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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-06
(45)【発行日】2024-09-17
(54)【発明の名称】誘導装置および誘導方法
(51)【国際特許分類】
F42B 15/01 20060101AFI20240909BHJP
G01S 13/60 20060101ALI20240909BHJP
G01S 13/58 20060101ALI20240909BHJP
G05D 1/00 20240101ALI20240909BHJP
【ＦＩ】
F42B15/01
G01S13/60 214
G01S13/58 200
G05D1/00
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020209537
(22)【出願日】2020-12-17
(65)【公開番号】P2022096434
(43)【公開日】2022-06-29
【審査請求日】2023-09-06
(73)【特許権者】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(73)【特許権者】
【識別番号】598076591
【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003708
【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
(72)【発明者】
【氏名】蜂須 裕之
【審査官】大宮 功次
(56)【参考文献】
【文献】特開平０８－３３８７００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－０６５９２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０５６５６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０９０５２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１０２９５６（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ４２Ｂ １５／０１
Ｇ０１Ｓ １３／６０
Ｇ０１Ｓ １３／５８
Ｇ０５Ｄ １／６８３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
水面上の目標に対しスクイント飛しょうさせつつ飛しょう体を誘導する誘導装置において、前記飛しょう体に搭載され電波を送受信するアンテナと、
前記アンテナから観測周期ごとにレーダパルスを繰り返し送信する送信処理部と、
前記レーダパルスに基づく受信信号に基づいて前記目標の２次元観測結果を得る観測処理部と、
複数の観測周期ごとに得られた前記２次元観測結果に基づいて前記目標に対応する２値化形状枠を得る２次元処理部と、
前記２値化形状枠の偏位量から前記目標の移動ベクトルを算出し、当該移動ベクトルに基づいて前記目標の目標諸元を推定する推定処理部と、
前記目標の軸線を前記移動ベクトルに一致させるように前記２値化形状枠をクロスレンジ方向に拡大または縮小して、前記目標に対する擾乱の影響を補正する補正部とを具備し、
前記推定処理部は、前記補正された前記２値化形状枠から前記目標の目標諸元を推定する、誘導装置。
【請求項2】
前記推定処理部は、前記目標の目標長、または当該目標の目標幅の少なくともいずれかを推定する、請求項１に記載の誘導装置。
【請求項3】
前記飛しょう体が操舵機構を備える場合に、
前記推定された目標諸元に基づいて前記操舵機構を制御する制御処理部をさらに具備する、請求項１に記載の誘導装置。
【請求項4】
さらに、前記飛しょう体の運動に関する情報を取得する計測部を具備し、
前記制御処理部は、前記目標諸元、および前記運動に関する情報に基づいて前記飛しょう体を目標に誘導するための操舵信号を生成する、請求項３に記載の誘導装置。
【請求項5】
誘導装置により、水面上の目標に対しスクイント飛しょうさせつつ飛しょう体を誘導する誘導方法において、
前記誘導装置が、前記飛しょう体に搭載され電波を送受信するアンテナから、観測周期ごとにレーダパルスを繰り返し送信する過程と、
前記誘導装置が、前記レーダパルスに基づく受信信号に基づいて前記目標の２次元観測結果を得る過程と、
前記誘導装置が、複数の観測周期ごとに得られた前記２次元観測結果に基づいて前記目標に対応する２値化形状枠を得る過程と、
前記誘導装置が、前記２値化形状枠の偏位量から前記目標の移動ベクトルを算出する過程と、
