JPS5842431B2 - 飛翔体の光ビ−ム誘導装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ビームライダ一方式によってミサイル等の
飛翔体を目標点に誘導するための飛翔体の光ビーム誘導
装置に関する。

飛翔体を目標点に誘導するための光を使用したビームラ
イダ一方式は、目標からの赤外線を検出して誘導するパ
ッシブ方式や、飛翔体又は発射位置とは別の位置から目
標に向けて電波を照射し、その反射波を検出して誘導す
るアクティブ方式あるいはセミアクティブ方式と異なり
、目標からの電波又は光の妨害を受けに＜＜、鋭い指向
性を有するという利点がある。

しかしながら、このビームライダ一方式は、光（たとえ
ばレーザ光線）を使用する関係で自然光との差を明瞭に
するためその強度を高めなければならないと同時に、飛
翔体の受光部に対しである広さで光を照射しなければな
らない。

この２つの条件は、同一容量で照射する場合には二律背
反であって、光の強度を高めるために光ビームを細くす
れば飛翔体の受光部に与えられる光のスポットは小さく
なり、かかる光のスポットを所定の大きさにするには光
の強度を低下させなければならないといった欠点がある
。

また、ビームライダ一方式では、飛翔体が光ビームの走
査面中心から所定範囲内のいかなる位置にあってもその
中心からの変位、方向に関する情報を、光ビームの走査
によって与えられた飛翔体受光部の信号から得なければ
ならない。

しかるに、かかる情報の取得には光の変調という複雑な
操作を必要とし、特に細い光ビームに２つの情報をのせ
て光ビームを走査しなければならない場合、飛翔体の応
答性の範囲で走査速度を高めなければならず、走査速度
を高めると光ビームの受光時間が短かくなり、その短か
い時間内に２つの情報を伝送しなければならないという
厳しい条件が付いてしまう欠点がある。

よって、この発明の目的は飛翔体の受光部に対して十分
な強度の光を照射することができる飛翔体の光ビーム誘
導装置を提供することにある。

また、この発明の他の目的は光ビームの走査周期と対応
した基準時間を飛翔体側に記憶させておき、飛翔体受光
部における受光時間データによって走査面中心からの変
位、方向（光ビームの基準軸からの変位角度）の各情報
を飛翔体に与え得るようにした飛翔体の光ビーム誘導装
置を提供することにある。

以下にこの発明を説明する。

この発明の一実施例を示す第１図において、発光器１か
ら発生された細い光ビーム２は、逆望遠系３によってさ
らに細い光ビーム４に変換される。

このような発光器１および逆望遠系３から戊る光ビーム
発生器から発生された光ビーム４は多角形プリズム５を
回転することにより光ビームの進行方向に対して半径方
向、たとえば上下又は左右方向に反復走査される光ビー
ム６になる。

また、光ビーム６の走査出発点を回転中心として奇数回
反射プリズム７を回転させることにより、光ビームは走
査面中心から半径方向に向って螺旋状に移動し再び中心
に戻るような旋回走査光ビーム８を得る。

この光ビーム８はハーフミラ−９を経て目視光学系と共
通の光学系、すなわち目視光と誘導光を含んだ光ビーム
１０とされる。

この光ビーム１０は、反射鏡１５のＸ軸まわりの回転に
より生ずる光軸のねじれを修正するため、反射鏡１５の
Ｘ軸まわりの回転と逆方向に同期回転する奇数回反射プ
リズム１１に導かれて光ビーム１２となる。

飛翔体の発射後、飛翔体がいかなる位置（発射位置から
の距離の変化など）においても光ビームを直角に受光し
て受光する瞬間の走査面積を一定に保つため、光ビーム
１２は拡大器１３に入力される。

そして、拡大器１３は光ビームの拡大角度を飛翔体発射
後の経過時間に対応して始めは大きく、次第に小さくな
るように制御する。

かくして得られた光ビーム１４は反射鏡１５で反射され
、目標に向けて照射される光ビーム１６となる。

一方、目視光を含んだ光ビーム１０はハーフミラ−９に
より目視光１９に分岐され、この目視光１９を奇数回反
射プリズム２０に与えて反転することにより補正目視光
２１を得る。

