(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記格子分割手段で分割された前記複数の格子の中から、前記航空機が移動を開始する位置から距離的に到達可能であって、前記攻撃目標物が前記航空機の射程距離内に位置し、且つ、前記航空機と前記攻撃目標物との間に遮蔽物が存在する格子を、前記攻撃位置の候補として選出する格子選出手段を備え、
前記点数算出手段は、前記格子選出手段で前記攻撃位置の候補として選出された各格子の前記点数を算出することを特徴とする請求項1に記載の攻撃位置算出装置。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【0014】
[構成]
図1は、本発明に係る攻撃位置算出装置を適用した航空機10の外観構成を示す斜視図であり、
図2は、航空機10の機能構成を示すブロック図である。
【0015】
図1に示すように、航空機10は、本実施形態においては、攻撃手段を備える戦闘用の回転翼機(攻撃ヘリコプター)であり、任務開始位置FARPから移動を開始して攻撃目標領域KZ内の攻撃目標物20(戦車)に対して攻撃を行う任務を担うものである(
図7,
図8(a)等参照)。
【0016】
具体的には、航空機10は、
図2に示すように、飛行機構11と、砲弾発射機構12と、操作部13と、表示部14と、記憶部15と、通信部16と、センサ部17と、制御部18等とを備えている。
【0017】
飛行機構11は、航空機10を飛行させるための機構であり、主に、飛行に必要な揚力を発生させる回転翼(メインローター)と、推進力を発生させる内燃機関(例えばジェットエンジン)とで構成されている。
砲弾発射機構12は、航空機10に装備されたロケット弾やミサイル等を発射するための機構である。
【0018】
操作部13は、操縦桿や各種操作キー等を備えており、これら操縦桿や各種操作キー等の操作状態に対応する信号を制御部18に出力する。
表示部14は、ディスプレイを備えており、制御部18から入力される表示信号に基づいて各種情報をディスプレイに表示する。
【0019】
記憶部15は、航空機10の各種機能を実現するためのプログラムやデータを記憶するとともに、作業領域としても機能するメモリである。本実施形態においては、記憶部15は、攻撃内容設定プログラム150と、地図データ155と、第一評価テーブル156a〜第七評価テーブル156g等とを記憶している。
【0020】
攻撃内容設定プログラム150は、後述の攻撃内容設定処理(
図5参照)を制御部18に実行させるためのプログラムである。この攻撃内容設定プログラム150は、サブプログラムとして、本発明に係る攻撃位置算出プログラム151と、飛行経路探索プログラム152とを有している。
攻撃位置算出プログラム151は、後述の攻撃位置算出処理(
図6参照)を制御部18に実行させるためのプログラムである。
飛行経路探索プログラム152は、後述の飛行経路探索処理(
図5参照)を制御部18に実行させるためのプログラムである。
【0021】
地図データ155は、山や河川などの地形情報に加え、道路や鉄道,建造物,田畑などの土地の利用状態に関する情報も含めた総合的な地理情報を有するものである。また、この地図データ155は、任務に関わる地域範囲のもの、つまり、任務開始位置FARP及び攻撃目標領域KZを含む所定範囲のものであればよい。
【0022】
第一評価テーブル156a〜第七評価テーブル156gは、後述するように、攻撃位置算出処理(
図6参照)において、各地点(後述の格子M)の攻撃位置FPとしての適性を定量評価する際に用いられるものである。
【0023】
このうち、第一評価テーブル156aは、後述の「FOF(Field Of Fire)適性値」を算出するためのものであり、当該第一評価テーブル156aには、
