JP7414566B2

JP7414566B2 - 誘導装置

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Publication number: JP7414566B2
Application number: JP2020018813A
Authority: JP
Inventors: 裕之蜂須
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2020-02-06
Filing date: 2020-02-06
Publication date: 2024-01-16
Anticipated expiration: 2040-02-06
Also published as: JP2021124256A

Description

本発明の実施形態は、誘導装置に関する。

飛しょう体に搭載され、電波を利用して海面上を移動する目標を検出し、その目標に向けて飛しょう体を誘導する誘導装置においては、飛しょう体が目標に向かってほぼ鉛直方向から下降し、目標に大きく接近するにつれて、誘導装置から見た目標の全体形状が急速に拡大し、検索を行なう走査範囲から外れるために、結果として目標中の特定部位、例えば上部構造物（以下「上構」と称する）へ安定して誘導することが従来は困難であった。

因みに、移動していない目標に対しても高い精度を保って誘導できるような技術が提案されている（特許文献１）。

特開２００７－１２０９１６号公報

特許文献１に記載された技術は、ホバリングしているヘリコプタのように、地表から乖離した状態で移動していない目標に対して、目標と地表との距離を測定し、目標の検出高度範囲を制限して、地表で発生するクラッタの影響を排除するようにしたものである。

そのため、例えば海面上を移動する船舶などを目標とし、その略鉛直上から下降して目標に接近するような場合には、目標が海面に近い高度で位置を移動していることから、目標の形状を認識することで困難であり、適用することができないものと考えられる。

そこで、目的は、海面上の船舶などを目標とし、目標の船体と上部構造物（上構）を分離して認識した状態を維持して誘導することが可能な誘導装置を提供することにある。

本実施形態の誘導装置は、目標に向かって飛しょうする飛しょう体に搭載された誘導装置において、電波を照射し、その反射電波を受信する手段と、前記受信した反射電波により、目標の高度情報分布から目標の船体と上構とを幾何学的特徴に基づいて分離して算出する手段と、を備える。

実施形態に係る飛しょう体の目標となる船舶への会合状況を示す図。実施形態に係る飛しょう体の構成を示すブロック図。実施形態に係る誘導制御装置のアンテナ部の詳細な構成を示すブロック図。実施形態に係るアンテナ部のサブアレイモジュールの配列構成と観測軸の方向の定義とを示す図。実施形態に係る目標の方向の定義を示す図。実施形態に係る目標の観測波形を統合し、特定部位をホーミングする際の一連の処理内容を示すフローチャート。実施形態に係るデータ抽出処理の過程を説明する図。実施形態に係るデータ抽出処理の過程を説明する図。実施形態に係るＮ個のサブアレイモジュールでの受信和信号を観測順序で並べたＫ回分の抽出波形を示す図。実施形態に係るＮ個のサブアレイモジュールでの受信差信号を観測順序で並べたＫ回分の抽出波形を示す図。実施形態に係る観測相関行列を得たあとの目標観測処理を説明する図。実施形態に係る高度セルとして目標の船体付近を選択したときの電力特性と測角特性を示す図。実施形態に係る高度セルとして目標の上構付近を選択したときの電力特性と測角特性を示す図。実施形態に係る図６の誘導指令処理のサブルーチンのフローチャートと船舶判定結果とを説明する図。実施形態に係る誘導指令角の算出を説明する図。

以下図面を参照して、実施形態を説明する。本実施形態では、高高度で飛しょうする飛しょう体が、海面を移動する船舶を目標として、目標近辺の上空で略鉛直下方向に方向転換し、ほぼ垂直に降下するものとする。

なお本実施形態では、目標とする船舶の形状に関して、船体と上構（上部構造物）とを分離して認識するものとする。上構は、船舶におけるブリッジ（船橋）、航空母艦におけるアイランド（艦橋、マスト、煙突等含む）等を総称するものとする。

［目標艦船との会合状況］
図１は、飛しょう体の目標となる船舶への会合状況を示す。図１に示すように、飛しょう体１は、高高度で略水平方向に飛しょうしたのち、海面ＳＬを移動している、船舶である目標２のほぼ直上点に達した時点で方向転換し、誘導開始点ＳＰからは垂直降下に近い形態で目標２に向かって飛しょうしつつ、目標検出と目標２へのホーミングを行う。この場合、飛しょう体１が観測する対象は、目標２を含む目標域周辺になる。

［飛しょう体の構成］
図２は、飛しょう体１の構成を示すブロック図である。図２に示すように飛しょう体１は、誘導制御装置３、推進装置５、および操舵装置６を搭載している。誘導制御装置３は、後述するように、目標２を検出して飛しょう体１を目標２に誘導する操舵信号を操舵装置６に出力する。推進装置５は、飛しょう体１を飛行させるための推進機構である。操舵装置６は、誘導制御装置３により算出される操舵信号に基づいて、目標２に誘導（ホーミング:homing）するために飛しょう体１の飛行を制御する。

