JP7069080B2 - 管制装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動体に搭載され、目標の追尾を行う管制装置に関する。

従来、移動体にテレビカメラなどの光学系、およびレーザ測距装置などの測距器を含む光学系を搭載し、画像信号により目標の追尾を行う管制装置が実現されている（特許文献１参照）。

特開２００８－１３４０２８号公報

移動体に搭載される管制装置は、常に目標を追尾し、短時間で射出器に発射指令を行える状態を維持することが望ましい。しかしながら、管制装置の監視機が移動体の構造物によって発生するブラインド領域を跨いで動作できない、かつ移動体の回転運動によって追尾中の目標がブラインド領域を非等速直線的に跨ぐ場合、監視機は目標の追尾を中断してしまう。そのため、監視機を目標と反対方向に回転させてブラインド領域から脱出した目標へ再指向させ、目標の追尾を再開する必要がある。監視機の再指向においては、ユーザが目視で目標を確認し、手動で監視機を目標に指向させるため時間を要する、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ブラインド領域脱出後の目標に対する再追尾までの時間を短縮可能な管制装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、移動体に搭載される管制装置である。管制装置は、目標の画像を撮像する撮像器および目標との距離を計測する測距器を有し、旋回および俯仰方向に回転可能で目標を監視する監視機と、移動体の動揺角を検出するジャイロと、監視機の指向を制御する状況判定装置と、を備える。状況判定装置は、監視機の監視において移動体の構造物によってブラインド領域が発生し、監視機がブラインド領域を跨いで監視できず、かつ移動体の回転運動によって追尾中の目標がブラインド領域を非等速直線的に跨ぐ場合、動揺角、目標との距離、監視機の監視範囲、およびブラインド領域となる角度の情報に基づいて、目標がブラインド領域から脱出する位置を予測し、監視機を予測位置に指向させ、監視機の目標に対する追尾を再開させる、ことを特徴とする。

本発明によれば、管制装置は、ブラインド領域脱出後の目標に対する再追尾までの時間を短縮できる、という効果を奏する。

管制装置の運用状態を示す図 移動体の構造物によるブラインド領域と監視機の作動角度範囲との関係、および移動体の回転運動によって目標がブラインド領域を横断する際の位置の変化を示す図 管制装置の構成例を示すブロック図 管制装置の状況判定装置の動作を示すフローチャート 管制装置が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで構成する場合の例を示す図 管制装置が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る管制装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係る管制装置の運用状態を示す図である。本実施の形態では、海上における水面１において、移動体２が船舶の場合を想定して説明する。なお、本実施の形態は、地上における地面において、移動体２が車両の場合にも適用可能である。図１において、移動体２は、射出対象である目標１６を監視する管制装置の監視機３、および目標１６に対して射出体の射出を行う射出器４を備える。監視機３は、後述するように撮像器を備え、視野角１５の範囲で目標１６を撮像する。

図２は、本実施の形態に係る移動体２の構造物２２によるブラインド領域２０と監視機３の作動角度範囲２１との関係、および移動体２の回転運動によって目標１６がブラインド領域２０を横断する際の位置の変化を示す図である。作動角度範囲２１は、監視機３が監視可能な監視範囲である。監視機３は、移動体２の構造物２２によって、３６０°全体を対象にして目標１６を監視することができない。図２に示すように、監視機３は、ブラインド領域２０では、目標１６を監視できず、また目標１６を追尾できない。また、移動体２は、自身が回転している場合、目標１６が等速直線的に移動していても、相対的に目標１６が非等速直線的に移動しているように見えてしまう。図２は、回転している移動体２から見た場合に、目標１６がブラインド領域２０を非等速直線的に横断する様子を示している。図２において、（１），（２），（３）は、監視機３の指向方向、および監視機３の各指向方向のときの目標１６の位置を示している。監視機３は、目標１６が（３）の位置、すなわち目標１６がブラインド領域２０から脱出した位置で、目標１６の追尾を再開することができる。

移動体２に搭載される管制装置の構成および動作について説明する。図３は、本実施の形態に係る管制装置３０の構成例を示すブロック図である。管制装置３０は、監視機３と、ジャイロ７と、画像追尾処理器８と、追尾制御器９と、射出制御器１０と、表示操作器１１と、を備える。監視機３は、撮像器５と、測距器６と、を有する。射出制御器１０は、状況判定装置１２を有する。