図3(a)に示すように、該当格子Mで航空機10(パイロット)が攻撃目標物20を視認したときの周辺視野角と、そのときの点数(得点)とが対応付けられている。
第二評価テーブル156bは、後述の「射撃俯角適性値」を算出するためのものであり、当該第二評価テーブル156bには、
図3(b)に示すように、該当格子Mで航空機10が攻撃目標物20を攻撃するときの射撃俯角αと、そのときの点数(得点)とが対応付けられている。
第三評価テーブル156cは、後述の「地形適性値」を算出するためのものであり、当該第三評価テーブル156cには、
図3(c)に示すように、該当格子Mの地形と、そのときの点数(得点)とが対応付けられている。
第四評価テーブル156dは、後述の「射撃距離適性値A」を算出するためのものであり、当該第四評価テーブル156dには、
図4(a)に示すように、該当格子Mでの航空機10と攻撃目標物20との水平距離Lと、そのときの点数(得点)とが対応付けられている。
第五評価テーブル156eは、後述の「射撃高度差適性値」を算出するためのものであり、当該第五評価テーブル156eには、
図4(b)に示すように、該当格子Mでの航空機10の攻撃高度H2と攻撃目標物20の高度との高度差Hと、そのときの点数(得点)とが対応付けられている。
第六評価テーブル156fは、後述の「背景適性値」を算出するためのものであり、当該第六評価テーブル156fには、
図4(c)に示すように、該当格子Mで攻撃高度H2に位置する航空機10が攻撃目標物20から視認されたときの背景と、そのときの点数(得点)とが対応付けられている。
第七評価テーブル156gは、後述の「射撃距離適性値B」を算出するためのものであり、当該第七評価テーブル156gには、
図4(d)に示すように、該当格子Mでの航空機10と攻撃目標物20との水平距離Lと、そのときの点数(得点)とが対応付けられている。
【0024】
通信部16は、
図2に示すように、放送型自動従属監視(ADS−B)等のデータリンク手法を用い、地上設備との通信を行う。
センサ部17は、各種センサを備えており、当該各種センサにより、航空機10の飛行位置(経度、緯度、高度を含む)、機体速度・姿勢、機体が受ける風力、風向き、天候、機体周囲の気圧・温度・湿度等を検出する。
【0025】
制御部18は、航空機10の各部を中央制御する。具体的には、制御部18は、操作部13に対するパイロットの操作に基づいて、飛行機構11や砲弾発射機構12等の動作を制御したり、記憶部15に記憶されているプログラムの中から指定されたプログラムを展開し、展開されたプログラムと協働して各種処理を実行したりする。
【0026】
[動作]
続いて、航空機10が攻撃内容設定処理を実行する際の動作について、
図5〜
図10を参照して説明する。
図5は、攻撃内容設定処理の流れを示すフローチャートであり、
図6は、攻撃内容設定処理の中で実行される攻撃位置算出処理の流れを示すフローチャートであり、
図7は、航空機10と攻撃目標物20との高度の位置関係を説明するための図であり、
図8〜
図10は、攻撃内容設定処理を説明するための図である。
【0027】
攻撃内容設定処理は、攻撃目標物20が存在する攻撃目標領域KZへの攻撃を行うための最適な攻撃位置FPを設定したうえで、この攻撃位置FPまでの最適な飛行経路を探索する処理である。この攻撃内容設定処理は、パイロットの操作により当該攻撃内容設定処理の実行指示が入力されたときに、制御部18が記憶部15から攻撃内容設定プログラム150を読み出して展開することで実行される。
【0028】
図5に示すように、攻撃内容設定処理が実行されると、まず制御部18は、パイロットの操作による当該処理に必要な各種情報の入力を受け付けて、記憶部15に記憶させる(ステップS1)。ここで、各種情報とは、航空機10の機種、使用弾種、任務開始位置FARP及び攻撃目標領域KZの座標、出発予定時刻及び到着要求時刻、燃料量、巡航速度等のほか、敵制空圏などの敵勢力範囲情報を含むものである。
【0029】