誘導制御装置３は、アンテナ部７、誘導処理部８、制御処理部９からなる。アンテナ部７は、目標２に対する照射電波１０の照射方向の制御（送信ビームの走査）と電波の送信を実施する。また、目標２からの反射電波１１を受信するための受信方向の制御（受信ビームの走査）と電波の受信を実施する。誘導処理部８は、送信する電波の波形生成や制御、また受信した電波の検出等の検出処理を実施し、目標２に向けてホーミングするための誘導信号を算出して制御処理部９へ出力する。制御処理部９は、誘導信号に基づいて飛しょう体１の機体を安定に飛しょうさせるための操舵信号を算出して操舵装置６へ出力する。

［アンテナ部の構成と動作］
図３は、誘導制御装置３のアンテナ部７の詳細な構成を示すブロック図である。図４は、アンテナ部７の主としてＮ個のサブアレイモジュール１２(１)～１２(Ｎ)の配列構成と観測軸の方向の定義とを示す図である。以下、図３および図４を使用して、アンテナ部７での構成と動作を説明する。

図４（Ａ）に示すように、アンテナ部７は、一般にＮ個のサブアレイモジュール１２(１)～１２(Ｎ)を内蔵している。各サブアレイモジュール１２(１)～１２(Ｎ)は、飛しょう体１の先端部に一列に配置されている。なお、図４（Ｂ）に示すように、角度観測の方向に関して、サブアレイモジュール１２(１)～１２(Ｎ)が配列されている方向（矩形のモジュール１２(１)～１２(Ｎ)の短辺方向）を横方向、同横方向および正面方向と直交する方向を縦方向と定義する。

図３に示すように、代表として、サブアレイモジュール１２(１)を用いてサブアレイモジュールの内部構成を説明する。
サブアレイモジュール１２(１)は、一般にＭ個の送受信モジュール１５(１)～１５(Ｍ)を内蔵しており、それぞれの送受信モジュール１５(１)～１５(Ｍ)には、送信アンテナ１３と受信アンテナ１４とが１つずつ接続されている。したがって、各サブアレイモジュール１２(１)～１２(Ｎ)は、それぞれ、Ｍ個の送信アンテナ１３(１，１)～１３(１，Ｍ)(～(１３(Ｎ，１)～(Ｎ，Ｍ)))とＭ個の受信アンテナ１４(１，１)～１４(１，Ｍ)(～(１４(Ｎ，１)～(Ｎ，Ｍ)))とを有する。

送受信モジュール１５(１)～１５(Ｍ)は、縦方向合成比較器２０(１)と接続される。縦方向合成比較器２０(１)には、方向性結合器１８(１)を介して送信周波数変換器１７(１)から高周波信号が与えられる。送信周波数変換器１７(１)は、サブアレイモジュール１２(１)外部の誘導処理部８から与えられる、照射電波１０の波形の基になる送信信号１６(１)を高周波の送信周波数信号に変換して方向性結合器１８(１)へ出力する。方向性結合器１８(１)はまた、受信周波数Σ変換器１９(１)と接続される。受信周波数Σ変換器１９(１)は、方向性結合器１８(１)から与えられる受信信号の受信周波数を、後述するΣ変換により受信和信号２５(１)として、サブアレイモジュール１２(１)外部の誘導処理部８へ送出する。

さらに、縦方向合成比較器２０(１)は、受信周波数Δ変換器２１(１)と接続される。受信周波数Δ変換器２１(１)は、縦方向合成比較器２０(１)から直接与えられる受信信号の受信周波数を後述するΔ変換により受信差信号２６(１)として、サブアレイモジュール１２(１)外部の誘導処理部８へ送出する。

さらに、サブアレイモジュール１２(１)への制御を行なうべく、誘導処理部８はさらに、送信制御器２２、送受信切換器２３、移相量設定器２４と接続され、これらに対してそれぞれ制御信号を出力している。

送信制御器２２は、誘導処理部８からの制御信号により、送受信モジュール１５(１，１)～１５(１，Ｍ))の送信状態の入切を制御する。

送受信切換器２３は、誘導処理部８からの制御信号により、送受信モジュール１５(１，１)～１５(１，Ｍ)の送信状態と受信状態を切り換える。

移相量設定器２４は、誘導処理部８からの制御信号により、送受信モジュール１５(１，１)～１５(１，Ｍ)に対して送信／受信時の高周波信号の通過位相を制御するための移相量データを出力する。

次に、図３により飛しょう体１から目標２に向けて照射電波１０を送出する際の誘導制御装置３での信号の流れを説明する。
誘導処理部８は、送信制御器２２を介して、すべての送信モジュール１５(１，１)～１５(Ｎ，Ｍ)のうち、送信状態を許可したい送信モジュール１５を選択指定するための「送信可」または「送信不可」の制御データを転送する。