この目視光２１を望遠系２２で拡大して目視像を得るの
である。

この目視像により、目標の移動に対して光ビーム１６の
走査面中心が常に目標に合致するように、スティック１
８の操作でジャイロ１７を変位させて反射鏡１５をＸ軸
及びＹ軸まわりに回転させる。

かくして移動する目標を追跡することができる。

ところで、装置の動きに関係なく光ビーム走査面の中心
及び目視面の中心を安定させるには、反射鏡１５をジャ
イロ１７とＸ軸まわりで１：１にかつＹ軸まわりで１
： １／２に回転させれば良い。

なお、反射鏡１５のＸ軸まわりの回転により生ずる光軸
のねじれは、奇数回反射プリズム１１により総て修正さ
れる。

また、飛翔体の発射前に暖機信号４３によってモータ２
９がモータ制御回路４０及びサーボ増幅器４１を経て駆
動され、このモータ２９はギヤ３０．３Ｌ３２及びギヤ
ボックス３８を介して奇数回反射プリズム７及び多角形
プリズム５を所定の速度で回転する。

この回転速度は回転速度検出器３９で検出されてモータ
制御回路４０に負帰還されているので、モータ２９は安
定して回転する。

しかして、飛翔体の信号処理装置２４からの信号３５が
発射準備信号４２によってモータ制御回路４０に入力さ
れると、信号３５と回転速度検出器３９からの負帰還信
号とが比較され、両者の偏差が零となるようにモータ２
９の回転が制御される。

さらに、位置基準検出器３３は光ビーム６が動き始める
時点を位置基準時間として検出し、角度基準検出器３４
は旋回走査光ビーム８が基準角度（光ビームが１回転す
るうちの特定の角度、たとえば図示のＯＦ）を通過する
毎にその時間を角度基準時間として検出する。

この２つの基準信号は同期回路３６に入力され、飛翔体
の発射時に発せられる発射信号３Ｔによって同期回路３
６から位置基準信号２７及び角度基準信号２８が飛翔体
側の信号処理装置２４に送られ記憶される。

また、発射信号３７が発せられると信号３５がモータ制
御回路４０に記憶され、発射後はこの記憶された値でモ
ータ２９が制御され、さらに発射信号３７が発せられる
とモータ４４によりギヤ４５を介して拡大器１３を発射
後の経過時間に応じて上述の如く制御する。

以上の操作によって飛翔体は発射後、記憶された位置基
準信号２７及び角度基準信号２８と、飛翔体の後部に設
けられている光検出器２３で受光した光ビーム１６の受
光信号とを信号処理装置２４によって処理する。

これによって、飛翔体の変位り及び修正方向θが得られ
、これをオートパイロット２５に入力して操舵信号２６
を得ることによって飛翔体は常時走査面の中心位置に匍
脚される。

次に、第２図Ａ−Ｅにおいて、位置基準検出器３３によ
る位置基準時間の発生、角度基準検出器３４による角度
基準時間の発生、また、多角形プリズム５と奇数回反射
プリズム７とによる旋回走査の関係を説明する。

今、奇数回反射プリズム７がｎ回／秒で回転すると共に
多角形プリズム５がギヤ比Ｎなるギヤボックス３８を介
して減速されてに回／秒で回転し１多角形プリズム５を
Ｗ角形（但し、Ｗは偶数）とすると、多角形プリズム５
がＡなる位置では光ビーム４は多角形プリズム５で屈折
して光ビーム６としてＡ。