次に、制御部18は、任務開始位置FARP及び攻撃目標領域KZを含む所定範囲内における敵効力圏ADUを算出する(ステップS2)。この敵効力圏ADUは、敵勢力から攻撃を受ける可能性のある範囲であり、敵勢力の位置や保有する対空火器の情報等に基づいて算出される。そして、制御部18は、算出した敵効力圏ADUを記憶部15に記憶させるとともに、記憶部15から読み出した地図データ155上に示し、当該地図データ155を表示部14のディスプレイに表示させる(
図8(a))。
【0030】
次に、制御部18は、攻撃位置FP(の座標)を算出する攻撃位置算出処理を実行する(ステップS3)。この攻撃位置算出処理は、制御部18が記憶部15から攻撃位置算出プログラム151を読み出して展開することで実行される。
【0031】
この攻撃位置算出処理では、
図6に示すように、まず制御部18は、任務開始位置FARP及び攻撃目標領域KZを含む所定範囲の地図データ155を、水平面内で複数の格子M,…に格子分割する(ステップS31)。ここでは、制御部18は、例えば、南北及び東西に沿った各分割線によって、50m四方の複数の格子M,…を生成する(
図8(b))。
【0032】
次に、制御部18は、ステップS31で格子分割された地図データ155内の複数の格子M,…の中から、所定の攻撃可能条件を満たす格子Mを選出し、当該格子Mを攻撃位置第一候補FPc1として設定する(ステップS32)。ここで、攻撃可能条件とは、「任務実現性」,「命中精度」及び「生存性」の3点に関して、攻撃目標物20への攻撃可否を評価する条件である。
【0033】
具体的に、このステップS32では、制御部18は、「任務実現性」に関する条件として、記憶部15に記憶された燃料量(残量)等に基づいて、任務開始位置FARPから距離的に到達可能な範囲内の格子Mを選出する。
また、制御部18は、「命中精度」に関する条件として、記憶部15に記憶された使用弾種等に基づいて、攻撃目標領域KZ(攻撃目標物20)を中心として航空機10の射程距離の範囲内に位置する格子Mを選出する。
また、制御部18は、「生存性」に関する条件として、記憶部15に記憶された地図データ155に基づいて、攻撃目標物20からの攻撃を避けやすい地形の格子Mを選出する。ここで、「攻撃目標物20からの攻撃を避けやすい地形」とは、
図7に示すように、攻撃目標物20から隠れることのできる遮蔽物が当該攻撃目標物20との間に存在する地形(例えば山陰)であって、このときの退避高度H1から所定高度(例えば100ft)内の上昇によって、攻撃目標物20へ攻撃可能な攻撃高度H2へ移動できる地形である。また、退避高度H1は、安定した飛行状態を維持できる高度幅(約100ft)と、植生の高さ(約50ft)とを加味して、地表面から150ft以上の高度であることとする。
【0034】
こうして、制御部18は、上述の3つの条件を全て満たす格子Mを選出して攻撃位置第一候補FPc1として設定する。本実施形態では、
図9(a)に示すように、8つの格子M,…が攻撃位置第一候補FPc1として設定されたものとする。
なお、全ての条件を満たす格子Mが存在しない場合には、制御部18は、任務実施不可能として処理を終了してもよいし、パイロットの操作に基づいて、可能な範囲で条件を緩和したうえで攻撃位置第一候補FPc1の再設定を行ってもよい。
【0035】
次に、
図6に示すように、制御部18は、ステップS32で攻撃位置第一候補FPc1に設定された複数の格子M,…の中から、敵勢力に発見されることなく任務開始位置FARPから到達することができる格子Mを選出し、当該格子Mを攻撃位置第二候補FPc2として設定する(ステップS33)。具体的には、制御部18は、記憶部15に記憶された地図データ155及び敵勢力範囲情報等に基づいて、敵勢力から所定距離を確保できるか又は遮蔽物に隠れることができる地点を経由して到達することができる格子Mを、攻撃位置第一候補FPc1に設定された複数の格子M,…の中から選出し、攻撃位置第二候補FPc2として設定する。