次に誘導処理部８は、送受信切換器２３を介して、すべての送信モジュール１５(１，１)～１５(Ｎ，Ｍ)に「送信状態」を指示する。同時に誘導処理部８は、移相量設定器２４を介して、すべての送信モジュール１５(１，１)～１５(Ｎ，Ｍ)に、特定の方向に送信アンテナパターンが形成されるように、それぞれに特定の「移相量データ」を設定する。

次に誘導処理部８は、照射電波１０の波形の基になる送信信号１６(１)～１６(Ｎ)を送信周波数変換器１７(１)～１７(Ｎ)に出力する。

送信周波数変換器１７(１)(～１７(Ｎ))は、入力した高周波信号を、方向性結合器１８(１)(～１８(Ｎ))を介して縦方向合成比較器２０(１)(～２０(Ｎ))に出力する。さらに縦方向合成比較器２０(１)(～２０(Ｎ))は、各サブアレイモジュール１２(１)(～１２(Ｎ))内のそれぞれＭ個の送受信モジュール１５(１，１)～１５(１，Ｍ)(～((１５(Ｎ，１)～１５(Ｎ，Ｍ)))に高周波信号を分配する。

Ｍ個の各送受信モジュール１５(１，１)～１５(１，Ｍ)(～(１５(Ｎ，１)～１５(Ｎ，Ｍ)))では、縦方向合成比較器２０(１)(～２０(Ｎ))から入力した高周波信号を、誘導処理部８から移相量設定器２４を介して設定された移相量に基づいて通過位相を制御したのち、接続されている送信アンテナ１３(１，１)(～１３(Ｎ，Ｍ))へ出力する。

こうして、すべての送信アンテナ１３(１，１)～１３(Ｎ，Ｍ))から高周波信号を空間に送出することで、照射電波１０を目標２の方向に向けて放射する。

次に、図３を用いて、目標２からの反射電波１１を誘導制御装置３で受信する際の信号の流れを説明する。
誘導処理部８は、一定期間に照射電波１０を送出したのち、送受信切換器２３への制御信号により、すべての送受信モジュール１５(１，１)～１５(Ｎ，Ｍ)に「受信状態」となるよう指示する。次に、すべての送受信モジュール１５(１，１)～１５(Ｎ，Ｍ)に特定の方向に受信アンテナパターンが形成されるように、移相量設定器２４への制御信号により、それぞれ特定の移相量データを設定させる。

この状態で、目標２から到来した反射電波１１は、すべての受信アンテナ１４(１，１)～１４(Ｎ，Ｍ)で受信され、高周波信号として送受信モジュール１５(１，１)～１５(Ｎ，Ｍ)に出力される。

すべての送受信モジュール１５(１，１)～１５(Ｎ，Ｍ)では、誘導処理部８から移相量設定器２４を介して設定された移相量に基づいて通過位相を制御する。

ここで、あらためてサブアレイモジュール１２(１)～１２(Ｎ)での動作を、サブアレイモジュール１２(１)を代表として説明する。
サブアレイモジュール１２(１)では、内部のＭ個の送受信モジュール１５(１，１)～１５(１，Ｍ)から出力された高周波信号が、縦方向合成比較器２０(１)へ出力され、さらに縦方向合成比較器２０(１)は、Ｍ個の送受信モジュール１５(１，１)～１５(１，Ｍ)からの高周波信号をすべて合成し、方向性結合器１８(１)を介して、受信周波数Σ変換器１９(１)へ出力する。

受信周波数Σ変換器１９(１)は、入力した高周波信号を周波数変換し、さらにデジタル信号化したのちに受信和信号２５(１)として、誘導処理部８に伝送する。

一方、縦方向合成比較器２０(１)は、内部のＭ個の送受信モジュール１５(１，１)～１５(１，Ｍ)のうち、送受信モジュール１５(１，１)～１５(１，Ｍ/２)から出力された高周波信号の合成と、送受信モジュール１５(１，１＋Ｍ/２)～１５(１，Ｍ)から出力された高周波信号の合成との差を算出し、受信周波数Δ変換器２１(１)へ出力する。

受信周波数Δ変換器２１(１)は、縦方向合成比較器２０(１)から入力した差となる高周波信号を周波数変換し、さらにデジタル信号化したのちに受信差信号２６(１)として、誘導処理部８に伝送する。

これらのサブアレイモジュール１２(１)での処理は、サブアレイモジュール１２(２)～１２(Ｎ)でも並行して実施されることで、受信和信号２５(１)～２５(Ｎ)と受信差信号２６(１)～２６(Ｎ)が並行して誘導処理部８へ伝送される。

