JP3220173B2 - ミサイルの垂直速度および高度を正確に決定するためのシステム - Google Patents
ミサイルの垂直速度および高度を正確に決定するためのシステムInfo
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- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明はミサイルシステム、特に飛行中のミサイルの
速度および垂直位置を正確に決定するためのシステムに
関する。
速度および垂直位置を正確に決定するためのシステムに
関する。
［関連技術の説明］ ミサイルは爆発物の輸送から衛星発射用までの範囲の
種々の需要のある応用のために設計されている。このよ
うな応用はしばしば正確なミサイル速度、加速度、位置
情報を必要とし、それによって飛行中の操縦とターゲッ
ト追跡の調節を行う。このような正確な運動情報は低空
飛行ミサイルを含む軍事応用では特に重要である。ミサ
イルの垂直速度および高度測定における僅かにエラーが
ミサイル機能のためのこの情報の使用を妨げる。これに
よってミサイルの正確性と命中率を減少する。
種々の需要のある応用のために設計されている。このよ
うな応用はしばしば正確なミサイル速度、加速度、位置
情報を必要とし、それによって飛行中の操縦とターゲッ
ト追跡の調節を行う。このような正確な運動情報は低空
飛行ミサイルを含む軍事応用では特に重要である。ミサ
イルの垂直速度および高度測定における僅かにエラーが
ミサイル機能のためのこの情報の使用を妨げる。これに
よってミサイルの正確性と命中率を減少する。
典型的に、軍事応用で使用されるミサイルは、ミサイ
ル運動測定を行うために搭載された慣性座標装置（IR
U）を含んでいる。IRUはセンサを有し、センサはIRU中
のミサイルの慣性位置加速度測定装置の変化を検出し、
ミサイルの加速度を測定し、これはその後ミサイル速度
と位置を計算することに使用される。現在のミサイル位
置と速度は初期位置と速度を参照してそれぞれ計算され
る。初期エラーとIRU測定エラーはミサイル飛行にわた
って累積し、ミサイル垂直速度と位置の評価を非常に劣
化する。
ル運動測定を行うために搭載された慣性座標装置（IR
U）を含んでいる。IRUはセンサを有し、センサはIRU中
のミサイルの慣性位置加速度測定装置の変化を検出し、
ミサイルの加速度を測定し、これはその後ミサイル速度
と位置を計算することに使用される。現在のミサイル位
置と速度は初期位置と速度を参照してそれぞれ計算され
る。初期エラーとIRU測定エラーはミサイル飛行にわた
って累積し、ミサイル垂直速度と位置の評価を非常に劣
化する。
ミサイルレーダ距離、即にIRU測定ではなく距離測定
を使用するシステムは、ミサイル垂直速度評価に関して
エラーを補正することにしばしば使用される。このよう
なシステムでは、レーダ距離測定はミサイル速度の評価
を得るために微分される。しかしながらレーダセンサ雑
音により重大なエラーがしばしば生じる。その他の類似
のシステムはレーダ距離測定を微分前に平均することに
よってセンサ雑音の影響を減少しようとしている。しか
しながらこれらのシステムはミサイル速度と飛行路角度
の変化によるミサイルの垂直加速度を考慮していない。
結果的な垂直速度測定エラーは依然として幾つかの応用
で許容されていない。
を使用するシステムは、ミサイル垂直速度評価に関して
エラーを補正することにしばしば使用される。このよう
なシステムでは、レーダ距離測定はミサイル速度の評価
を得るために微分される。しかしながらレーダセンサ雑
音により重大なエラーがしばしば生じる。その他の類似
のシステムはレーダ距離測定を微分前に平均することに
よってセンサ雑音の影響を減少しようとしている。しか
しながらこれらのシステムはミサイル速度と飛行路角度
の変化によるミサイルの垂直加速度を考慮していない。
結果的な垂直速度測定エラーは依然として幾つかの応用
で許容されていない。
［発明の解決しようとしている課題］ 本発明の目的は、ミサイル垂直速度と位置を正確に測
定し、IRU初期エラーを影響を受けず、ミサイルの垂直
加速度の変化を考慮するシステムを提供することであ
る。
定し、IRU初期エラーを影響を受けず、ミサイルの垂直
加速度の変化を考慮するシステムを提供することであ
る。
［課題を解決するための手段］ この目的は本発明のミサイルの運動特性を決定するシ
ステムによって達成される。本発明は、ミサイルの運動
特性を決定するシステムにおいて、レーダ距離測定を得
るための第１の機構と、慣性座標装置から構成され、レ
ーダ距離測定値を使用せずにミサイル加速度の変化を追