の位置に出てくる。また、多角形プリズム５がＢなる位
置では光ビーム４は光ビーム６としてＢ。

の位置に出てくる。多角形プリズム５が連続回転してい
る時には光ビーム６はＡ。

位置からＣ８位置までの移動を反復する。

しかして、多角形プリズム５を一回転させると光ビーム
６はｎ、Ｗ Ｗ回反復移動するので反復回数は−Ｎ−回／秒となる。

一方、光ビーム６のＡ。

位置の光は奇数回反射プリズム７を通ってＡ１位置、Ｂ
ｏはＢ１位置、ＣｏはＣ１位置にそれぞれ出てくる。

しかし、奇数回反射プリズム７はｎ回／秒で回転してい
るので、多角形プリズム５のＡ及びＢとＢ及びＣの回転
角度をそれぞれδとすると、多角形プリズム５が６回転
する間に奇数回反射プリズム７はＮδ６回転る。

この場合、奇数回反射プリズム７の通過光ビームはＡ。

８８間及びＡ（）Ｃ８間の距離変位を保ち、同じ方向に
２Ｎδだけ回転した位置に来て、光ビーム８は２ｎ回／
秒の回転となる。

また、ギヤボックス３８のギヤ比ＮｆＪＳ−ｚより犬な
る時、即ち光ビーム８の回転数が光ビーム６の反復回数
よりも大きい時は光ビーム８は第２図りのように螺旋状
となり、ギヤ比ＮがＷより小なる時、即ち光ビーム８の
回転数が光ビーム６の反復回数よりも小さい時は光ビー
ム８は第２図Ｅのように放射状となる。

次に、位置基準検出器３３は光ビーム６が動き始める時
点つまり、光ビーム６がＡ。

の位置にくる時点を検出し位置基準時間を発生する。

ここに。光ビーム６の反復回数は一二！回／秒であるの
で。

ｗ Ｎ位置基準時間も−Ｎ−回／秒発生し、その
時間間隔はｎ、Ｗ秒となる。

また、角度基準検出器３４は光ビーム８が基準角度、例
えばＯＦを通過する時点を検出して角度基準時間を発生
するものであり、奇数回反射プリズム７が１回転すると
光ビーム８は２回転するので光ビーム８はＯＦを２回通
過することとなり、角度基準時間は２ｎ回／秒発生し、
その時間間隔は□ｅ秒となる。

次に、第３図により第１図に使用する制御系統の一実施
例の詳細を操作の手順に従って説明する。

飛翔体を発射機に搭載した後、電源をつなぎ暖気信号４
３をモータ制御回路４０に加えることによって回転基準
発生器４６から切換え回路４７に信号が入り、この切換
回路４７の出力信号が比較回路４８に入ってその出力４
９はデジタル−アナログ変換器５０でアナログ電圧に変
換されてからサーボ増巾器４１に入力される。

サーボ増巾器４１によりモータ２９が回転され、モータ
２９の回転速度は回転検出器５１及びカウンタ５２で成
る回転速度検出器３９で検出される。

回転検出器５１は奇数回反射プリズム７が１回転する毎
にＭ個のパルスを発生し、このパルスはカウンタ５２で
Ｍ、ｎパルス７秒のコード信号に変換され比較回路４８
に入力される。

しかして発射準備信号４２が入力されると飛翔体へ電力
が供給されて飛翔体の基準発振器６３がｎパルス７秒で
発振を始め、この基準発振器６３の信号３５がコネクタ
７８を経てモータ制御回路４０の計数回路５３に入り、
ここでＲパルス／秒をにパル３７秒（但し、Ｋは常数）
のコード信号に変換してメモリ装置５４に入力する。

発射準備信号４２がメモリ装置５４に加わっている時は
メそり装置５４に入力されている信号３５がそのまま切
換回路４７に加わる。

しかして、切換回路４７に発射準備信号４２が加わって
いる時には回転基準発生器４６からの信号は切離され、
メモリ装置５４の出力が比較回路４８に入力される。

比較回路４８ではにパル３７秒とＭ、ｎパル３７秒の差
信号４９をデジタル−アナログ変換器５０に入れ、偏差
が零となるようにモータ２９の回転を制御する。

こわＪこよってＭ−ｎパル３７秒はにパル３７秒に一致
して飛翔体の基準発振器６３からの信号３５とモータ２
９の回転が同期する。

しかして、差信号４９が零に近くなると指示器５５が同
期を禾し、これを確認して発射振号３７を発生させる。

発射信号３７がメモリ装置５４に入力されるとその時点
における信号３５が計数回路５３でコード化された出力
にパル３７秒としてメモリ装置５４に記憶され、その後
はこの記憶されたコード化信号が切換回路４７に送られ
る。