なお、該当する格子Mが存在しない場合には、制御部18は、任務実施不可能として処理を終了してもよいし、パイロットの操作に基づいて、可能な範囲で条件を緩和したうえで攻撃位置第二候補FPc2の再設定を行ってもよい。
【0036】
次に、制御部18は、ステップS33で攻撃位置第二候補FPc2に設定された複数の格子M,…それぞれについて、「任務実現性」,「命中精度」及び「生存性」を定量化した点数Pを算出する(ステップS34)。この点数Pは、攻撃位置第二候補FPc2に設定された各格子Mの攻撃位置FPとしての適性を、「任務実現性」,「命中精度」及び「生存性」の3点に関して定量評価したものであり、値が高いほど攻撃位置FPとしての適性が高いことを意味する。
【0037】
具体的には、このステップS34では、制御部18は、攻撃位置第二候補FPc2に設定された各格子Mの点数Pを、以下の式1を用いて算出する。
P=P1+P2+P3 …(式1)
【0038】
ここで、P1は、算出対象の格子Mの「任務実現性(パイロットの射撃しやすさ)」に関する適性を定量化した値であり、以下の式2を用いて算出される。
P1=a×(FOF適性値)+b×(射撃俯角適性値)+c×(地形適性値)
…(式2)
式2の右辺中、a〜cは、所定の係数である。
また、「FOF(Field Of Fire)適性値」とは、該当格子Mでの航空機10(パイロット)が攻撃高度H2で攻撃目標物20を視認したときの周辺視野角を点数化したものである。この「FOF適性値」は、地図データ155及び第一評価テーブル156a(
図3(a)参照)に基づいて、該当格子Mにおいて確保できる周辺視野角が広いほど(周辺の地形が開けているほど)高得点となるように算出される。
また、「射撃俯角適性値」とは、
図7に示すように、該当格子Mでの航空機10が攻撃高度H2で攻撃目標物20を攻撃するときの射撃俯角αを点数化したものである。この「射撃俯角適性値」は、地図データ155に基づいて、該当格子Mでの航空機10と攻撃目標物20との水平距離L及び高度差Hから射撃俯角αを算出したうえで、第二評価テーブル156b(
図3(b)参照)に基づいて、射撃俯角αが俯角制限値内である場合に最高得点となり、俯角制限値外である場合にはその差が小さいほど高得点となるように算出される。ここで、俯角制限値とは、航空機10の使用火器の種別等によって定まる値である。
また、「地形適性値」とは、パイロットの射撃しやすさという観点から、該当格子Mの地形をその土地の開け度合いで点数化したものである。この「地形適性値」は、地図データ155及び第三評価テーブル156c(
図3(c)参照)に基づいて、該当格子Mの地形が開けた土地であるほど高得点となり、遮蔽物が多い土地であるほど低得点となるように算出される。
【0039】
また式1中のP2は、算出対象の格子Mの「命中精度(射撃の命中しやすさ)」に関する適性を定量化した値であり、以下の式3を用いて算出される。
P2=d×(射撃距離適性値A)+e×(射撃高度差適性値) …(式3)
式3の右辺中、d,eは、所定の係数である。
また、「射撃距離適性値A」とは、使用火器の特性という観点から、該当格子Mでの航空機10と攻撃目標物20との水平距離Lを点数化したものである。この「射撃距離適性値A」は、第四評価テーブル156d(
図4(a)参照)に基づいて、水平距離Lが使用火器のほぼベストレンジである場合に最高得点となり、水平距離Lと使用火器のベストレンジとの差が大きくなるほど低得点となるように算出される。
また、「射撃高度差適性値」とは、砲弾の物理的な命中しやすさという観点から、該当格子Mでの航空機10の攻撃高度H2と攻撃目標物20の高度との高度差Hを点数化したものである。この高度差Hが大きくなると、砲弾の直進性が増すとともに攻撃目標物20の露出面積も増えるため、射撃の命中精度も向上する。そこで、「射撃高度差適性値」は、第五評価テーブル156e(
