1 / 2 ・ A ・ dT2
Thus, the hit error can be made zero.
[0008]
FIG. 17 shows the translation thruster thrust command value obtained by the translation thruster thrust command value calculation device, the relative speed in the approach speed orthogonal direction, and the relative position in the approach speed orthogonal direction. Each horizontal axis is the elapsed time.
[0009]
As a typical value, the approach speed is several km / s, and the relative speed in the direction perpendicular to the approach speed is on the order of several hundred m / s at most. Usually, in the terminal stage, guidance control in the approach speed direction is not performed, but only guidance control and rotation control in the direction near the approach speed are performed. Therefore, the direction of translation used in the description is a direction substantially perpendicular to the approach speed.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional interceptor flying body guidance control device, the intermediate thrust of the translation thruster is used, and it is difficult to realize the thrust according to the translation thruster thrust command value with sufficient accuracy compared to the fixed maximum thrust. As a result, there is a problem that the hit position error, that is, the relative position at the meeting time cannot be made sufficiently small. Alternatively, since the time until the meeting cannot be obtained accurately, an error occurs in the translation thruster thrust command value, and there is a problem that the relative position cannot be made sufficiently small. In addition, since the intermediate thrust below the minimum thrust of the translation thruster cannot be generated, the relative position in the orthogonal direction of the approach speed cannot be finely controlled. If the ZEM is relatively small, the final maneuver start time is calculated again. There is a problem that it is necessary to redo. That is, according to the prior art, it has been difficult to reduce the hit error to about several tens of centimeters.
[0011]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, such as thrust error due to generation of intermediate thrust of the translation thruster, thrust error due to restriction that thrust less than the minimum thrust cannot be used, and until the meeting. It is an object of the present invention to obtain a flying object guidance control apparatus and method that can achieve a hit error of about a few tens of centimeters without being affected by the time calculation error.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The flying object guidance control device according to the present invention is based on the position and motion information of the intercepting flying object and the ballistic flying object from the navigation guidance sensor, and the meeting time calculating device determines whether the intercepting flying object and the ballistic flying object meet. The time is obtained, the tracking point aiming point correction amount between the tracking point and the aiming point for the ballistic flying object is obtained from the position and motion information and the shape data of the ballistic flying object by the correction amount computing device, and the position and motion information is obtained by the ZEM computing device. The ZEM is obtained from the final movement amount calculation device, the correction amount between the tracking point aiming points and the final movement amount is obtained from the ZEM, the translation thruster thrust command value calculation device is used to determine the meeting time or the time until the meeting and the final movement amount.And the maximum thrust of the translation thrusterThe thrust command value of the translation thruster is obtained, and a translation thruster drive signal is generated from the thrust command value by the translation thruster drive signal calculation device.
[0013]
In addition, the approach speed orthogonal direction travelCalculationThe device calculates the approach speed orthogonal movement amount from the position and motion information and the thrust command value of the translation thruster, and the translation thruster drive signal computing device calculates the drive signal of the translation thruster from the thrust command value of the translation thruster and the approach speed orthogonal movement amount. Configured to generate.
[0016]
Further, a rotation thruster thrust command value calculation device obtains a rotation thruster thrust command value from position and motion information, a rotation thruster drive signal calculation device obtains a rotation thruster drive signal from the rotation thruster thrust command value, and a translational thruster thrust command value. The arithmetic unit is configured to obtain the thrust command value of the translation thruster from the meeting time or the time until the meeting, the final maneuvering amount, and the thrust command value of the rotating thruster.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a flying object guidance control apparatus according to a first embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a navigation guidance sensor that is mounted on an intercepting flying object and detects the positional information and movement information of the intercepting flying object, and the relative position information and movement information of the TBM and the intercepting flying object, and 2 is based on the sensor detection signal. Meeting time calculation device for obtaining the time to the meeting, 3 is a database relating to the shape characteristics of the TBM, 4 is an aiming point calculation device for obtaining a correction amount from the tracking point to the aiming point based on the tracking point, the sensor detection signal, and the TBM shape data ( The intercepting flying object needs to attack a point that causes destructive destruction to the TBM. The attacking point on the TBM is hereinafter referred to as an aiming point.) 5 is a ZEM computing device that obtains a ZEM based on the sensor detection signal. Is the final maneuvering amount calculation device that calculates the final maneuvering amount based on the aiming point and the ZEM, and 7 is an elapsed time timer that counts the elapsed time, and the time until the meeting is within a predetermined time. Start timing with the start of the final maneuver period. 8 is a translation thruster thrust command value calculation device for obtaining a translation thruster thrust command value based on the time until the meeting and the final maneuver amount, and 9 is a translation thruster drive signal calculation device for generating a thruster drive signal based on the translation thruster thrust command value. Reference numeral 10 denotes a translational thruster that ejects based on a thruster drive signal.