［誘導処理部の動作］
以下、本実施形態の誘導制御装置３における動作の詳細を説明する。
まず誘導制御装置３の誘導処理部８は、アンテナ部７のサブアレイモジュール１２(１)～１２(Ｎ)に対して、送信状態と受信状態を指定する。まず、誘導処理部８は、アンテナ部７に対して送信状態を指定し、各サブアレイモジュール１２(１)～１２(Ｎ)に送信動作を実行させる。このときに誘導処理部８は、照射電波１０の波形の基となるデータを生成する。

飛しょう体１から目標２に向けて照射電波１０を送出する際の信号の流れは前述した通りである。照射電波１０は、目標２をほぼ直上の地点から、目標２の高度方向の範囲を高分解能で観測できるように広帯域変調を実施した送信波形として生成され、目標２とその周辺の海面とに照射される。

なお、高周波信号の広帯域変調の方法については、例えば技術文献１（「High-Resolution Radar Second Edition, Donald R. Wehner, Artech House, Boston/London (March 1987)」Chapter 4:High-Range-Resolution Waveforms and Processing.）に示されているように、チャープ変調、位相変調等の一般的な方法によるものとする。

誘導処理部８から生成された送信波形を基に照射電波１０が空間に照射されたのち、誘導処理部８は、各サブアレイモジュール１２(１)～１２(Ｎ)に対して受信状態を指定する。受信期間中は一定のタイミングでデータをサンプルし、サンプルしたデータの復調を実施して観測波形を得る。復調の方式に関しては、前記と同様に広帯域変調の方法に合わせた復調方法を採るものとし、技術文献１に示されるような、チャープ変調、位相変調等の一般的方法によるものとする。

前記の照射電波１０を送信したのちに、目標２を含む周辺の海面域からの反射電波１１を受信する動作は、飛しょう体１を目標２に向けてホーミングさせるための誘導信号を更新する期間の中でＫ回繰り返して実施し、各サブアレイモジュール１２(１)～１２(Ｎ)が受信したＫ個の観測波形を統合する処理を実施することで目標２を検出する動作が実行される。

図５は、目標２の方向の定義について説明する図である。
図５（Ａ）は、目標２を側方から見た図であり、目標高度方向の定義と、側方から見たときの目標２の船体２ｂと上構２ｔを示している。

さらに図５（Ｂ）は目標２を上方から見た図であり、目標長方向と目標幅方向の定義と、上方から見たときの目標２の船体２ｂと上構２ｔを示している。

以下、観測波形を統合する処理の動作を図６乃至図１５を用いて説明する。
図６は、誘導処理部８において目標２の観測波形を統合し、特定部位に向けてホーミングする際に実行する、一連の処理内容を示すフローチャートである。

誘導処理部８は、データ抽出処理Ｓ１１、データ相関処理Ｓ１２、目標観測処理Ｓ１３、観測軸制御処理Ｓ１４、目標軸ロール角判定Ｓ１５、姿勢角指令処理Ｓ１６（またはＳ特徴量抽出処理１７および誘導指令処理Ｓ１８を繰り返し実行する。

データ抽出処理Ｓ１１において誘導処理部８は、目標２の形状に応じた波形データを抽出する。

図７（Ａ）は、飛しょう体１が目標２のほぼ直上から垂直に降下しながら、目標２を観測している環境を示している。図７（Ｂ）は、誘導指令信号を更新する周期内でＫ回観測を実施するうちの１回目に受信周波数Σ変換器１９(１)～１９(Ｎ)で得られる受信和信号２５(１)～２５(Ｎ)の代表例、図７（Ｃ）は、同１回目に受信周波数Δ変換器２１(１)～２１(Ｎ)で得られる受信差信号２６(１)～２６(Ｎ)の代表例を示す。

なお、この受信和信号(１)～２５(Ｎ)と受信差信号２６(１)～２６(Ｎ)は、前述した技術文献１に示されるような広帯域の変調と復調が実施されて、目標２に対する高分解能での観測が実現されている波形である。

受信和信号２５(１)～２５(Ｎ)のそれぞれにおいて、一般に使用されるように、雑音と信号を分離する検出閾値を設けて信号範囲を取り出す。さらに、別途、高度観測により得られた海面高度情報から観測波形における海面範囲の信号範囲を除去して、目標範囲のみを抽出する。こうして、１回目の観測波形におけるＲ_Ａ１からＲ_Ｂ１の目標範囲のみのＬ個のデータを抽出して、抽出波形とする。

ここで、Ｒ_Ａ１からＲ_Ｂ１に至る間は、目標２を略直上方向から観測したときの距離で、目標２の高度方向の範囲に相当する。したがって、以下においては、Ｌ個の信号情報一つ一つを高度セルと定義する。