前記誘導装置が、前記目標の軸線を前記移動ベクトルに一致させるように前記２値化形状枠をクロスレンジ方向に拡大または縮小して、前記目標に対する擾乱の影響を補正する過程と、
前記誘導装置が、前記移動ベクトルに基づいて、前記補正された前記２値化形状枠から前記目標の目標諸元を推定する過程とを具備する、誘導方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、誘導装置および誘導方法に関する。
【背景技術】
【0002】
誘導装置は、例えば飛しょう体に搭載されて、飛しょう体の飛行経路を制御する。誘導装置の多くは、例えば海面上を移動する船舶等の目標に向けて、飛しょう体を誘導する。誘導装置は、電波を利用して、レーダの原理により目標を検出する。目標探索の段階で複数の目標が検出されると、次の目標選択の段階において誘導装置は、事前目標情報（船舶等）との照合により目標を選択し、選択した目標への誘導開始点を予想する。その結果に基づいて、誘導装置は、飛しょう体の飛しょう経路を設定する。
【0003】
事前目標情報との照合に際しては、目標長と目標幅（目標形状諸元）についての観測結果が必要となる。また、誘導開始点の予想に際しては、目標位置に加えて目標の移動速度、移動方向（目標航行諸元）の観測が必要となる。
【0004】
一般的に、誘導装置は、目標に関する２次元観測により目標長、目標幅、目標の移動速度、及び移動方向等を取得する。電波による２次元観測を実現するため、誘導装置は、スラントレンジ方向、およびクロスレンジ方向の距離観測を実施する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0005】
【文献】RADAR HANDBOOK Third Edition McGraw Hill Merrill Skolnik
【文献】George W. Stimson, Introduction to Airborne RADAR, PART VI: Air-to-Air Operation, 28. Low PRF Operation, pp.389-405, Hughes Aircraft Conpany (1983)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
スラントレンジ方向に関しては、パルス圧縮変調技術等によりある程度、高い分解能を期待できる。しかしクロスレンジ方向に関しては、ドップラビームシャープニング（Doppler Beam Sharpening：ＤＢＳ）技術で得られるドップラシフトに、複数の要因が混在する。つまり飛しょう体の飛しょう速度、飛しょう体に対する目標位置（方向）や、目標の移動速度及び移動方向、あるいは、船舶の動揺などもドップラシフトに影響を及ぼす。このため電波による目標の２次元観測において、目標の諸元を高精度に取得することが難しかった。
そこで、目的は、目標の諸元を高精度に取得可能な誘導装置および誘導方法を提供することにある。
そこで、目的は、目標の諸元を高精度に取得可能な誘導装置および誘導方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
実施形態に係わる誘導装置は、水面上の目標に対しスクイント飛しょうさせつつ飛しょう体を誘導する。誘導装置は、飛しょう体に搭載され電波を送受信するアンテナと、送信処理部、観測処理部、２次元処理部、および、推定処理部を具備する。送信処理部は、アンテナから観測周期ごとにレーダパルスを繰り返し送信する。観測処理部は、レーダパルスに基づく受信信号に基づいて目標の２次元観測結果を得る。２次元処理部は、複数の観測周期ごとに得られた２次元観測結果に基づいて目標に対応する２値化形状枠を得る。推定処理部は、２値化形状枠の偏位量から目標の移動ベクトルを算出し、当該移動ベクトルに基づいて目標の目標諸元を推定する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。以下の説明では、目標を選択する段階での飛しょう体が、目標に対して目標方向からオフセットした一定の角度（スクイント角）を成して、或る高度を飛しょうしていることを仮定する。すなわち実施形態に係わる誘導装置は、目標に対しスクイント飛しょうさせつつ飛しょう体を誘導する。目標としては、遠方の海面を移動する船舶を一例とする。なお実施形態において、目標の諸元とは、目標長、目標幅、目標の移動速度、または移動方向の少なくともいずれかを含む。
【0010】
スクイント飛しょうを行ないながら２次元観測を実施し、目標との相対速度から生じるドップラシフトを周波数領域で処理することで、いわゆるドップラビームシャープニング技術によりクロスレンジ方向の距離を観測することができる。しかしドップラシフトに複数の要因が混在することから、正確な観測値を得ることは難しい。以下では、これを解決し得る技術について説明する。