[0018]
Next, the operation will be described. The navigation guidance sensor 1 detects the position information, movement information, relative position information of the TBM and the interceptor flying object, movement information, and shape information of the TBM as sensor detection signals, and calculates the meeting time based on the sensor detection signals. The time until the meeting is determined by the device 2. Based on the tracking point, the shape data of the TBM to be intercepted from the database 3 and the sensor detection signal, the aiming point calculation device 4 obtains the aiming point correction amount. Based on the sensor detection signal, the ZEM computing device 5 obtains the ZEM, and based on the aim point correction amount and the ZEM, the final motion amount computing device 6 obtains the final motion amount. The injection start time of the translation thruster 10 is obtained by the translation thruster thrust command value calculation device 8 based on the time until the meeting and the final maneuver amount.
FIG. 2 is a TBM projection image onto the approach velocity method plane showing the relationship between the tracking point aiming point correction amount, the ZEM, and the final maneuvering amount.
[0019]
The translation thruster thrust command value calculation device 8 will be described. The maximum thrust Fmax of the translation thruster is used for the movement in the direction perpendicular to the approach speed. The maximum acceleration Amax is obtained by dividing Fmax by the mass of the intercepting flying object. The translation thruster 10 does not inject with an intermediate thrust over the entire section of the time dT until the meeting as in the prior art, but from the ZEM and Amax corresponding to the maximum thrust.
dT1 = Sqrt (2 · ZEM / Amax)
The injection of the translation thruster at the maximum thrust is started retroactively from the meeting time by the translation thruster injection time obtained as follows.
[0020]
The elapsed time timer 7 measures the elapsed time from the start of the final maneuver period. Based on the elapsed time and the translation thruster thrust command value from the translation thruster thrust command value computation device 8, the translation thruster drive signal computation device 9 generates a thruster drive signal. The translation thruster 10 is ejected based on the thruster driving signal.
FIG. 3 is a time chart for the approach position orthogonal direction translation thruster drive signal, the approach speed orthogonal direction speed, and the relative position in the approach speed orthogonal direction.
Although the elapsed time timer 7 that starts timing with the start of the final maneuver period is used, it is not essential to match the start of timekeeping with the start of the final maneuver period, and the start of the last maneuver period and the operation of the translation thruster It is sufficient if the time point is uniquely determined. Furthermore, the operation time point of the translation thruster is set based on the time that can be obtained from the clock function of the intercepting flying object without using the elapsed time timer 7 and the meeting time determined based on the sensor detection signal by the meeting time calculation device. Needless to say, you can. This point is common to the embodiments of the present invention described below.
[0021]
In this way, the flying object guidance control device is configured, and the translation thruster is injected with the maximum thrust just before the meeting time in the final maneuvering period, so that relative position information and motion information can be obtained in a state closer to the ballistic flying object. Therefore, it is possible to perform guidance control based on information with higher accuracy, and it is possible to use an inexpensive fixed thrust translation thruster. Further, since the thrust error is reduced by injecting the translation thruster with the fixed maximum thrust with stable thrust instead of the intermediate thrust, the hit error can be reduced. Of course, a translation thruster with a fixed thrust can be used at a low cost.
[0022]
In the above description, the translation thruster injection starts from the meeting time by the translation thruster injection time and continues until the meeting. However, the translation thruster may be injected immediately after the start of the final maneuvering period. Good. In this case, the translational thruster injection time can be obtained as follows. After this time has elapsed, inertial flight may be performed.
dT1'= DT-sqrt (dT2 -2 · ZEM / Amax)
FIG. 4 is a time chart corresponding to FIG. 3 in such a configuration.