一方、位置基準検出器３３は光ビーム１６が走査面の中
心に位置する時を基準として７÷Ｗ秒毎にパルスを発生
し、角度基準検出器３４は光ビーム１６が基準角度を通
過する瞬間を基準としてε秒毎にパルスを発生する。

これら基準検出器３３．３４の出力はそれぞれパルス整
形器５６゜５７で矩形パルスに整形され、パルス整形器
５６と５７の出力が一致回路５８に入り、パルス整形器
５６の出力はパルス整形器５７の出力と一致した時のみ
一致回路５８から出力される。

これによりパルス整形器５６によるパルス位置の精度は
Ｎ １倍に向上する。

また、−数回路５８及びパルス整形器５７の出力はそれ
ぞれスイッチング回路５９及び６０に入力され、スイッ
チング回路５９及び６０に発射信号３７が入力されると
基準信号２７及び２８が出力される。

さらに、発射信号３７は電圧発生器６１で電圧を発生さ
せ増巾器６２を介してモータ４４を回転させ、この回転
がギヤ４５を介して拡大器１３により光ビーム１６の拡
大角度を飛翔体発射後の経過時間に応じて変化させ、飛
翔体のいかなる位置においても光ビーム１６の覆ってい
る半径はｒとなる。

飛翔体側においては、発射信号３７が発生されるとコネ
クター８が切離されると同時に位置基準信号２７が位置
基準発生器６４に、角度基準信号２８が角度基準発生器
６５にそれぞれ入力され、ＭＮ この瞬間から位置基準発生器６４は パルス毎に１
回のパルス６６を、角度基準発生器６５はＭ Ｔパルス毎に１回のパルス６７を発生する。

また、光検出器２３で光ビーム１６を受光して光電変換
された受光パルスはパルス整形器６８で整形され、パル
ス６９を発生する。

変位計数器７０はパルス６６を受けた瞬間零にセットさ
れか一つ基準発振３５の計数を始め、パルス６９を受け
るとその計数動作を停止する。

変位計数器１０の計数値はメモリ装置７１に記憶される
。

ここで、メモリ装置７１に記憶されたパルスの数をＰＤ
とすると、ＭＮ ＰＤはユ、Ｄで表わされる。

即ち、これはＰＤ−ＫＤ−Ｄ（ＫＤ：常数）となり、デ
ジタル−アナログ変換器７２に送られる。

同様に、角度計数器７３はパルス６７を受けた瞬間零に
セットされかつ基準発振３５の計数を始め、パルス６９
を受けるとその計数動作を停止する。

角度計数器７３の計数値はメモリ装置７４に記憶される
。

ここで、メモリ装置７４に記憶されたパルスの数をＭ ＰθとするとＰθは θで表わされる。

２ 、 ３６０ 即ち、これはＰθ＝にθ、θ（Ｋθ：常数）となり、デ
ジタル−アナログ変換器１５に送られる。

オートパイロット２５ではＰＤ・ ７６とＰθ ７７を
受け、飛翔体が光ビーム１６の走査面の中心にくるよう
に操舵量と操舵方向を決定して操舵信号２６を発生する
。

このようにして飛翔体の発射後、飛翔体は光ビーム１６
の走査面中心からの変位と角度を知りながら常にその中
心を飛翔することができる。

さらに第４図Ａ−Ｅにおいて光ビームの旋回速度を増加
させる装置の説明をする。

ところで、飛翔体を誘導するに必要な受信信号の受信間
隔は飛翔体自身の応答特性により決まり、この受信間隔
と走査面積により光ビームの回転速度が決定される。

しかし、機械的な装置による回転速度には制限があるの
で光ビームの回転速度を増加させるため、２個の奇数回
反射プリズムを用い光源に近いプリズムに対し次のプリ
ズムを反対方向に回転させることにより出力される光ビ
ームの旋回速度を増加させることができる。