図4(b)参照)に基づいて、高度差Hが大きいほど高得点となるように算出される。
【0040】
また式1中のP3は、算出対象の格子Mの「生存性(攻撃目標物20からの攻撃の回避しやすさ)」に関する適性を定量化した値であり、以下の式4を用いて算出される。
P3=f×(背景適性値)+g×(射撃距離適性値B) …(式4)
式4の右辺中、f,gは、所定の係数である。
また、「背景適性値」とは、該当格子Mで攻撃高度H2に位置する航空機10が攻撃目標物20から視認されたときの背景を点数化したものである。この「背景適性値」は、第六評価テーブル156f(
図4(c)参照)に基づいて、背景が地勢(例えば山肌)となる場合に高得点となり、背景が空となる場合に低得点となるように算出される。
また、「射撃距離適性値B」とは、攻撃目標物20からの攻撃の回避しやすさという観点から、該当格子Mでの航空機10と攻撃目標物20との水平距離Lを点数化したものである。この「射撃距離適性値B」は、第七評価テーブル156g(
図4(d)参照)に基づいて、水平距離Lが遠いほど高得点となるように算出される。
【0041】
次に、
図6に示すように、制御部18は、攻撃位置第二候補FPc2に設定された複数の格子M,…のうち、ステップS34で算出された点数Pが高いもの(上位所定数)を選出し、選出した格子Mを攻撃位置最終候補FPc3として設定する(ステップS35)。本実施形態では、
図9(b)に示すように、2つの格子Mが攻撃位置最終候補FPc3として設定されたものとする。そして、制御部18は、攻撃位置最終候補FPc3として設定された複数の格子M,…をディスプレイ内の地図データ155上に表示させる。このとき、ディスプレイ内に表示される複数の攻撃位置最終候補FPc3,…は、その点数Pの高低をパイロットが容易に判別できるように、例えば点数Pの順番に色分け表示などされていることが好ましい。
こうして、攻撃位置算出処理が終了する。
【0042】
次に、
図5に示すように、制御部18は、操作部13からの信号に基づいて、地図データ155上に表示された複数の攻撃位置最終候補FPc3,…から何れか一つが選択されるか否かを判定する(ステップS4)。つまり、このステップS4では、パイロットが複数の攻撃位置最終候補FPc3,…の中から何れか一つを選択するか否かが判定される。
【0043】
このステップS4において、複数の攻撃位置最終候補FPc3,…から何れか一つが選択されないと判定した場合(ステップS4;No)、制御部18は、上述のステップS3へ処理を移行する。この場合、パイロットは、複数の攻撃位置最終候補FPc3,…の中に希望のものがないとして選択を行わず、算出条件を変更するなどして再びステップS3の攻撃位置算出処理を実行させる。
【0044】
また、ステップS4において、複数の攻撃位置最終候補FPc3,…から何れか一つが選択されたと判定した場合(ステップS4;Yes)、制御部18は、選択された攻撃位置最終候補FPc3を攻撃位置FPとして設定したうえで(
図10(a))、任務開始位置FARPから当該攻撃位置FPまでの飛行経路を探索する飛行経路探索処理を実行する(ステップS5)。この飛行経路探索処理は、制御部18が記憶部15から飛行経路探索プログラム152を読み出して展開することで実行される。
【0045】
この飛行経路探索処理では、制御部18は、任務開始位置FARP及び攻撃位置FPを含む所定範囲の地図データ155内における各格子Mの攻撃回避度合いに関する点数を算出し、当該点数に基づいて任務開始位置FARPから攻撃位置FPまでの飛行経路を探索する。攻撃回避度合いに関する点数とは、航空機10が該当格子Mを飛行するときの敵勢力からの攻撃の避けやすさを示すものであり、値が低いほど攻撃を避けやすいことを意味する。
【0046】