[0023]
Furthermore, dT from the start of the final maneuver period0 It can also be configured to inject a translation thruster after a lapse of time. The translation thruster injection time in this case is obtained as follows.
dT1"= (DT-dT0 ) -Sqrt ((dT-dT0 )2 -2 · ZEM / Amax)
For a certain time, and then dT-dT0 -DT1During that time, it flies inertially.
FIG. 5 is a time chart corresponding to FIG. 3 in the case of such a configuration.
[0024]
If comprised in this way, there exists an effect that the average speed during the last maneuver period can be restrained low by injecting a translation thruster with the maximum thrust at the beginning of the last maneuver period. In addition, by injecting the translation thruster with the maximum thrust immediately before the meeting time in the final maneuvering period, the remaining propellant at the meeting time increases, so that the effect of direct hit destruction to the ballistic flying object is enhanced.
[0025]
Embodiment 2. FIG.
A flying object guidance control apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the block diagram of FIG. 6 and the time chart of FIG. The difference from the first embodiment is that the relative speed in the orthogonal direction of the approach speed is made substantially zero at the time of the meeting using two translational thrusters that act in the direction opposite to each other with respect to the intercepting flying object. It is to control and make the attack against TBM more reliable. In the figure, the same or corresponding parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description of the configuration and operation will not be repeated.
In the figure, 10-1Is a pair of master-slave translation thrusters that are jetted in directions opposite to the intercepting flying object based on the thruster drive signal, and 11 is an approach speed orthogonal that obtains a movement amount in the direction perpendicular to the approach speed based on the sensor detection signal and the translation thruster thrust command value. It is a direction movement amount calculation device. This embodiment will be described on the basis of control based on the time that can be obtained from the clock function of the intercepting flying object without using the elapsed time timer 7 in the first embodiment.
[0026]
Based on the sensor detection signal and the translation thruster thrust command value, the approach speed orthogonal direction movement amount calculation device 11 obtains the approach speed orthogonal direction movement amount. A pair of translation thrusters 10-1Of these, the main translation thruster in the direction of decreasing the ZEM is dT with the thrust Fmax.2 Inject during. Thereafter, the secondary translation thruster in the opposite direction is set to dT at Fmax so that the relative speed in the direction perpendicular to the approach speed generated by the injection of the main translation thruster is zero.Three Inject during. For that purpose, it is necessary to satisfy the following relationship.
0 = Amax · dT2 -Amax dTThree
Here, Amax is the maximum acceleration generated by the maximum thrust Fmax. Furthermore, it is necessary to satisfy the following relationship in order to make the relative position in the direction perpendicular to the approach speed zero.
ZEM = 1/2 · Amax · dT2 2+ Amax · dT2 (DT-dT2 ) -1/2 · Amax · dTThree 2
As a solution that satisfies these relationships
dT2= DTThree= 1/2 (dT-sqrt (dT2-4 · ZEM / Amax))
Is obtained.
[0027]
Based on the sensor detection signal and the translational thruster thrust command value, the approaching speed orthogonal direction movement amount calculation device 11 obtains the approaching orthogonal direction movement amount. This approaching orthogonal direction movement amount was obtained by the translation thruster thrust command value calculation device 8.
1/2 ・ Amax ・ dT2 2+ Amax · dT2 (DT-2 ・ dT2 )
DT from the time that coincided withThree = DT2 Inject time and slave translation thrusters.
[0028]
FIG. 7 shows the translation thruster thrust command value, the approach speed orthogonal direction relative speed, and the approach speed orthogonal direction relative position obtained by the translation thruster thrust command value calculation device. Each horizontal axis is the elapsed time.
[0029]
In this way, the flying object guidance control device is configured so that the opposing translation thrusters are jetted twice so that the relative approach speed and the orthogonal relative speed of the ballistic flying object and the intercepting flying object near the meeting time become substantially zero. Therefore, even if an error occurs in the meeting time calculation and a shift occurs in the meeting time, the relative position error in the orthogonal direction of the relative approach speed does not increase, and a more effective blow can be given to the TBM. In addition, since the second injection start time is determined based on the approach speed orthogonal direction moving amount, it is less affected by the error of the first injection and compared with the case where it is determined based on the elapsed time, and the hit error is reduced. Can do. Further, since the translation thruster is ejected with the maximum thrust, relative position information / motion information can be obtained in a state closer to the ballistic flying object, and guidance control can be performed based on information with higher accuracy. Of course, a translation thruster with a fixed thrust can be used at a low cost.