受信差信号２６(１)～２６(Ｎ)については、受信和信号２５で目標範囲とした範囲をそのまま取り出して抽出波形とする。

続く図８は、誘導指令信号を更新する周期内でＫ回観測を実施するうちの代表するｋ回目の観測を示す。２回目以降の抽出は、１回目の抽出範囲と合わせるため、飛しょう体１の降下時の移動速度Ｖ_Ｍと観測時間間隔Ｔ_Ｐを使用して、受信和信号２５(１)～２５(Ｎ)、受信差信号２６(１)～２６(Ｎ)ともに、次式で示すＲ_Ａｋ～Ｒ_Ｂｋの範囲を取り出して抽出波形とする。すなわち、
Ｒ_Ａｋ＝Ｒ_Ａ１－Ｖ_Ｍ・Ｔ_Ｐ・(ｋ－１) (ｋ＝２…Ｋ)
Ｒ_Ｂｋ＝Ｒ_Ｂ１－Ｖ_Ｍ・Ｔ_Ｐ・(ｋ－１) (ｋ＝２…Ｋ)
となる。

次にデータ相関処理Ｓ１２を図９および図１０を用いて説明する。

図９は、Ｎ個のサブアレイモジュール１２(１)～１２(Ｎ)での受信和信号２５(１)～２５(Ｎ)を、観測順序で並べたＫ回分の抽出波形を示す図である。

図９において、サブアレイモジュール１２(１)～１２(Ｎ)での各抽出波形は、同じ高度セルで纏められて、次式の観測ベクトルを得る。すなわち、
Ｘ_ｋ(ｉ)＝［ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_Ｎ］^Ｔ (ｋ＝１…Ｋ)(ｉ＝１…Ｌ)
となる。

この式は、ｋ回目の観測における抽出波形のｉ番目のデータをベクトルとしたものである。次にこのベクトルと、ベクトル自身の共役転置ベクトルとの乗算によって以下の観測行列を算出する。すなわち、
Σ_ｋｋ(ｉ)＝Ｘ_ｋ(ｉ)・Ｘ_ｋ(ｉ)^Ｈ (ｋ＝１…Ｋ)(ｉ＝１…Ｌ)
図９では、前記行列をＸＩｋとして示している。Ｋ回の観測が終了した段階で、全期間で得られた前記の観測行列を、行列の同じ要素同士（ＸＩ１～ＸＩＫ）で平均することで、以下の観測相関行列を得る。

この観測相関行列の算出を、抽出範囲の各高度セルＬ個についてそれぞれ実施する。

同様に、図１０は、Ｎ個のサブアレイモジュール１２(１)～１２(Ｎ)での受信差信号２６(１)～２６(Ｎ)を、観測順序で並べたＫ回分の抽出波形を示す図である。

図１０において、サブアレイモジュール１２(１)～１２(Ｎ)での各抽出波形は、同じ観測タイミングで纏められて、次式の観測ベクトルを得る。すなわち、
Ｄ_ｋ(ｉ)＝［δ_１，δ_２，…，δ_Ｎ］^Ｔ (ｋ＝１…Ｋ)(ｉ＝１…Ｌ)
となる。

この式は、ｋ回目の観測における抽出波形のｉ番目のデータをベクトルとしたものである。次にこのベクトルと、受信和信号２５(１)～２５(Ｎ)のベクトルの共役転置ベクトルとの乗算によって、以下の観測行列を算出する。すなわち、
Δ_ｋｋ(ｉ)＝Ｄ_ｋ(ｉ)・Ｘ_ｋ(ｉ)^Ｈ (ｋ＝１…Ｋ)(ｉ＝１…Ｌ)
図１０では、前記行列をΔＩｋとして示している。Ｋ回の観測が終了した段階で、全期間で得られた前記の観測行列を、行列の同じ要素同士（ΔＩ１～ΔＩＫ）で平均することで、以下の観測相関行列を得る。

次に、図１１を用いて、観測相関行列を得たあとの目標観測処理Ｓ１３について説明する。
図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示すように、各高度セルＬ個について、受信和信号２５(１)～２５(Ｎ)の観測相関行列を使用し、角度θ_mを次式でθ₁～θ_Mまで順次変化させて、図１１（Ｃ）に示す角度変数θ_mに対する電力特性を算出する。以下は高度セルｉ番目の電力特性Ｐ_i(θ_m)を算出する式である。これは、技術文献２（「アクティブアンテナ技術（菊間信良著、株式会社オーム社、平成１５年１０月１０日第１版第１刷発行）、４．２項高分解能到来方向推定ｐ．１２６－ｐ．１２９。」）のビームフォーマ法の技術に相当する。

前記の処理により、図４と図１１の横方向の角度観測でビーム走査を順次実施したときの、高度セルｉでの電力特性が得られる。

同様に、各高度セルについて、受信差信号２６(１)～２６(Ｎ)と受信和信号２５(１)～２５(Ｎ)の観測相関行列を使用して、角度θ_mを次式でθ₁～θ_Mまで順次変化させて、図１１（Ｄ）に示す角度変数θ_mに対する測角特性を算出する。以下は、高度セルｉ番目の測角特性ε_i(θ_m)を算出する式である。