【0011】
［構成］
図１は、目標選択の段階における、飛しょう体と目標との会合状況の一例を示す図である。図１（Ａ）は側方の視点から見た様子を示し、図１（Ｂ）は上方の視点から見た様子を示す。図１（Ａ）、および（Ｂ）において、飛しょう体１は、海面ＳＬを移動する船舶などの目標２に向かって飛しょうする。飛しょう体１は、目標観測点ＯＰにおいて或る高度を維持しつつ、目標２の方向に対して一定のオフセット角をとって飛しょうし、目標２を観測する。観測段階が終了すると、飛しょう体１は、目標２に対する誘導開始点ＳＰに向けて飛しょうし、誘導開始点ＳＰに到達した後は、目標２へ向けて誘導（ホーミング:homing）を行う。
図１は、目標選択の段階における、飛しょう体と目標との会合状況の一例を示す図である。図１（Ａ）は側方の視点から見た様子を示し、図１（Ｂ）は上方の視点から見た様子を示す。図１（Ａ）、および（Ｂ）において、飛しょう体１は、海面ＳＬを移動する船舶などの目標２に向かって飛しょうする。飛しょう体１は、目標観測点ＯＰにおいて或る高度を維持しつつ、目標２の方向に対して一定のオフセット角をとって飛しょうし、目標２を観測する。観測段階が終了すると、飛しょう体１は、目標２に対する誘導開始点ＳＰに向けて飛しょうし、誘導開始点ＳＰに到達した後は、目標２へ向けて誘導（ホーミング:homing）を行う。
【0012】
［電波照射と受信の状況］
図２は、目標観測のための電波の照射状況の一例を示す図である。図２（Ａ）は側方の視点から見た様子を示し、図２（Ｂ）は上方の視点から見た様子を示す。図２において、スラントレンジ方向、グランドレンジ方向、および、クロスレンジ方向の３とおりの方向がある。スラントレンジ方向６３（ビーム中心・ボアサイト方向）は、飛しょう体１のアンテナ部の形成するビーム幅に基づく角度範囲への、上空からの電波の照射方向である。スラントレンジ方向６３を海面上の水平面上に射影した方向を、グランドレンジ方向６４とする。海面（ＳＬ：surface level）の水平面上で、グランドレンジ方向６４と垂直な方向をクロスレンジ方向６５する。
図２は、目標観測のための電波の照射状況の一例を示す図である。図２（Ａ）は側方の視点から見た様子を示し、図２（Ｂ）は上方の視点から見た様子を示す。図２において、スラントレンジ方向、グランドレンジ方向、および、クロスレンジ方向の３とおりの方向がある。スラントレンジ方向６３（ビーム中心・ボアサイト方向）は、飛しょう体１のアンテナ部の形成するビーム幅に基づく角度範囲への、上空からの電波の照射方向である。スラントレンジ方向６３を海面上の水平面上に射影した方向を、グランドレンジ方向６４とする。海面（ＳＬ：surface level）の水平面上で、グランドレンジ方向６４と垂直な方向をクロスレンジ方向６５する。
【0013】
図２において、目標選択段階では、その前の目標捜索段階で目標２のおおよその位置が既に取得されている。よって飛しょう体１は、図２（Ａ）に示されるように、海面ＳＬ上の目標２とその周辺を含む範囲に向けて、観測俯角６１（σg）をとって照射電波１１を照射する。ここで、観測俯角６１（σg）は、海面と平行な水平面を基準とした角度である。
【0014】
図２（Ｂ）に示されるように、照射電波１１は、飛しょう体１の飛しょう方向Ｆに対して観測方位角６２をとって照射される。照射電波１１はアンテナ部７の形成するビーム幅に基づく角度範囲、すなわちビームを形成する方向であるビーム中心（ＢＣ方向）を中心として、ビーム幅左端（ＢＬ方向）からビーム幅右端（ＢＲ方向）の角度範囲に照射される。
【0015】
図３は、飛しょう体１の一例を示すブロック図である。飛しょう体１は、誘導装置３、推進装置５、および操舵装置６を備える。誘導装置３は、目標２を検出し、目標２に飛しょう体１を誘導するための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。操舵機構としての操舵装置６は、誘導装置３から与えられる操舵信号に基づき飛しょう体１の飛行を制御して、飛しょう体１を目標２に誘導する。
【0016】
誘導装置３は、コンピュータとしてのプロセッサ８に加え、アンテナ部７、制御処理部９、および、慣性計測部１０を備える。アンテナ部７は、例えば複数のアンテナ素子を備えるフェーズドアレイアンテナである。アンテナ部７は、送信ビームを走査しつつ目標２へ照射電波１１を放射する。また、アンテナ部７は、受信ビームを走査しつつ目標２からの反射電波１２を受信する。さらに、アンテナ部７は、受信した電波を、信号処理等を可能とすべく周波数変換してプロセッサ８へ出力する。
【0017】