跡し、それに応じた信号を出力する第２の機構と、第２
の機構から出力される信号とレーダ距離測定値とを結合
して、運動特性の評価を与えるように構成された第３の
機構とを具備し、この第３の機構は２状態カルマンフィ
ルタを備え、この２状態カルマンフィルタの第１および
第２の状態はそれぞれ次の式に対応し、 hmsl（tk+1）＝hmsl（tk）＋Vmsl（tk）（tk+1−tk） Vbias（tk）＝VIRU（tk）−Vmsl（tk） 第１の状態の式において、hmsl（tk+1）は、慣性ｚチ
ャンネルの評価、即ち垂直ミサイル速度Vmsl（tk）を使
用して以前の疑似測定高度評価値hmsl（tk）から線形推
定された現在の高度の疑似測定評価値であり、 第２の状態の式において、Vbias（tk）は垂直速度の
慣性座標装置評価におけるバイアスエラーであり、VIRU
（tk）は垂直速度の慣性座標装置評価であり、V
msl（tk）は平均距離測定値を微分することにより得ら
れた垂直速度評価値であることを特徴とする。
ステムによって達成される。本発明は、ミサイルの運動
特性を決定するシステムにおいて、レーダ距離測定を得
るための第１の機構と、慣性座標装置から構成され、レ
ーダ距離測定値を使用せずにミサイル加速度の変化を追
跡し、それに応じた信号を出力する第２の機構と、第２
の機構から出力される信号とレーダ距離測定値とを結合
して、運動特性の評価を与えるように構成された第３の
機構とを具備し、この第３の機構は２状態カルマンフィ
ルタを備え、この２状態カルマンフィルタの第１および
第２の状態はそれぞれ次の式に対応し、 hmsl（tk+1）＝hmsl（tk）＋Vmsl（tk）（tk+1−tk） Vbias（tk）＝VIRU（tk）−Vmsl（tk） 第１の状態の式において、hmsl（tk+1）は、慣性ｚチ
ャンネルの評価、即ち垂直ミサイル速度Vmsl（tk）を使
用して以前の疑似測定高度評価値hmsl（tk）から線形推
定された現在の高度の疑似測定評価値であり、 第２の状態の式において、Vbias（tk）は垂直速度の
慣性座標装置評価におけるバイアスエラーであり、VIRU
（tk）は垂直速度の慣性座標装置評価であり、V
msl（tk）は平均距離測定値を微分することにより得ら
れた垂直速度評価値であることを特徴とする。
カルマンフィルタは以下のカルマンフィルタの共分散
式にしたがって動作する。
式にしたがって動作する。
P11（tk+1,tk）＝P11（tk,tk）−２＊ΔＴ＊P12（tk,tk）＋ΔＴ２＊P22（tk,
tk） P11（tk+1,tk）＝P12（tk,tk）＋ΔＴ２＊P22（tk,tk） P11（tk+1,tk）＝P22（tk,tk）＋Q22 ここでP11は、ミサイルの高度の評価のエラー共分散を
表し、P22は垂直速度バイアスの評価のエラー共分散を
表し、P12は高度と垂直速度バイアスの評価間のエラー
クロス共分散を表し、Q22は状態プロセス雑音を表し、
符号（tj,tk）は全ての測定を通して与えられ時間tkを
含む時間tjにおける最良の時間評価を示している。
tk） P11（tk+1,tk）＝P12（tk,tk）＋ΔＴ２＊P22（tk,tk） P11（tk+1,tk）＝P22（tk,tk）＋Q22 ここでP11は、ミサイルの高度の評価のエラー共分散を
表し、P22は垂直速度バイアスの評価のエラー共分散を
表し、P12は高度と垂直速度バイアスの評価間のエラー
クロス共分散を表し、Q22は状態プロセス雑音を表し、
符号（tj,tk）は全ての測定を通して与えられ時間tkを
含む時間tjにおける最良の時間評価を示している。
示された実施形態では、カルマンフィルタはミサイル
の高度の疑似測定評価と、慣性座標装置から得られたミ
サイルの高度の評価とを結合し、それに応答して正確な
ミサイル高度評価を表す出力信号を与える。疑似測定評
価は以下の疑似測定式にしたがって得られる。
の高度の疑似測定評価と、慣性座標装置から得られたミ
サイルの高度の評価とを結合し、それに応答して正確な
ミサイル高度評価を表す出力信号を与える。疑似測定評
価は以下の疑似測定式にしたがって得られる。
hmissile＝（Rslant）＊sin（θbeam−θpitch） ここで、Rslantは傾斜距離測定に対応し、θbeamはレ
ーダビーム角度に対応し、θpitchはミサイルのピッチ
角度に対応し、hmissileはミサイルの高度に対応する。
ーダビーム角度に対応し、θpitchはミサイルのピッチ
角度に対応し、hmissileはミサイルの高度に対応する。
カルマンフィルタは慣性座標装置から得られた速度測
定のエラー評価を減算回路へ提供する速度バイアス出力