監視機３は、旋回および俯仰方向に回転することが可能であり、表示操作器１１および追尾制御器９により指示された方向に対して指向制御される。監視機３は、目標１６を監視する。撮像器５は、ブラインド領域２０外において目標１６の画像を撮像する。測距器６は、目標１６との距離を計測する。ジャイロ７は、移動体２の動揺角を検出して監視機３に出力し、動揺を打ち消す方向で監視機３を制御する。

画像追尾処理器８は、撮像器５で撮像された画像をもとに背景と区別された目標１６の位置を示す目標信号を検出する。画像追尾処理器８は、目標１６の位置を、画面中心からの上下および左右の角度として求める。画像追尾処理器８は、監視機３において回転軸に機械的な可動軸を有しない場合、ジャイロ７の信号を利用し、画像を回転軸方向に回転させることにより、動揺修正を実現する。画像追尾処理器８は、目標１６の画像を表示操作器１１に出力する。

追尾制御器９は、監視機３の旋回および仰角の指向角度と、画像追尾処理器８で求められた画面中心からの上下および左右の角度より目標１６の存在する旋回および俯仰角を求め、監視機３に対して指向角を指令する。射出制御器１０は、射出器４に接続され、射出器４による射出体の射出を制御する。表示操作器１１は、撮像器５で撮像された画像を表示するほか、監視機３の指向制御のための操作を行う。また、表示操作器１１は、射出制御器１０を介して、射出器４に対する指向開始および解除、射出の操作を実施する。

射出制御器１０において、状況判定装置１２は、監視機３の指向を制御する。具体的には、状況判定装置１２は、目標１６がブラインド領域２０中にあるときには監視機３の指向を一時停止する一方で、ジャイロ７からの移動体２の動揺信号により監視機３への角度指令計算を継続する。

また、状況判定装置１２は、目標１６がブラインド領域２０に突入するまでの管制装置３０と目標１６との距離の変化から、ブラインド領域２０を脱出後の目標１６の未来位置を予測し、監視機３の俯仰角度を目標１６へ指向するよう制御する。状況判定装置１２は、例えば、ジャイロ７で検出された移動体２の動揺角、測距器６で測定された目標１６との距離、監視機３の監視範囲、ブラインド領域２０となる角度の情報などを用いて、目標１６がブラインド領域２０から脱出する位置を予測する。移動体２において、監視機３と移動体２の構造物２２との位置関係は固定であり、既知である。そのため、状況判定装置１２は、監視機３にとってブラインド領域２０となる角度の情報を予め保持しておくことが可能である。状況判定装置１２は、目標１６がブラインド領域２０から脱出するのと同時に、監視機３が反対舷の目標１６を検知できるよう、監視機３が有する最大角速度を考慮して、目標１６がブラインド領域２０を脱出する前に、監視機３に対して目標１６の指向を開始させる信号を送信する。この際、状況判定装置１２が監視機３に指示する内容は、ブラインド領域２０中の目標１６が移動体２の船尾付近で移動体２の非等速直線運動で目標１６が左右へふらついた場合でも、監視機３が旋回方向に往復運動をしないようヒステリシス特性を有するものとする。

また、状況判定装置１２は、測距器６により計測された目標１６との距離と、追尾制御器９により求められた目標１６の位置を示す目標角度をもとに射出器４に対する動揺修正角を求め、射出器４が空間上において安定した指向が可能となるよう制御する。射出器４は、射出制御器１０から入力された射出信号によって、追尾する目標１６に対して射出体を射出する。

このように、状況判定装置１２は、監視機３の監視において移動体２の構造物２２によってブラインド領域２０が発生し、監視機３がブラインド領域２０を跨いで監視できず、かつ移動体２の回転運動によって追尾中の目標１６がブラインド領域２０を非等速直線的に跨ぐ場合、目標１６がブラインド領域２０から脱出する位置を予測する。具体的には、状況判定装置１２は、ジャイロ７で検出された移動体２の動揺角、測距器６で測定された目標１６との距離、監視機３の監視範囲、およびブラインド領域２０となる角度の情報に基づいて、目標１６がブラインド領域２０から脱出する位置を予測する。状況判定装置１２は、監視機３を予測位置に指向させ、監視機３の目標１６に対する追尾を再開させる。