[0030]
  In the above description, the translation thruster is operated at its maximum thrust, but it may be configured to control the relative speed in the orthogonal direction of the approach speed to be substantially zero using the intermediate thrust of the translation thruster. Needless to say, to use the intermediate thrust of the translation thrusterFIG.The portion corresponding to the translation thruster thrust command value computing device of this type needs to compute the thrust of the translation thruster and the injection time. So this part isTranslational thruster command value calculation device 8Will be described. A pair of translation thrusters 10-1Of the main translation thrusters in the direction of decreasing the ZEM1 DTFour After the time injection, the thrust F is applied so that the secondary translation thrusters in the opposite direction have zero relative speed in the direction perpendicular to the approach speed generated by the injection of the main translation thrusters.2 DTFive Time spray. For that purpose, it is necessary to satisfy the following relationship.
    0 = A1・ DTFour+ A2・ DTFive
Where A1 And A2 Is the thrust F1 And F2 Is the acceleration generated by. Further, in order to make the relative position in the direction of approaching velocity orthogonal to zero, it is necessary to satisfy the following relationship.
    ZEM = 1/2 ・ A1・ DTFour 2+ A1・ DTFour(DT-dTFour)
            +1/2 ・ A2・ DTFive 2
As a solution that satisfies these relationships
    dTFive= 2 (dT−1 / 2 · dTFour-ZEM / (A1・ DTFour))
    A2= -A1・ DTFour/ DTFive
Is obtained. Thrust F2 Is A2 And the mass of the interceptor.
[0031]
  Based on the sensor detection signal and the translation thruster thrust command value, the approach speed orthogonal direction movement amount calculation device 11 obtains the approach speed orthogonal direction movement amount. The amount of movement in the direction perpendicular to the approach speed was obtained by the translation thruster thrust command value calculation device 8.
A 1 ・ DT 4 (-DT + 1/2 · dT 4 + 2ZEM / (A 1 ・ DT 4 ))
DT from the time that coincided with5During this time, a secondary translation thruster is injected. FIG. 6 shows the translation thruster thrust command value obtained by the translation thruster thrust command value computing device 8, the relative speed in the approaching speed orthogonal direction, and the approaching speed orthogonal direction relative position. Each horizontal axis is the elapsed time.
[0032]
In this embodiment, the approach speed orthogonal direction movement amount is obtained based on the sensor detection signal and the translation thruster thrust command value, and the approach speed orthogonal direction movement amount coincides with the value obtained by the translation thruster thrust command value calculation device 8. The translational thruster injection is started according to the output of the translational thruster thrust command value computing device 8 described in the first embodiment, that is, based on the elapsed time timer 7, and from the start time of the final maneuver period.
dT-dTThree = DT-dT2 Or dT-dTFive The secondary translation thruster injection may be started when the time elapses.
[0033]
Embodiment 3 FIG.
A flying object guidance control apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the block diagram of FIG. 9 and the time chart of FIG. The difference from each of the embodiments already described is that a pulse motion translation thruster is used, and FIG. 9 corresponds to the second embodiment already described, and the first and second embodiments. The same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals. Hereinafter, differences from the first and second embodiments will be described.
10-2Is a pair of master-slave pulse motion translation thrusters for jetting based on the thruster drive signal, 12 is a counter thruster differential motion control device that outputs a differential motion control signal based on the thruster drive signal, and 13 is a pulse synchronization signal based on the thruster drive signal. It is a pulse synchronizer that outputs.
[0034]
Based on the thruster drive signal, the translation thruster drive signal arithmetic unit 12 obtains the drive signals of the two master and slave translation thrusters. The drive signal of the main translation thruster includes pulse timing. The slave translation thruster drive signal is output as a differential operation control signal by matching the required total number of pulses and changing the pulse width based on the drive signal of the main translation thruster. At the same time, a thruster drive signal is applied to the pulse synchronizer 13 to output a pulse synchronization signal to synchronize the operation pulses of the two master and slave translational thrusters facing each other. FIG. 10 is a time chart showing the operation of the pair of master-slave translational thrusters configured as described above, and the horizontal axis represents elapsed time.