プロセッサ８は、照射電波１１の波形生成や制御、反射電波１２に含まれる目標２の検出、および目標諸元の推定などの処理を実施する。これらの処理に基づき、プロセッサ８は、目標２に向けてホーミングするための誘導信号を生成して制御処理部９へ出力する。制御処理部９は、目標諸元、誘導信号に基づいて、飛しょう体１を安定に飛しょうさせるための操舵信号を算出し、操舵装置６へ出力する。慣性計測部１０は、飛しょう体１の角速度、加速度等を観測して、所定の座標系における飛しょう体１の位置、速度、姿勢角などの、飛しょう体１の運動に関する情報を取得する。
【0018】
図４は、プロセッサ８の一例を示す機能ブロック図である。プロセッサは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算回路であり、メモリに記憶されたプログラムを実行して実施形態に係わる機能を実現する。プロセッサ８は、その処理機能として送信処理部８ａ、観測処理部８ｂ、２次元処理部８ｃ、推定処理部８ｄ、および、補正処理部８ｅを備える。
【0019】
送信処理部８ａは、アンテナ部７から、観測周期としての送受信期間（ＰＲＩ：Pulse Repetition Interval）ごとに、レーダパルスの繰り返し送信を制御する。
観測処理部８ｂは、レーダパルスに基づく受信信号に基づいて目標の２次元観測結果を得る。２次元処理部８ｃは、複数の観測周期ごとに得られた２次元観測結果に基づいて、目標に対応する２値化形状枠を得る。推定処理部８ｄは、２値化形状枠の偏位量から目標の移動ベクトルを算出し、この移動ベクトルに基づいて、目標の目標諸元を推定する。補正処理部８ｅは、目標の軸線を目標の移動ベクトルに一致させるように、２値化形状枠をクロスレンジ方向に拡大または縮小することにより、目標に対する擾乱（波による動揺など）の影響を補正する。次に、上記構成における作用を説明する。
観測処理部８ｂは、レーダパルスに基づく受信信号に基づいて目標の２次元観測結果を得る。２次元処理部８ｃは、複数の観測周期ごとに得られた２次元観測結果に基づいて、目標に対応する２値化形状枠を得る。推定処理部８ｄは、２値化形状枠の偏位量から目標の移動ベクトルを算出し、この移動ベクトルに基づいて、目標の目標諸元を推定する。補正処理部８ｅは、目標の軸線を目標の移動ベクトルに一致させるように、２値化形状枠をクロスレンジ方向に拡大または縮小することにより、目標に対する擾乱（波による動揺など）の影響を補正する。次に、上記構成における作用を説明する。
【0020】
［作用］
［２次元観測処理におけるレンジドップラ処理］
図５は、送受信周期２１（ＴＰＲＩ）における照射電波１１、反射電波１２、および観測毎受信信号１３の関係を示す図である。目標２とその周辺の海面ＳＬからの反射電波１２は、飛しょう体１のアンテナ部７で受信され、周波数変換され、観測毎受信信号１３としてプロセッサ８に出力される。
［２次元観測処理におけるレンジドップラ処理］
図５は、送受信周期２１（ＴＰＲＩ）における照射電波１１、反射電波１２、および観測毎受信信号１３の関係を示す図である。目標２とその周辺の海面ＳＬからの反射電波１２は、飛しょう体１のアンテナ部７で受信され、周波数変換され、観測毎受信信号１３としてプロセッサ８に出力される。
【0021】
複数の送受信周期２１において照射電波１１が繰り返し送信されることで、複数の観測結果が得られる。図５に示されるように、照射電波１１の送信と反射電波１２の受信とが同じ送受信周期２１内にある形態は、ＬＰＲＦ（Low Pulse Repetition Frequency）と称される。遠方から目標２を観測する場合には、一般にＬＰＲＦ形態がとられる。ＬＰＲＦ技術に関しては、例えば非特許文献２に記載されている。
【0022】
図６は、レンジドップラ処理の一例を説明するための図である。レンジドップラ処理は、例えばプロセッサ８により実施される。複数回の送信で得られた観測毎受信信号１３にレンジドップラ処理を施すことにより、２次元観測の結果を得ることができる。
【0023】
図６（Ａ）に示されるように、プロセッサ８は、複数回にわたる送受信に基づく観測毎に、アンテナ部７から観測毎受信信号１３を取得し、レンジウォーク補正、パルス圧縮復調の処理を実施して観測毎データ１４を得る。観測毎データ１４のデータ構造は、図６（Ｃ）に示されるように、複数のスラントレンジと複数回の送受信観測の回数とに対応した２次元配列になる。
【0024】
図６（Ｂ）に示されるように、プロセッサ８は、複数回の送受信観測で得られた観測毎データ１４から、スラントレンジ方向の単位（レンジセル）毎に複数の観測結果をレンジ毎データ１５として取り出す。次にプロセッサ８は、レンジ毎データ１５に、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform：離散フーリエ変換）、あるいはＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）等の周波数変換処理を施し、周波数領域に変換して、レンジ毎周波数データ１６を得る。このような処理を、目標２の存在するレンジ範囲を対象に、スラントレンジ方向の単位（レンジセル）毎に順次実施すると、図６（Ｄ）に示されるように、目標２とその周辺に関する２次元観測の結果としてレンジドップラ観測結果１７が得られる。