を含んでいる。減算回路は速度測定からバイアスエラー
の評価を減算し、それに応答してミサイル速度評価を与
える。
定のエラー評価を減算回路へ提供する速度バイアス出力
を含んでいる。減算回路は速度測定からバイアスエラー
の評価を減算し、それに応答してミサイル速度評価を与
える。
搭載された慣性基準座標装置とレーダシステムからの
情報を特別に結合することによって、慣性座標測定にお
ける速度バイアスエラーの評価が得られる。このエラー
の知識は対応する測定を補正するために使用される。本
発明はミサイル高度および速度の短期間の変化を、初期
エラーに影響されないレーダシステムに正確に従わせ、
慣性座標装置の初期エラーが最少である正確なミサイル
の垂直速度および高度測定を生成し、ミサイル垂直加速
度の変化中および変化後も正確でありつづける慣性座標
装置の能力を使用する。
情報を特別に結合することによって、慣性座標測定にお
ける速度バイアスエラーの評価が得られる。このエラー
の知識は対応する測定を補正するために使用される。本
発明はミサイル高度および速度の短期間の変化を、初期
エラーに影響されないレーダシステムに正確に従わせ、
慣性座標装置の初期エラーが最少である正確なミサイル
の垂直速度および高度測定を生成し、ミサイル垂直加速
度の変化中および変化後も正確でありつづける慣性座標
装置の能力を使用する。
［図面の簡単な説明］ 図１は、本発明のシステムにより使用された主要な測
定を示すミサイルの図である。
定を示すミサイルの図である。
図２は、本発明の教示により構成されたミサイル垂直
速度および高度を正確に評価するためのシステムのブロ
ック図である。
速度および高度を正確に評価するためのシステムのブロ
ック図である。
図３は、図２のシステムを具備した本発明の教示によ
り構成されたミサイルの図である。
り構成されたミサイルの図である。
［発明の説明］ 本発明を特定の応用についての図示の実施例を参照し
てここで説明したが、本発明がそれに限定されないこと
を理解すべきである。当業者は本発明の技術的範囲内の
付加的な変形、応用、実施形態および、本発明が非常に
有効である付加的な分野を認識するであろう。
てここで説明したが、本発明がそれに限定されないこと
を理解すべきである。当業者は本発明の技術的範囲内の
付加的な変形、応用、実施形態および、本発明が非常に
有効である付加的な分野を認識するであろう。
図１は本発明のシステムにより使用される主要な測定
を示したミサイル12の図10である。測定は、傾斜（スラ
ント）距離14測定（Rslant）、レーダビーム角度（θ
beam）16、ミサイルピッチ角度（θpitch）18、ミサイ
ル高度（hmissile）20の測定を含んでいる。ミサイルの
高度20の変化率は典型的にミサイル12に搭載された慣性
基準座標装置（IRU）（図２参照）により評価される。
を示したミサイル12の図10である。測定は、傾斜（スラ
ント）距離14測定（Rslant）、レーダビーム角度（θ
beam）16、ミサイルピッチ角度（θpitch）18、ミサイ
ル高度（hmissile）20の測定を含んでいる。ミサイルの
高度20の変化率は典型的にミサイル12に搭載された慣性
基準座標装置（IRU）（図２参照）により評価される。
慣性座標装置はミサイル加速度を感知し、加速度を積
分してIRU速度評価を得る。IRUは初期位置および初期速
度のような初期パラメータから推定することによりミサ
イルの現在の高度20と速度を評価する。ミサイル速度の
幾つかの変化にわたって、エラーはIRU位置情報中で累
積する。
分してIRU速度評価を得る。IRUは初期位置および初期速
度のような初期パラメータから推定することによりミサ
イルの現在の高度20と速度を評価する。ミサイル速度の
幾つかの変化にわたって、エラーはIRU位置情報中で累
積する。
本発明のシステム（図２参照）はこのエラーのチェッ
クを続けるために疑似測定を使用する。高度の疑似測定
は傾斜距離14、レーダビーム角度16、ミサイルピッチ角
度18の関数として計算される。
クを続けるために疑似測定を使用する。高度の疑似測定
は傾斜距離14、レーダビーム角度16、ミサイルピッチ角
度18の関数として計算される。
hmissile＝（Rslant）＊sin（θbeam−θpitch）
（１） ここで、Rslantは傾斜距離14に対応し、θbeamはレー
ダビーム角度16に対応し、θpitchはミサイルピッチ角
度18に対応し、hmissileはミサイル高度20に対応する。
θpitchは負であり、それ故θbeam−θpitchは正であ
る。
（１） ここで、Rslantは傾斜距離14に対応し、θbeamはレー