Although the third embodiment has been described on the assumption that it is applied throughout the final maneuver period, it is needless to say that the third embodiment can be applied to the respective injection operations of the translational thrusters in the first and second embodiments.
[0035]
This configuration is characterized by a master-slave pair of pulsed translational thrusters 10.-2The operation pulses are synchronized and differentially operated to obtain an intermediate thrust with high accuracy and small vibration disturbance. That is, the pulse motion translation thruster 10-2In order to obtain the thrust time product corresponding to the injection time ΔT below the minimum on-time, the translational thruster is injected with the minimum on-time Tmin and the main translation thruster is injected with Tmin + ΔT, and the difference between the two impulses is intercepted. Act on the body. In this description, it is assumed that each of the main and slave pulse motion translation thrusters has the same thrust, but the same configuration is possible even when the thrusts have different thrusts or variable thrusts. Needless to say, it can be easily analogized with the explanation in 2.
[0036]
In this way, the flying object guidance control device is configured, and a pulse thruster is used as the opposing translation thruster and the differential operation is performed in synchronization with each other, so that it is possible to artificially generate a pulse output below the minimum on-time of the pulse thruster. Fine control of the amount of movement is possible, and the hit error can be further reduced. Furthermore, unnecessary vibration disturbance is not given to the intercepting flying object, the reliability of the onboard equipment and the reliability of the guidance control are increased, and the certainty of the attack on the TBM is increased.
[0037]
Even when the pair of translational thrusters that perform differential operation is not pulsed, it can be configured based on the same concept as described above. Such a configuration is shown in FIGS.
In the figure, 10-3Is a pair of master-slave translation thrusters, at least one of which is variable in thrust, that jets in the direction opposite to the intercepting flying object based on the thruster drive signal-3Is a counter thruster differential operation control device that outputs a differential operation control signal based on a thruster drive signal.
[0038]
If the required thrust of the translation thruster is F smaller than the minimum output of the main translation thruster, for example, the slave translation thruster is injected with the minimum output Fmin, and the main translation thruster is injected with the output of Fmin + F.
Based on the thruster driving signal, the opposed thruster differential operation control device 12-3The differential operation control signal is output by the translation thruster 10 based on the thruster drive signal and the differential operation control signal.-3Inject.
FIG. 12 shows the thruster drive signal of the master-slave translation thruster in this configuration. The horizontal axis is the elapsed time. The combination of the operation of each translation thruster can be modified in many ways by the configuration of the master-slave pair of translation thrusters, but it goes without saying that it can be easily inferred from the above description.
[0039]
Even if the required thrust of the translation thruster is less than the minimum thrust, the thrust less than the minimum thrust of the translation thruster alone is output as the resultant force by operating the opposing translation thruster. The error can be reduced.
[0040]
Embodiment 4 FIG.
A flying object guidance control apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the block diagram of FIG. The difference from the third embodiment is that the rotating thruster is used to control the attitude of the intercepting flying object to further ensure the attack on the TBM. In the figure, the same or equivalent parts as those up to the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description of the configuration and operation will not be repeated.
Reference numeral 14 denotes a rotation thruster thrust command value calculation device for obtaining a thrust command value based on the sensor detection signal, 15 denotes a rotation thruster drive signal calculation device for obtaining a thruster drive signal based on the rotation thruster command value, and 16 denotes a rotation thruster drive signal. This is a rotating thruster to be injected.
[0041]
Rotational thruster thrust command value calculation of thrust command value of rotating thruster for detecting rotational motion of intercepting flying aircraft by guided navigation sensor 1 and controlling the aircraft to a posture suitable for guidance and TBM attack based on this detection signal Determined by device 14. Based on the rotation thruster thrust command value, the rotation thruster drive signal calculation device 15 obtains a thruster drive signal, and the rotation thruster 16 is injected based on the thruster drive signal. A translation thruster thrust command value is calculated by the translation thruster thrust command value calculation device 8 based on the time until the meeting, the final maneuvering amount, and the rotation thruster thrust command value.