この装置を第１図の奇数回反射プリズム７のところに適
用することにより、プリズムの回転を低回転で済ませる
ことができる。

今、光ビーム６のＨ１位置の光は奇数回反射プリズム７
を通って光ビーム８としてＨ２位置に出てき、さらに奇
数回反射プリズム７９を通って光ビーム８０としてＨ３
位置に出る。

同様に、光ビーム６の■１位置の光は奇数回反射プリズ
ム７を通って光ビーム８として■２位置に出てき、さら
に奇数回反射プリズム７９を通って光ビーム８０として
■３位置に出る。

しかして、奇数回反射プリズム７はｎ回／秒で回転し、
奇数回反射プリズム７９は逆方向にｎ回／秒で回転して
いるので奇数回反射プリズム７の回転角度をεとすると
奇数回反射プリズム７９は逆方向にε回転する。

この場合、奇数回反射プリズム７の通過光はＨ１■０間
の距離変位を保ち、奇数回反射プリズム７と同方向に２
ε回転した位置にき、光ビーム８は２ｎ回／秒の回転と
なる。

また、光ビーム８は奇数回反射プリズム７９を通過する
ことによってＨ２■２間の距離変位を保ち、奇数回反射
プリズム７９と同方向に４ε回転した位置にき、光ビー
ム８０は４ｎ回／秒の回転となる。

さらｌど、第５図において、上下または左右の方向に一
方の端から他方に向って反復走査する光ビームの太さを
出発点付近では細く、その後徐々に太くする装置の説明
をする。

飛翔体を光ビームの走査面中心に誘導する際、一定の太
さの光ビームである走査面積を覆うよりも、走査面の中
心付近では細く外周へ行くほど太い光ビームで覆うこと
により光ビームの中心付近での誘導精度を悪化させずに
所定の走査面積を覆う光ビームの数を減らすことができ
る。

これは中心付近では曲率をもたず外周へ行くほど曲率が
小さくなる非球面凹レンズと非球面凸レンズの組合せで
遠戚でき、この装置は第１図の光ビーム６のところに適
用できる。

今、非球面凹レンズＳと非球面凸レンズＴは中心付近で
は曲率をもっていないので光ビーム６のａなる位置の光
は屈折せず太さ一定で光ビーム８１としてａＡなる位置
に出る。

また、ｂなる位置の光は非球面凹レンズＳ（この時の焦
点距離はｆｌ）にて屈折し、再び非球面凸レンズ（この
時の焦点距離はｆ３）にて屈折して太くなった平行光と
してｂＡなる位置に出る。

さらに、Ｃなる位置の光は非球面凹レンズＳ（この時の
焦点距離はｆ２）にて屈折し、再び非球面凸レンズＴ（
この時の焦点距離はｆ４）にて屈折し、太くなった平行
光の光ビーム８１としてｃＡなる位置に出る。

この発明は、以下詳述したように、発光器で発生した細
い光ビームを半径方向に旋回走査しつつ適当な大きさの
空間領域内に光ビームを移動させると共に光ビームを適
当角度に拡大して飛翔体の受光部に与えるようにしてい
るので、光ビームの強度を高く維持しながら、しかも所
要の大きさの走査面を確保できるという効果を奏する。

なお、この場合、上記半径方向としては上下あるいは左
右方向を選択することができ、走査方向面の旋回で光ビ
ームを走査防上で螺旋状あるいは放射状にすることがで
きる。

また、この発明は、飛翔体の発射後の時間経過に従って
光ビームの拡大角度を制御して飛翔体受光部における光
ビームの走査面積を一定に保持するようにしているので
、飛翔体は安定な信号を持続してうけることになり飛翔
体自体の制御が簡素化される。

さらに、光ビームの半径方向走査の繰返し基準時間を飛
翔体側に記憶させ、飛翔体発射後、受光部における受光
時間データによって走査面中心からの変位、光ビームの
基準軸からの変位角度の情報を飛翔体に与えるので光の
変調などという複雑な手段を必要とせず、送られてくる
光ビーム自体から情報の収集ができるという利点がある
。