ダビーム角度16に対応し、θpitchはミサイルピッチ角
度18に対応し、hmissileはミサイル高度20に対応する。
θpitchは負であり、それ故θbeam−θpitchは正であ
る。
本発明のシステムはミサイル高度の短期間の変化に正
確に追随するIRUの能力を使用する。より正確なレーダ
距離測定、即ち疑似高度測定はIRUにより与えられたミ
サイル高度の短期間の変化を知ることによって所定の時
間間隔にわたり平滑化される。平滑化された高度測定は
その後微分され、IRU垂直速度測定のバイアスエラーを
除去するために使用される。
確に追随するIRUの能力を使用する。より正確なレーダ
距離測定、即ち疑似高度測定はIRUにより与えられたミ
サイル高度の短期間の変化を知ることによって所定の時
間間隔にわたり平滑化される。平滑化された高度測定は
その後微分され、IRU垂直速度測定のバイアスエラーを
除去するために使用される。
図２は本発明にしたがって構成されたミサイルの垂直
速度および高度を正確に評価するシステム30のブロック
図である。システム30は、一般的なターゲット検出装置
（TDD）により構成されることのできるレーダシステム3
6から傾斜距離情報34を受信する高度カルマンフィルタ3
2を含んでいる。カルマンフィルタ32はまたミサイルの
位置および方向情報38とIRU速度情報42をIRU40から受信
する。カルマンフィルタ32は傾斜距離情報34に対して動
作し、位置および方向情報38はエラーの評価44、即にバ
イアス（Vbias）を決定し、このバイアスは垂直速度（V
IRU）42のIRU評価において累算される。カルマンフィル
タ32はまた傾斜距離情報34をIRU位置情報と結合して、
高度46のより正確な評価を与える。カルマンフィルタ32
は所定の時間間隔にわたってレーダ傾斜距離測定34を平
滑化し、その後微分し、それによって慣性座標装置測定
38のバイアスエラーを決定し除去する。
速度および高度を正確に評価するシステム30のブロック
図である。システム30は、一般的なターゲット検出装置
（TDD）により構成されることのできるレーダシステム3
6から傾斜距離情報34を受信する高度カルマンフィルタ3
2を含んでいる。カルマンフィルタ32はまたミサイルの
位置および方向情報38とIRU速度情報42をIRU40から受信
する。カルマンフィルタ32は傾斜距離情報34に対して動
作し、位置および方向情報38はエラーの評価44、即にバ
イアス（Vbias）を決定し、このバイアスは垂直速度（V
IRU）42のIRU評価において累算される。カルマンフィル
タ32はまた傾斜距離情報34をIRU位置情報と結合して、
高度46のより正確な評価を与える。カルマンフィルタ32
は所定の時間間隔にわたってレーダ傾斜距離測定34を平
滑化し、その後微分し、それによって慣性座標装置測定
38のバイアスエラーを決定し除去する。
IRU速度評価バイアス44はカルマンフィルタ32から減
算回路48へ出力し、減算回路48はIRU速度評価42からIRU
速度バイアス44を演繹し、それによって垂直速度の正確
な評価50を与える。
算回路48へ出力し、減算回路48はIRU速度評価42からIRU
速度バイアス44を演繹し、それによって垂直速度の正確
な評価50を与える。
傾斜距離情報34は、レーダ傾斜距離測定が無効である
か非常に多数のエラーを累積しているときをカルマンフ
ィルタ32に通知する有効性フラグ（図示せず）を含んで
いる。この場合、カルマンフィルタ32はTDD36から無効
フラグを受信し、その後無効な傾斜距離測定に以前の傾
斜距離測定を書込む。以前の傾斜距離測定は出力52でカ
ルマンフィルタから出力されたTDD36に入力される。こ
れはレーダ傾斜距離測定が有効ではないときにカルマン
フィルタ32のIRU垂直速度バイアス44とミサイル高度46
を計算する能力を最適にする。カルマンフィルタはフェ
ード中、即ち傾斜距離測定が得られないときの高度評価
46を推測する能力を有する。
か非常に多数のエラーを累積しているときをカルマンフ
ィルタ32に通知する有効性フラグ（図示せず）を含んで
いる。この場合、カルマンフィルタ32はTDD36から無効
フラグを受信し、その後無効な傾斜距離測定に以前の傾
斜距離測定を書込む。以前の傾斜距離測定は出力52でカ
ルマンフィルタから出力されたTDD36に入力される。こ
れはレーダ傾斜距離測定が有効ではないときにカルマン
フィルタ32のIRU垂直速度バイアス44とミサイル高度46
を計算する能力を最適にする。カルマンフィルタはフェ
ード中、即ち傾斜距離測定が得られないときの高度評価
46を推測する能力を有する。