具体的には、この飛行経路探索処理では、まず制御部18は、記憶部15に記憶された地図データ155及び敵勢力範囲情報に基づいて、敵勢力の存在及び土地の開け度合いを加点要素とし、土地の遮蔽度合いを減点要素として、各格子Mの攻撃回避度合いに関する点数を算出する。また、制御部18は、任務内容等に基づいて、任務開始位置FARPから攻撃位置FPに至るまでに使用可能な移動時間及び所要燃料量を算出する。そして、制御部18は、任務開始位置FARPから攻撃位置FPに至る飛行経路のうち、算出された移動時間及び所要燃料量の範囲内で移動でき、且つ、当該飛行経路における点数の総和が最小となる複数の格子M,…の連なりを探索し、これを最適飛行経路R
optとして設定する(
図10(b))。
【0047】
このとき、制御部18は、攻撃位置FPを視認可能な滞空位置HPを、最適飛行経路R
opt中に設定する。具体的には、制御部18は、滞空位置HPの候補地点を予め複数設定しておいて、この候補地点の何れかを必ず通過するように最適飛行経路R
optを探索し、探索された最適飛行経路R
opt中の当該候補地点を滞空位置HPとして設定する。
また、制御部18は、設定した最適飛行経路R
optに沿って任務開始位置FARPから攻撃位置FPまで移動するときの移動時間及び所要燃料量と、そのときの攻撃位置FPにおける戦闘可能時間及び使用可能燃料量とを算出する。
こうして、飛行経路探索処理が終了する。
【0048】
次に、制御部18は、ステップS5で設定した最適飛行経路R
optをディスプレイの地図データ155上に表示させるとともに、戦闘可能時間及び使用可能燃料量などの各種ステータス情報も併せてディスプレイに表示させる(ステップS6)。
【0049】
次に、制御部18は、操作部13からの信号に基づいて、ディスプレイに表示させた最適飛行経路R
optが承認されるか否かを判定する(ステップS7)。つまり、このステップS7では、パイロットが最適飛行経路R
optや各種ステータス情報を確認して、問題なければ承認し、変更したければ否認する。
【0050】
このステップS7において、最適飛行経路R
optがパイロットに承認されないと判定した場合(ステップS7;No)、制御部18は、上述のステップS5に処理を移行して、再び飛行経路探索処理を実行する。
また、ステップS7において、最適飛行経路R
optがパイロットに承認されたと判定した場合には(ステップS7;Yes)、制御部18は、攻撃内容設定処理を終了する。
【0051】
以上のように、本実施形態によれば、地図データ155を水平面内で分割した複数の格子M,…それぞれについて、「任務実現性」,「命中精度」及び「生存性」を定量化した点数Pが地図データ155に基づいて算出された後に、この複数の格子M,…の各点数Pに基づいて攻撃位置FPが設定される。これにより、パイロットの経験や勘に基づいて攻撃位置が選定されていた従来と異なり、各地点(格子M)の攻撃位置FPとしての適性を「任務実現性」,「命中精度」及び「生存性」の点で定量評価することによって、当該攻撃位置FPを設定することができる。したがって、パイロットの経験や勘に頼ることなく、戦闘用の航空機10における適切な攻撃位置FPを算出することができる。
【0052】
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【0053】
例えば、上記実施形態では、任務の開始前における任務開始位置FARPからの最適飛行経路R
optの探索について説明したが、任務開始後(当初の最適飛行経路R
optを飛行中)に、自機位置から攻撃位置FPまでの最適飛行経路を随時探索して更新するようにしてもよい。
【0054】
また、攻撃位置算出プログラム151による攻撃位置算出処理や、飛行経路探索プログラム152による飛行経路探索処理の範囲は、上述したものに限定されない。例えば、攻撃位置算出処理には、パイロットの操作に基づく攻撃位置FPの選択(ステップS4)が含まれていてもよい。