[0042]
The translation thruster thrust command value calculation device 8 will be described. The rotation thruster 16 is arranged so that a rotational moment acts on the airframe by the thrust. Although it is desirable to arrange so as to generate only the rotational moment, if it cannot be arranged as such for mounting reasons, the accompanying translational thrust is generated together with the rotational moment. The translation thruster thrust command value calculation device 8 obtains the injection time based on the thrust obtained by adding the translational thrust accompanying the rotational moment of the rotational thruster 16 to the translational thrust of the translation thruster.
[0043]
In the above description, it is assumed that the rotating thruster 16 is a fixed thrust, but it is easy to analogize that the same configuration is possible even in the case of a variable thrust in conjunction with the description of the second embodiment. It goes without saying that it is possible.
[0044]
In this way, the flying object guidance control device was configured, and the intercepting flying machine body was held in a direction suitable for guidance, and the translational thrust for making the final movement amount zero was generated without excess or deficiency. Increase in hit error is minimized.
[0045]
【The invention's effect】
In the flying object guidance control apparatus according to the first invention,,commonSince the thrust thruster is injected with the maximum thrust with stable thrust, errors related to thrust are reduced and high accuracy is achieved.Based on informationGuidance control can be realized and hit error can be reduced.
[0046]
In the flying object guidance control apparatus according to the second invention, the opposing translation thrusters are jetted twice, and the relative approach speeds of the ballistic flying object and the intercepting flying object in the vicinity of the meeting time become substantially zero. Therefore, even if an error occurs in the meeting time calculation and the meeting time shifts, the relative position error in the direction of the relative approach speed orthogonal does not increase, and a more effective blow can be given to the TBM. In addition, since the second injection start time is determined based on the approach speed orthogonal direction moving amount, it is less affected by the error of the first injection and compared with the case where it is determined based on the elapsed time, and the hit error is reduced. Can do.
[0049]
  ThirdIn the flying object guidance control device according to the invention, the aircraft of the intercepting flying object is held in a direction suitable for guidance, and the translational thrust for making the final movement amount zero is generated without excess or deficiency. The increase in error is minimized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a flying object guidance control apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the tracking point aiming point correction amount, the ZEM, and the final maneuvering amount in the present invention by a TBM projection image on an approaching orthogonal plane.
3 is a time chart for the approaching orthogonal direction translation thruster drive signal, approaching orthogonal direction velocity, and relative position in the approaching orthogonal direction with respect to FIG. 1;
FIG. 4 is a time chart corresponding to FIG. 3 in a modified example of the first embodiment.
FIG. 5 is a time chart corresponding to FIG. 3 in another modification of the first embodiment.
FIG. 6 is a block diagram showing a flying object guidance control apparatus according to a second embodiment of the present invention.
7 is a time chart for the approach orthogonal direction translation thruster drive signal, the approach orthogonal direction speed, and the relative position in the approach orthogonal direction with respect to FIG. 6;
FIG. 8 is a time chart corresponding to FIG. 7 in another modification of the second embodiment.
FIG. 9 is a block diagram showing a flying object guidance control apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a time chart for explaining the operation of the master-slave translation thruster with respect to FIG. 9;
FIG. 11 is a block diagram showing a flying object guidance control apparatus according to a modification of the second embodiment.
12 is a time chart for explaining the operation of the master-slave translation thruster with respect to FIG.
FIG. 13 is a block diagram showing a flying object guidance control apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a guidance control device in a conventional intercepting flying object.
FIG. 15 is a time sequence until an interceptor and a TBM meet.
FIG. 16 is an explanatory diagram showing the status of a meeting.
17 is a time chart showing the translation thruster thrust command, the relative velocity in the approaching orthogonal direction, and the relative position in the approaching orthogonal direction with respect to FIG. 14;
[Explanation of symbols]
1. Navigation guidance sensor, 2. Meeting time calculation device, 3. TBM shape database
4. Tracking point aim point correction amount calculation device, 5. ZEM calculation device
6 ... Final movement amount calculation device, 7 ... Elapsed time timer
8. Translation thruster injection time calculation device, 9. Translation thruster drive signal calculation device
10. Translation thruster, 11.
12 ... Opposite thruster differential operation control device, 13 ... Pulse synchronizer
14... Rotating thruster ejection time computing device, 15...