カルマンフィルタは技術でよく知られ、フィルタ状態
式（式２、式３参照）と共分散式（式６乃至式８参照）
の選択により本発明の方法にしたがって構成されてもよ
い。
式（式２、式３参照）と共分散式（式６乃至式８参照）
の選択により本発明の方法にしたがって構成されてもよ
い。
カルマンフィルタ32の２つの状態は、次のものに対応
する。
する。
1.地上からのミサイル高度と、 2.IRU高度率、即ち垂直速度測定におけるバイアスエラ
ー。
ー。
所定の時間tk+1における地上からのミサイル高度に対
応する状態式は、高度および速度測定が行われた以前の
時間tkにおけるミサイルの高度および速度の関数であ
る。
応する状態式は、高度および速度測定が行われた以前の
時間tkにおけるミサイルの高度および速度の関数であ
る。
hmsl（tk+1）＝hmsl（tk）＋Vmsl（tk）（tk+1−tk）
（２） ここで、hmsl（tk+1）は、慣性ｚチャンネルの評価、
即ち垂直ミサイル速度Vmsl（tk）を使用して、以前の疑
似測定高度評価hmsl（tk）から推定された現在の高度の
線形の疑似測定評価である。垂直速度評価Vmsl（tk）は
予め定められた時間間隔にわたる平均の測定された高度
を微分することによって以前に得られた。この推定は情
報34中のフラグにより通知されたときに距離データが有
効ではないときに行われる。
（２） ここで、hmsl（tk+1）は、慣性ｚチャンネルの評価、
即ち垂直ミサイル速度Vmsl（tk）を使用して、以前の疑
似測定高度評価hmsl（tk）から推定された現在の高度の
線形の疑似測定評価である。垂直速度評価Vmsl（tk）は
予め定められた時間間隔にわたる平均の測定された高度
を微分することによって以前に得られた。この推定は情
報34中のフラグにより通知されたときに距離データが有
効ではないときに行われる。
IRU垂直速度測定VIRU中のバイアスエラーに対応する
状態式は以下の式により得られる。
状態式は以下の式により得られる。
Vbias（tk）＝VIRU（tk）−Vmsl（tk） （３） ここで、Vbias（tk）は垂直速度のIRU評価40における
バイアスエラーであり、VIRU（tk）は垂直速度のIRU評
価40であり、Vmsl（tk）は平均距離測定を微分すること
により得られた垂直速度評価である。
バイアスエラーであり、VIRU（tk）は垂直速度のIRU評
価40であり、Vmsl（tk）は平均距離測定を微分すること
により得られた垂直速度評価である。
カルマンフィルタ32は式（１）と（３）を結合し、以
下の状態式で示されているように、より正確な高度評価
を計算する。
下の状態式で示されているように、より正確な高度評価
を計算する。
hKF（tk+1）＝hKF（tk）＋VIRU（tk）（tk+1−tk） −Vbias（tk）（tk+1−tk） （４） ここで、hKF（tk+1）はカルマンフィルタ32により与
えられた現在の高度評価であり、hKF（tk）は先の高度
評価であり、VIRU（tk）は先の垂直速度のIRU評価であ
り、（tk+1−tk）は現在の時間tk+1と先の時間tkとの間
に経過した時間であり、Vbias（tk）はIRU垂直速度バイ
アスに対応する。先の式を以下のように書いてもよい。
えられた現在の高度評価であり、hKF（tk）は先の高度
評価であり、VIRU（tk）は先の垂直速度のIRU評価であ
り、（tk+1−tk）は現在の時間tk+1と先の時間tkとの間
に経過した時間であり、Vbias（tk）はIRU垂直速度バイ
アスに対応する。先の式を以下のように書いてもよい。
ΔhKF＝ΔhIRU−Δhbias （５） ここでΔhKF＝hKF（tk+1）＝hKF（tk）、 ΔhIRU＝VIRU（tk）（tk+1−tk）、 Δhbias＝Vbias（tk）（tk+1−tk）である。
カルマンフィルタ32により決定されるときの時間間隔
（tk+1−tk）にわたる高度ΔhKFの変化は、IRU測定に固
有のバイアスエラーΔhbiasに対して調節されるIRU40に
より測定されるときの高度ΔhIRUの変化である。
（tk+1−tk）にわたる高度ΔhKFの変化は、IRU測定に固
有のバイアスエラーΔhbiasに対して調節されるIRU40に
より測定されるときの高度ΔhIRUの変化である。
当業者は、本発明のカルマンフィルタ32が本発明の技
術的範囲を逸脱することなく平均速度および平均高度測
定で実行されてもよいことを認識するであろう。例え
ば、本発明の技術的範囲を逸脱することなく、IRU垂直
速度VIRU（tk）は平均速度（1/2）（VIRU（tk+1）＋V
IRU（tk））で置換されてもよく、IRUにより測定された