管制装置３０の動作を、フローチャートを用いて説明する。図４は、本実施の形態に係る管制装置３０の状況判定装置１２の動作を示すフローチャートである。管制装置３０において、状況判定装置１２は、測距器６、追尾制御器９などからの情報から目標１６がブラインド領域２０にあるか否かを判定する（ステップＳ１）。状況判定装置１２は、目標１６がブラインド領域２０外にある場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、本実施の形態に係る動作を終了する。状況判定装置１２は、目標１６がブラインド領域２０にある場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、目標１６がブラインド領域２０から脱出する位置を予測する（ステップＳ２）。状況判定装置１２は、監視機３を目標１６の予測位置に再指向させ（ステップＳ３）、監視機３に対してブラインド領域２０から脱出した目標１６の追尾を再開させる（ステップＳ４）。

つづいて、管制装置３０のハードウェア構成について説明する。管制装置３０において、監視機３は、カメラ、レーダなどの計測器である。ジャイロ７は回転角速度を検出するセンサである。表示操作器１１は、画像などを表示するモニタ、およびユーザからの操作を受け付け可能なインタフェースである。画像追尾処理器８、追尾制御器９、および射出制御器１０は、処理回路により実現される。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサおよびメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。

図５は、本実施の形態に係る管制装置３０が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで構成する場合の例を示す図である。処理回路がプロセッサ９１およびメモリ９２で構成される場合、管制装置３０の処理回路の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。処理回路では、メモリ９２に記憶されたプログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、処理回路は、管制装置３０の処理が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９２を備える。また、これらのプログラムは、管制装置３０の手順および方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。

ここで、プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などであってもよい。また、メモリ９２には、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などが該当する。

図６は、本実施の形態に係る管制装置３０が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図である。処理回路が専用のハードウェアで構成される場合、図６に示す処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。管制装置３０の各機能を機能別に処理回路９３で実現してもよいし、各機能をまとめて処理回路９３で実現してもよい。

なお、管制装置３０の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、管制装置３０は、追尾対象の目標１６が移動体２の構造物２２によるブラインド領域２０に突入した場合、測距器６およびジャイロ７から検出した情報によって目標１６がブラインド領域２０から脱出する位置を予測する。管制装置３０は、目標１６がブラインド領域２０を脱出した際に、目標１６に対して監視機３を再指向させ、監視機３に目標１６を再追尾させることとした。これにより、管制装置３０は、ブラインド領域２０脱出後の目標１６に対する再追尾までにかかる時間を短縮することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 水面、２ 移動体、３ 監視機、４ 射出器、５ 撮像器、６ 測距器、７ ジャイロ、８ 画像追尾処理器、９ 追尾制御器、１０ 射出制御器、１１ 表示操作器、１２ 状況判定装置、１５ 視野角、１６ 目標、２０ ブラインド領域、２１ 作動角度範囲、２２ 構造物、３０ 管制装置。

Claims (2)

1. 移動体に搭載される管制装置であって、
   目標の画像を撮像する撮像器および前記目標との距離を計測する測距器を有し、旋回および俯仰方向に回転可能で前記目標を監視する監視機と、
   前記移動体の動揺角を検出するジャイロと、
   前記監視機の指向を制御する状況判定装置と、
   を備え、
   前記状況判定装置は、前記監視機の監視において前記移動体の構造物によってブラインド領域が発生し、前記監視機が前記ブラインド領域を跨いで監視できず、かつ前記移動体の回転運動によって追尾中の前記目標が前記ブラインド領域を非等速直線的に跨ぐ場合、前記動揺角、前記目標との距離、前記監視機の監視範囲、および前記ブラインド領域となる角度の情報に基づいて、前記目標が前記ブラインド領域から脱出する位置を予測し、前記監視機を予測位置に指向させ、前記監視機の前記目標に対する追尾を再開させる、
   ことを特徴とする管制装置。
2. 前記状況判定装置を有する射出制御器は、前記目標に対して射出体を射出する射出器に接続される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の管制装置。

Images