16 rotating thrusters

Claims (3)

迎撃飛翔体および弾道飛翔体の位置と運動情報を検出する航法誘導センサ、前記位置と運動情報から前記迎撃飛翔体と前記弾道飛翔体の会合時刻または会合までの時間を求める会合時間演算装置、前記弾道飛翔体の形状デ−タを保持するデ−タベ−ス、前記位置と運動情報および前記弾道飛翔体の形状デ−タから前記弾道飛翔体に対する追尾点と照準点の間の追尾点照準点補正量を求める補正量演算装置、前記位置と運動情報から慣性飛行を続ける前記迎撃飛翔体と前記弾道飛翔体の前記会合時刻あるいは予想会合時刻における両者の基準点間の距離である命中誤差を求めるZEM演算装置、前記追尾点照準点間補正量と前記命中誤差から最終機動量を求める最終機動量演算装置、前記会合時刻または会合までの時間と前記最終機動量と並進スラスタの最大推力とから並進スラスタの推力指令値を求める並進スラスタ推力指令値演算装置、前記推力指令値から並進スラスタの駆動信号を生成する並進スラスタ駆動信号演算装置を備えた飛翔体の誘導制御装置。Navigation guidance sensor for detecting the position and movement information of the intercepting flying object and the ballistic flying object, the meeting time calculating device for obtaining the meeting time or the time until the meeting of the intercepting flying object and the ballistic flying object from the position and movement information, A database that holds the shape data of the ballistic flying object, the position and movement information, and the tracking point aiming point between the tracking point and the aiming point for the ballistic flying object from the shape data of the ballistic flying object correction amount computing unit for determining a correction amount to determine the accuracy error is the distance between both reference points in the associated time or expected meeting time of the interceptor missile and the ballistic projectile to continue the inertial flight from the position and movement information A ZE processing unit, a final maneuver calculation device for obtaining a final maneuver amount from the correction amount between the tracking point aiming points and the hit error, a time to the meeting or a time until the meeting, and the final maneuver amount and translation A translation thruster thrust command value computing device for obtaining a thrust command value for a translation thruster from the maximum thrust of the raster, and a flying object guidance control device comprising a translation thruster drive signal computing device for generating a translation thruster drive signal from the thrust command value . 前記位置と運動情報および前記並進スラスタの推力指令値から接近速度直交方向移動量を演算する接近速度直交方向移動量演算装置をさらに備えるとともに、前記並進スラスタ駆動信号演算装置は前記並進スラスタの推力指令値および前記接近速度直交方向移動量から並進スラスタの駆動信号を生成する請求項1記載の飛翔体の誘導制御装置。  The apparatus further includes an approach speed orthogonal direction movement amount calculation device that calculates an approach speed orthogonal direction movement amount from the position and motion information and the thrust command value of the translation thruster, and the translation thruster drive signal calculation device includes the thrust command of the translation thruster. 2. The flying object guidance control apparatus according to claim 1, wherein a driving signal for a translational thruster is generated from the value and the movement amount in the orthogonal direction of the approach speed. 前記位置と運動情報から回転スラスタの推力指令値を求める回転スラスタ推力指令値演算装置、前記回転スラスタの推力指令値から回転スラスタ駆動信号を求める回転スラスタ駆動信号演算装置をさらに備え、前記並進スラスタ推力指令値演算装置は前記会合時刻または会合までの時間と前記最終機動量と前記回転スラスタの推力指令値から並進スラスタの推力指令値を求める請求項1または2のいずれかに記載の飛翔体の誘導制御装置。  A rotational thruster thrust command value computing device for obtaining a thrust thrust thrust command value from the position and motion information; and a rotational thruster drive signal computing device for obtaining a rotational thruster drive signal from the rotational thruster thrust command value. 3. The flying object guidance according to claim 1, wherein the command value calculation device obtains a thrust command value of the translation thruster from the meeting time or time until the meeting, the final movement amount, and the thrust command value of the rotating thruster. Control device.
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