ときの高度ΔhIRU変化は高度の平均変化（1/2）（VIRU
（tk+1）＋VIRU（tk）（tk+1−tk））で置換されてもよ
い。
術的範囲を逸脱することなく平均速度および平均高度測
定で実行されてもよいことを認識するであろう。例え
ば、本発明の技術的範囲を逸脱することなく、IRU垂直
速度VIRU（tk）は平均速度（1/2）（VIRU（tk+1）＋V
IRU（tk））で置換されてもよく、IRUにより測定された
ときの高度ΔhIRU変化は高度の平均変化（1/2）（VIRU
（tk+1）＋VIRU（tk）（tk+1−tk））で置換されてもよ
い。
先の状態式（２）、（３）、（４）が与えられると、
カルマンフィルタ伝播共分散式は以下のようになる。
カルマンフィルタ伝播共分散式は以下のようになる。
P11（tk+1,tk）＝P11（tk,tk）−２＊ΔＴ＊P12（tk,tk）＋ΔＴ２＊P22（tk,
tk） （６） P11（tk+1,tk）＝P12（tk,tk）＋ΔＴ２＊P22（tk,tk） （７） P11（tk+1,tk）＝P22（tk,tk）＋Q22 （８） ここでP11はミサイル高度のカルマンフィルタ32の評
価のエラー共分散を表し、P22は垂直速度バイアスフィ
ルタ32の評価のエラー共分散を表し、P12は高度と垂直
速度バイアスの評価間のエラークロス共分散を表し、Q
22は状態プロセス雑音を表す。対になった量（tj,tk）
は全ての測定を通して与えられ、時間tkを含む時間tjに
おける最良の時間評価を表している。例えば、P11（t
k+1,tk）は全ての測定を通して与えられ時間tkを含む時
間tk+1におけるミサイル高度評価エラー共分散を表して
いる。
tk） （６） P11（tk+1,tk）＝P12（tk,tk）＋ΔＴ２＊P22（tk,tk） （７） P11（tk+1,tk）＝P22（tk,tk）＋Q22 （８） ここでP11はミサイル高度のカルマンフィルタ32の評
価のエラー共分散を表し、P22は垂直速度バイアスフィ
ルタ32の評価のエラー共分散を表し、P12は高度と垂直
速度バイアスの評価間のエラークロス共分散を表し、Q
22は状態プロセス雑音を表す。対になった量（tj,tk）
は全ての測定を通して与えられ、時間tkを含む時間tjに
おける最良の時間評価を表している。例えば、P11（t
k+1,tk）は全ての測定を通して与えられ時間tkを含む時
間tk+1におけるミサイル高度評価エラー共分散を表して
いる。
カルマンフィルタ32は使用される前に、初期化され
る。カルマンフィルタ32の初期化はフィルタ状態と共分
散の初期化を含んでいる。フィルタ状態は以下のように
初期化される。
る。カルマンフィルタ32の初期化はフィルタ状態と共分
散の初期化を含んでいる。フィルタ状態は以下のように
初期化される。
1.高度状態は第１の測定された高度に等しく設定され
る。
る。
2.IRU高度率バイアスはゼロに設定される。
エラー共分散は以下のように初期化される。P11は第
１の測定された高度に対応する計算された変化に等しく
設定される。P22は予測されたIRU高度率バイアスエラー
に基づいた演繹的値に設定される。P12は次式を使用し
てP11とP22との間の相関係数の演繹的値を仮定して設定
される。
１の測定された高度に対応する計算された変化に等しく
設定される。P22は予測されたIRU高度率バイアスエラー
に基づいた演繹的値に設定される。P12は次式を使用し
てP11とP22との間の相関係数の演繹的値を仮定して設定
される。
P12＝ρ12（P11＊P22）（1/2） （９） ここで、ρ12は相関係数である。
図３は、図２のシステム30を具備した改良されたミサ
イル60の図である。レーダシステム36はミサイル60に取
付けられた赤外線および／またはその他のセンサ62によ
りレーダ距離情報を受信する。正確なミサイルの高度お
よび速度情報はミサイルの位置および高度決定システム
30によって軌道制御回路64へ与えられる。軌道制御回路
64は高度および速度情報に基づいて命令を発生し、軌道
制御メモリに記憶されているか無線通信により受信され
た所望の軌道を発生する。命令制御付勢装置66はミサイ
ルのフリッパ（制御翼）68を制御し、ミサイルを所望の
軌道へ操縦し、またはミサイルを所望の飛行路に維持す
る。
イル60の図である。レーダシステム36はミサイル60に取
付けられた赤外線および／またはその他のセンサ62によ
りレーダ距離情報を受信する。正確なミサイルの高度お
よび速度情報はミサイルの位置および高度決定システム
30によって軌道制御回路64へ与えられる。軌道制御回路
64は高度および速度情報に基づいて命令を発生し、軌道