この場合飛翔体内にある基準時間発生器は、発射前に発
生させておき発射直前に、螺旋繰返し基準位置あるいは
放射繰返し基準位置で零にセットされ、かつ変位投出の
時間計数を開始させると共に受光すると計数を停止させ
、測定した時間データから変位量を得ることができ、ま
た、発射直前に回転の基準位置で零にセットされ、かつ
変位角検出の時間計数を開始させると共に受光すると計
数を停止させ、測定した時間データから変位角量を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による誘導装置の原理を説明するため
の説明図、第２図Ａ−Ｅは基準時間の発生及び螺旋状、
放射状走査の原理を説明するための図、第３図はこの発
明の制御系統の一実施例を示すブロック図、第４図Ａ−
Ｅは光ビームの旋回速度を増大する装置を説明するため
の説明図、第５図は光ビームの太さを制御する装置を説
明するための図である。 １・・・・・・発光器、２，４，６，８，１０，１２・
・・・・・光ビーム、３・・・・・・逆望遠系、５・・
・・・・多角形プリズム、７．ＩＬ２０・・・・・・奇
数回反射プリズム、９・・・・・・ハーフミラ−１１３
・・・・・・拡大器、１５・・・・・・反射鏡、１７・
・・・・・ジャイロ、１８・・・・・・スティック、２
１・・・・・・補正目視光、２２・・・・・・望遠系、
２３・・・・・・光検出器、２４・・・・・・信号処理
装置、２５・・・・・・オートパイロット、２９，４４
・・・・・・モータ、３３・・・・・・位置基準検出器
、３４・・・・・・角度基準検出器、３６・・・・・・
同期回路、３９・・・・・・回転速度検出器、４０・・
・・・・モータ制御回路、４６・・・・・・回転基準発
生器、４７・・・・・・切換回路、４８・・・・・・比
較回路、５０゜７２ 、７５・・・・・・ＤＡ変換器、
５１・・・・・・回転検出器、５２・・・・・・カウン
タ、５３・・・・・・計数回路、５４゜７１．７４・・
・・・・メモリ装置、５５・・・・・・指示器、５６．
５７，６８・・・・・・パルス整形器、５８・・・・・
・−数回路、５９，６０・・・・・・スイッチング回路
、６１・・・・・・電モ発生器、６３・・・・・・基準
発振器、６４・・・・・・位置基準発生器、６５・・・
・・・角度基準発生器、７０・・・・・・変位計数器、
７３・・・・・・角度計数器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 飛翔体をビームライダ一方式で誘導する飛翔体の光
   ビーム誘導装置において、発射側には光ビームを発生す
   る発生器と、゛多角形プリズムと奇数回反射プリズムと
   拡大器とを備え、前記多角形プリズムと奇数回反射プリ
   ズムとをモータで回転させることにより前記発生器から
   発生される光ビームを旋回走査させ、前記拡大器により
   輔己光ビームを適当な角度に拡大して前記飛翔体に照射
   し、さらに前記飛翔体への位置基準信号と角度基準信号
   とを形成するため、位置基準検出器と角度基準検出器と
   、飛翔体の発射の時飛翔体内にある基準発振器の信号を
   記憶するモータ制御回路とを備え、飛翔体側では前記光
   ビームを受光する光検出器と、前記位置基準信号と角度
   基準信号とを受けて飛翔体が光ビームを受光するまでの
   時間を求め、これに基いて走査面中心に対する変位およ
   び方向を算出する信号処理装置と、算出された変位およ
   び方向に基いて前記飛翔体が走査面の中心にくるように
   飛翔体の操舵量および操舵方向を決定するオートパイロ
   ットとを備えたことを特徴とする飛翔体の光ビーム誘導
   装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記光
   ビームの拡大角度を、飛翔体の発射後の時間経過に対応
   して制御することにより、発射後の飛翔体の位置におけ
   る光ビーム走査面積を一定に保持する装置を備えたこと
   を特徴とする飛翔体の光ビーム誘導装置。