前記の処理により、図４と図１１の角度観測（縦方向）でモノパルス測角を順次実施したときの高度セルｉでの測角特性が得られる。

得た電力特性Ｐ_i(θ_m)を使用して、一定の検出閾値以上の電力値が得られている角度範囲を求め、その最小角度θ_S1iと最大角度θ_S2iを求める。

さらに最小角度θ_S1iと最大角度θ_S2iの範囲に対応する測角特性を抽出する。この抽出した測角特性を直線近似し、そのときの傾きＡ_iと切片Ｂ_iから以下の測角特性の代表値を求める。

以上の角度情報を使用して次式で示される角度を算出する。この角度は、図４と図１１に示すアンテナ部７における角度観測（横方向）と、図５と図１１に示す目標２の目標長方向とが成す角度に近似的に一致する。これを次式で示す目標ロール角Φ_iとする。

次に、観測軸制御処理Ｓ１４について説明する。観測軸制御処理Ｓ１４においては、目標観測処理２９で得られた各電力特性、測角特性のうち、電力特性の角度幅、すなわち、
Δθ_Ｓｉ＝θ_Ｓ２ｉ－θ_Ｓ１ｉ (ｉ＝１…Ｌ)
が最大となる高度セル(ｉ＝Ｌ_ＭＡＸ)における目標ロール角Φ_ｉ(ｉ＝Ｌ_ＭＡＸ)を使用して、アンテナの角度観測（横方向）と目標長方向とを整合させるための処理を実施する。

具体的には、目標軸ロール角判定処理Ｓ１５において、ゼロに近い規定値ΔΦと目標ロール角Φ_ｉ(ｉ＝Ｌ_ＭＡＸ)の絶対値とを比較して、目標ロール角Φ_ｉが規定値ΔΦを超えているか否かを判定する。

目標ロール角Φ_ｉが規定値ΔΦを超えていると判定した場合、姿勢角指令処理Ｓ１６に移行する。姿勢角指令処理Ｓ１６においては、目標ロール角Φ_ｉ(ｉ＝Ｌ_ＭＡＸ)をロール姿勢角を制御するための指令値として制御処理部９に出力し、制御処理部９がロール姿勢角を変更する操舵信号を操舵部６に出力する。

誘導処理部８では、再び、データ抽出処理Ｓ１１に戻り、あらたな目標ロール角Φ_ｉ(ｉ＝Ｌ_ＭＡＸ)を算出しながら、目標ロール角Φ_ｉ(ｉ＝Ｌ_ＭＡＸ)が規定値ΔΦ未満となるまで、姿勢角指令処理Ｓ１６を継続して実行する。これにより、アンテナの角度観測（横方向）と目標長方向との整合を実現する。

アンテナの角度観測（横方向）と目標長方向が整合した段階、すなわち、目標ロール角Φ_ｉ(ｉ＝Ｌ_ＭＡＸ)が規定値ΔΦ未満となったと目標軸ロール角判定処理Ｓ１５で判定した時点で、特徴量抽出処理Ｓ１７に移行する。図１２から図１４を使用して特徴量抽出処理Ｓ１７を説明する。

図１２は、高度セルとして目標２の船体２ｂ付近(高度セルｉ＝ｂ)を選択したときの、電力特性Ｐ_ｂ(θ_ｍ)（図１２（Ｃ））と測角特性ε_ｂ(θ_ｍ)（図１２（Ｄ））を示している。

特徴量抽出処理Ｓ１７に移行する段階においては、その前に必要に応じて繰り返し実行した姿勢角指令処理Ｓ１６により、目標ロール角がほぼゼロに近くなっているため、図４に示したアンテナの角度観測（横方向）は、図５に示した目標２の目標長方向にほぼ一致していることになる。

したがって、電力特性Ｐ_ｂ(θ_ｍ)で検出閾値以上の電力値が得られている角度範囲
(θ_ｂ１～θ_ｂ２)は、目標２の目標長に対応する。すなわち、目標２の船体付近の高度セルｂでの推定目標長ＬＲ_ｂを以下の式
ＬＲ_ｂ≒Ｈ(ｂ)・tan(θ_ｂ２－θ_ｂ１) (θ_ｂ２＞θ_ｂ１)
により算出する。式中、Ｈ(ｂ)は高度セルｉ＝ｂに対応する具体的な高度数値である。

一方、測角特性ε_ｂ（θ_ｍ）の直線近似結果はほぼ傾きがゼロとなり、その平均値は、目標２の高度セルｉ＝ｂでの目標幅の中心線、すなわち図５に示す目標幅方向での目標軸のオフセット角に対応する。