制御メモリに記憶されているか無線通信により受信され
た所望の軌道を発生する。命令制御付勢装置66はミサイ
ルのフリッパ（制御翼）68を制御し、ミサイルを所望の
軌道へ操縦し、またはミサイルを所望の飛行路に維持す
る。
本発明の考察により正確なミサイル垂直速度評価を生
成する方法は以下のステップを含んでいる。
成する方法は以下のステップを含んでいる。
1.カルマンフィルタ状態式（２、３）と共分散式（６、
７、８）とを初期化する。
７、８）とを初期化する。
2.レーダシステムからカルマンフィルタ32へレーダの傾
斜距離および角度情報を受信する。
斜距離および角度情報を受信する。
3.カルマンフィルタ32へのIRU高度測定を受信する。
4.レーダ傾斜距離および角度情報をIRU高度情報と結合
して、カルマンフィルタ32によりIRU速度測定における
バイアスエラーを評価する。
して、カルマンフィルタ32によりIRU速度測定における
バイアスエラーを評価する。
5.バイアス評価にしたがってIRU速度測定を補償する。
6.IRU速度の補償された評価を出力する。
7.レーダ傾斜距離情報に基づいたミサイル高度の評価
と、IRU速度の補償された評価を出力する。
と、IRU速度の補償された評価を出力する。
以上、本発明を特定の応用における特定の実施形態を
参照してここで説明した。当業者は本発明の技術的範囲
内で付加的な変形応用と実施形態を認識するであろう。
参照してここで説明した。当業者は本発明の技術的範囲
内で付加的な変形応用と実施形態を認識するであろう。
それ故、請求の範囲によって本発明の技術的範囲内で
任意および全てのこのような応用、変形、実施形態をカ
バーすることが意図される。
任意および全てのこのような応用、変形、実施形態をカ
バーすることが意図される。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−168206（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−215086（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−26877（ＪＰ，Ａ) 特公 平５−8966（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平２−52286（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許5410317（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01S 7/00 - 7/42 G01S 13/00 - 13/95 F42B 15/00 - 15/38
Claims (9)
- 【請求項１】ミサイルの運動特性を決定するシステム
（30）において、 レーダ距離測定値（34）を得るための第１の機構（36）
と、 慣性座標装置から構成され、レーダ距離測定値（34）を
使用せずにミサイル加速度変化を追跡し、それに応答し
た信号（38,42,44）を出力する第２の機構（40）と、 前記第２の機構から出力される信号（38、42）と前記レ
ーダ距離測定値（34）とを結合して、運動特性の評価
（50）を与えるように構成された第３の機構とを具備
し、 前記第３の機構は２状態カルマンフィルタ（32）を備
え、この２状態カルマンフィルタ（32）の第１の状態
は、次の式に対応し、 hmsl（tk+1）＝hmsl（tk）＋Vmsl（tk）（tk+1−tk） ２状態カルマンフィルタ（32）の第２の状態は、次の式
に対応し、 Vbias（tk）＝VIRU（tk）−Vmsl（tk） 第１の状態の式において、hmsl（tk+1）は、慣性ｚチャ
ンネルの評価、即ち垂直ミサイル速度Vmsl（tk）を使用
して以前の疑似測定高度評価値hmsl（tk）から線形推定
された現在の高度の疑似測定評価値であり、 第２の状態の式において、Vbias（tk）は垂直速度の慣
性座標装置評価におけるバイアスエラーであり、V
IRU（tk）は垂直速度の慣性座標装置評価であり、Vmsl
（tk）は平均距離測定値を微分することにより得られた
垂直速度評価値であることを特徴とするシステム。 - 【請求項２】運動特性はミサイルの垂直速度およびミサ
イルの高度を含んでおり、第１の機構（36）はレーダシ
ステム（36）を含んでいる請求項１記載のシステム。 - 【請求項３】第１の機構（36）は、無効なレーダ距離測
定値がレーダシステム（36）により与えられるときレー
ダ距離測定（34）を評価する機構（32、52）を含んでい
る請求項２記載のシステム。 - 【請求項４】前記特性の評価（50）を与える第３の機構
は、第２の機構（32、40）または第３の機構（32、48）
から第１の機構（36）までのループ（52）を含んでお
り、既存の測定（34）が無効であるとき以前のレーダ距
離測定（52）をレーダシステム（36）に与える請求項３
記載のシステム。 - 【請求項５】信号（38、42、44）はミサイルの高度、ミ
サイルのピッチ角度、レーダビーム角度に対応する情報
を含んでいる請求項１記載のシステム。 - 【請求項６】前記２状態カルマンフィルタ（32）は以下
のカルマンフィルタ共分散式にしたがって動作し、 P11（tk+1,tk）＝P11（tk,tk）−２＊ΔＴ＊P12（tk,tk）＋ΔT2＊P22（tk,tk） P11（tk+1,tk）＝P12（tk,tk）＋ΔT2＊P22（tk,tk） P11（tk+1,tk）＝P22（tk,tk）＋Q22 ここでP11は、ミサイルの高度の評価のエラー共分散を
表し、P22は垂直速度バイアスの評価のエラー共分散を
表し、P12は高度と垂直速度バイアスの評価間のエラー
クロス共分散を表し、Q22は状態プロセス雑音を表す。
符号（tj,tk）は全ての測定を通して与えられ、時間tk
を含む時間tjにおける最良の時間評価を表している請求
項１記載のシステム。 - 【請求項７】前記２状態カルマンフィルタ（32）は、ミ
サイルの高度の疑似測定評価値と第２の機構（32、40）
から得られたミサイルの高度の評価値を結合して正確な
ミサイルの高度評価を表す出力信号（46）を与えるよう
に構成されている請求項１記載のシステム。 - 【請求項８】疑似測定評価は以下の疑似測定式にしたが
って得られ、 hmissile＝（Rslant）＊sin（θbeam−θpitch） ここで、Rslantは傾斜距離測定値（14）に対応し、θ
beamはレーダビーム角度（16）に対応し、θpitchはミ
サイルのピッチ角度（18）に対応し、hmissileはミサイ
ルの高度（20）に対応している請求項８記載のシステ
ム。 - 【請求項９】前記２状態カルマンフィルタ（32）は速度
バイアス出力（44）を生成し、この速度バイアス出力は
前記第２の機構（32、40）から得られた速度測定値（4
2）のエラー評価を示すものであり、前記第３の機構は
さらに前記エラー評価を前記第２の機構（32、40）から
得られた速度測定値（42）から減算してミサイルの速度
評価（50）を与える減算回路（48）を含んでいる請求項
７記載のシステム。
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| US08/984,238 | 1997-12-03 | ||
| US08/984,238 US6082666A (en) | 1997-12-03 | 1997-12-03 | System for accurately determining missile vertical velocity and altitude |
| PCT/US1998/025653 WO1999034231A2 (en) | 1997-12-03 | 1998-12-03 | System for accurately determining missile vertical velocity and altitude |
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|---|---|
| JP2000513824A JP2000513824A (ja) | 2000-10-17 |
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|---|---|---|---|
| JP53499599A Expired - Fee Related JP3220173B2 (ja) | 1997-12-03 | 1998-12-03 | ミサイルの垂直速度および高度を正確に決定するためのシステム |
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| JP (1) | JP3220173B2 (ja) |
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- 1998-12-03 JP JP53499599A patent/JP3220173B2/ja not_active Expired - Fee Related
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