すなわち、目標２の船体付近の高度セルｂで推定される目標軸の、飛しょう体１のアンテナから見たオフセット角Δψ_ｂを得る。

同様に、図１３は、高度セルとして目標２の上構２ｔ付近（ｉ＝ｔ）を選択したときの、電力特性Ｐ_t(θ_ｍ)（図１２（Ｃ））と測角特性ε_t(θ_ｍ)（図１２（Ｄ））を示しており、それぞれの結果から、目標２の上構２ｔ付近について推定される目標長ＬＲ_ｔと目標軸のオフセット角Δψ_tを以下の式
ＬＲ_ｔ≒Ｈ(ｂ)・tan(θ_ｔ２－θ_ｔ１) (θ_ｔ２＞θ_ｔ１)
により算出する。

特徴量抽出処理Ｓ１７の後、誘導処理部８では誘導指令処理Ｓ１８を実行する。
図１４（Ａ）は、誘導指令処理Ｓ１８において、目標２の船体２ｂ付近と上構２ｔ付近とで推定した目標長と目標軸をそれぞれ使用して、目標特定点、すなわちホーミングにより誘導すべき目標２の特定部位の指定を行う処理のサブルーチンのフローチャートである。

目標２の船体２ｂ付近で推定される目標軸のオフセット角Δψ_ｂを算出し（Ｓ２１）、上構２ｔ付近で推定される目標軸のオフセット角Δψ_tを算出して（Ｓ２２）、それらの軸間角度差を算出する（Ｓ２３）。このとき、図１４（Ｃ）に示すように、通常船舶のようなほぼ左右が対称な形状の目標２においては、船体２ｂの推定目標軸と上構２ｔの推定目標軸とで軸間角度差に有意な差は生じない。一方、図１４（Ｂ）に示すように、航空母艦のような船舶では、上構２ｔの推定目標軸が船体２ｂの推定目標軸に対して非対称な位置に設置されており、軸間角度差に有意な差が生じる。

前記の特徴を活用して、軸間角度差が予め設定した規定値以上であるか否かにより、軸間角度差に有意な差が生じる否かを判定する（Ｓ２４）。

軸間角度差が規定値以上であって、有意な差があると判定した場合には、観測対象としている目標２が航空母艦であるものとして、事前に得ている航空母艦の形状情報と観測から推定される目標長に基づいて飛行甲板上の重要位置等を特定点として指定する（Ｓ２５）。

また、前記の特徴を活用して、軸間角度差が規定値未満であり、有意な差がないと判定した場合には、観測対象としている目標２は通常の船舶であるものとして、一般に船橋等の重要部位が設置されている、前方から１／３程度の位置を特定点として指定する（Ｓ２６）。

最後に図１５により、目標２上に指定された特定点に対してホーミングするのに必要となる誘導指令角の算出について説明する。

目標２の特定点に向けてホーミングするため、観測しているアンテナ座標での特定点方向を指定する。目標２の上に設定した特定点に対して、横方向観測軸との角度差を誘導横指令角とし、また、縦方向観測軸との角度差を誘導縦指令角とする。

図４で説明した角度観測の縦横各方向と、図５で説明した目標幅方向および目標長方向とがほぼ整合していることから、前記の誘導横指令角と誘導縦指令角を、そのまま特定点への誘導に使用できる。

具体的には、目標２の特定点へのホーミングに向けて、この誘導横指令角と誘導縦指令角を制御処理部９へ出力する。制御処理部９においては、この角度を吸収する制御、すなわち一般の比例航法または経路角指令等により飛しょう体１を制御する操舵信号を生成し、操舵装置６へ出力することで、目標２の設定した特定点へのホーミングを実現する。

図１４の誘導指令処理Ｓ１８のサブルーチンを一旦終了すると、図６のメインルーチンルーチンにおいてもデータ抽出処理Ｓ１１からの処理に戻り、以後同様の動作を繰り返し実行することにより、飛しょう体１が目標２の特定点に到達するまで、ホーミングを継続する。

以上詳述した如く本実施形態によれば、海面上の船舶などを目標とし、目標の船体と上構を分離して認識した状態を維持して誘導することが可能となる。

また、本実施形態では、アンテナ部７において、アレイアンテナのメインビームを目標本体の長軸方向の範囲を含んで走査するデジタルビームフォーミングの形態を採るモノとしたので、アダプティブアンテナとしての最適化アルゴリズムの適用が容易となり、誘導処理部８での演算処理をより高速化できる。

さらに、本実施形態では、目標２の船体２ｂの形状の長手方向と直交する幅方向を、モノパルス測角を用いた観測により推定するようにしたので、飛しょう体１のアンテナ部７から見た目標２の進行方向の傾きを効率的に算出できる。

加えて、本実施形態では、アンテナ部７の送受信角度と目標２の進行方向とに応じて飛しょう体１のロール角を制御するようにしたので、ロール角の制御後に目標２の船体２ｂと上構２ｔの形状や位置を認識する際の演算処理量を軽減できる。

また、本実施形態では、アンテナ部７の定義上の横方向を目標２の船体２ｂの形状と合わせることで、船体２ｂの長手方向の長さと中心軸位置とを推定するものとして、形状の認識に要する演算処理量を軽減できる。

さらに、本実施形態では、目標２の船体２ｂの推定中心軸と上構２ｔの推定中心軸とのオフセット角の大小により、目標２の種類を判定するようにしたため、特に上構２ｔが船体２ｂの推定中心軸から偏在している形状の船舶を簡易かつ確実に判定することができる。

加えて、本実施形態では、特に上構２ｔが船体２ｂの推定中心軸から偏在している形状の船舶であるか否かの判定結果によって、飛しょう体１を誘導する目標２中の特定点を制御するようにしたので、誘導対象に合わせて、より効率的に飛しょう体１を運用できる。

なお本実施形態では、海面上の船舶を目標２とした飛しょう体１が目標近辺の上空で垂直降下する際の、飛しょう体１に搭載された誘導制御装置３での動作について説明したが、本実施形態は、海面上の船舶を目標として限定するものではなく、例えば地表面上の車両等を目標とする場合にも適用可能である。

また、飛しょう体１が略鉛直方向に沿って垂直降下する場合に限らず、目標２が移動する平面に対して、水平方向の飛しょうも含んで斜めに下降する場合の動作にも同様に適用可能であるものとする。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…飛しょう体、２…目標（船舶）、２ｂ…船舶本体、２ｔ…上構、
３…誘導制御装置、５…推進装置、６…操舵装置、７…アンテナ部、
８…誘導処理部、９…制御処理部、１０…照射電波、１１…反射電波、
１２(１)～１２(Ｎ)…サブアレイモジュール、
１３(１，１)～１３(Ｎ，Ｍ)…送信アンテナ、
１４(１，１)～１４(Ｎ，Ｍ)…受信アンテナ、
１５(１，１)～１５(Ｎ，Ｍ)…送受信モジュール、１６(１)～１６(Ｎ)…送信信号、
１７(１)～１７(Ｎ)…送信周波数変換器１７、１８(１)～１８(Ｎ)…方向性結合器、
１９(１)～１９(Ｎ)…受信周波数Σ変換器、２０(１)～２０(Ｎ)…縦方向合成比較器、
２１(１)～２１(Ｎ)…受信周波数Δ変換器、２２…送信制御器、２３…送受信切換器、
２４…移相量設定器、２５(１)～２５(Ｎ)…受信和信号、
２６(１)～２６(Ｎ)…受信差信号、ＦＬ…飛しょうライン、
ＳＬ…海面、ＳＰ…誘導開始点。

Claims

飛しょう体に搭載され、前記飛しょう体を目標に向かって飛しょうさせる誘導装置において、
広帯域変調を施した送信波形の照射電波を生成する手段と、
前記目標近辺の上空から前記照射電波を照射し、その反射電波を受信する手段と、
前記受信した反射電波により、前記広帯域変調により得られる分解能での前記目標の高度情報分布から目標の船体と上構とを幾何学的特徴に基づいて分離して算出する手段と、
を備える誘導装置。
前記照射電波を照射して反射電波を受信する手段は、アレイアンテナのメインビームを目標本体の上方から見たときの長軸方向の範囲を含んで走査するデジタルビームフォーミングの形態を採る、請求項１記載の誘導装置。
前記目標の船体と上構とを分離して算出する手段は、前記目標の船体の上方から見たときの長手方向と直交する幅方向を、モノパルス測角を用いて観測により推定する、請求項１または２記載の誘導装置。
前記目標の船体と上構とを分離して算出する手段は、前記照射電波を照射して反射電波を受信する手段の受信角度と、前記目標の船体の上方から見たときの長手方向の角度とに応じて、前記飛しょう体のロール角を制御する、請求項１または２記載の誘導装置。
前記目標の船体と上構とを分離して算出する手段は、前記照射電波を照射して反射電波を受信する手段の角度観測の方向を、上方から見たときの前記目標の船体と合わせることで、前記目標の船体の上方から見たときの長手方向の長さと中心軸位置とを推定する、請求項１乃至４いずれか記載の誘導装置。
前記目標の船体と上構とを分離して算出する手段は、前記目標の船体の上方から見たときの長手方向の中心軸位置と前記上構の長手方向の中心軸位置とのオフセット角から、前記目標の種類を判定する、請求項５記載の誘導装置。
前記目標の船体の上方から見たときの長手方向の長さと中心軸位置、前記上構の長手方向の中心軸位置、および前記目標の種類の判定結果に応じて、前記目標内の特定点を誘導対象に設定する手段をさらに備える、請求項６記載の誘導装置。