【0025】
図７は、観測毎データ１４の一例を示す図である。照射電波１１は、チャープ変調等のパルス圧縮変調を施されたパルスである。このため、観測毎受信信号１３にパルス圧縮復調処理等の処理を施すことで、目標２についてレンジセル単位で、スラントレンジ方向の分解能を高めた観測毎データ１４を得ることができる。
【0026】
図８は、レンジ毎周波数データ１６の周波数特性の一例を示す図である。図８（Ａ）は、処理後の周波数特性全体を示す。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）中の観測帯域２２（１／ＴＰＲＩ）を示す。目標２からの反射電波１１は、照射電波１０に応じて、送受信周期２１（ＴＰＲＩ）で繰り返し受信される。このため、レンジ毎周波数データ１６の帯域は、送受信周期２１（ＴＰＲＩ）の逆数となる観測帯域２２（１／ＴＰＲＩ）に限定される。よって、処理後のレンジ毎周波数データ１６の周波数特性は、図８から示されるように、元の周波数特性が観測帯域２２で分割、折り返された特性となる。
【0027】
レンジ毎周波数データ１６では、ＤＦＴまたはＦＦＴにより、ビーム幅内の目標２の位置（方向）や移動速度、移動方向、さらに、目標２の広がりや動揺によって生じるドップラシフトが、それぞれ周波数特性の広がりとなってデータに現れる。例えば、目標２の広がりとなって現れるドップラ周波数としては、目標２の左端のドップラ周波数（ｆＴＭＬ）と、目標２の右端のドップラ周波数（ｆＴＭＲ）がある。なお、参考に、ビーム中心（ＢＣ：beam center）方向のドップラ周波数（ｆＭ０）も併せて示す。図８に示される各周波数について以下に示す。
【0028】
【数1】
【0029】
図８（Ａ）の代表的なドップラ周波数の処理後のドップラ周波数を、以下に示す。
【0030】
【数2】
【0031】
図９は、目標２の両端からのドップラ周波数の導出の一例について説明するための図である。図９において、目標２の両端からのドップラ周波数は、飛しょう体１の飛しょう速度（ＶＭ）、飛行方向（θＭ）、および目標両端の方向（θＴＬ、θＴＲ）により生じるとする。図９の諸量は次式で表される。
【0032】
【数3】
【0033】
なお、飛しょう速度（ＶＭ）等の速度は海面上の速度で定義されるが、飛しょう体１からの観測はスラントレンジ軸での観測となるので、ドップラシフト表現での速度にはｃｏｓσｇが乗算される。
【0034】
図１０は、目標２の両端からのドップラ周波数の導出の他の例について説明するための図である。図１０において、目標２の両端からのドップラ周波数は、目標の速度（ＶＴ）、移動方向（ΨＴ）、目標長（Ｌ）、さらに目標両端の方向（θＴＬ，θＴＲ）により生じるとする。図１０の諸量は次式で表される。
【0035】
【数4】
【0036】
なお、厳密には目標の前後端で観測俯角が異なるが、近似的に変化しないことを仮定した。
【0037】
図１１Ａ、図１１Ｂは、目標２の両端からのドップラ周波数の導出の他の例について説明するための図である。図１１Ａに示されるように、目標２の両端からのドップラ周波数は、回頭時に生じる回転（ω）により生じるとする。回転は、目標２の動揺の一つの例である。図１１Ｂにおける目標両端の速度（δＶＬ，δＶＲ）は、次式で表される。
【0038】
【数5】
【0039】
【0040】
【数6】
【0041】
図１２は、レンジドップラ観測結果１７を２次元距離結果１８に変換する処理について説明するための図である。２次元距離結果１８は、海面上の平面における２次元の距離情報である。図１２（Ａ）のレンジドップラ観測結果１７は、スラントレンジ方向の距離観測とドップラ周波数による周波数観測との、２軸のデータである。このため、それぞれの軸上のデータ間隔を距離情報に変換する必要がある。
【0042】
スラントレンジ方向６３のデータは、図２に示されるように、上空からの観測俯角６１（σg）を取った観測である。そこで、レンジセル分解能δＳ間隔で、観測対象範囲とするＭｇ個について式（１）、式（２）によりデータ間隔を変換して、グランドレンジ方向６４のデータ間隔とする。
【0043】
【数7】
【0044】
クロスレンジ方向６５のデータは、観測帯域２２（１／ＴＰＲＩ）に対しＤＦＴ、またはＦＦＴのポイント数Ｍｒに応じた周波数分解能δｆのデータとなっている。このため、式（３）、式（４）によりデータ間隔を変換して、クロスレンジ方向６５のデータ間隔とする。
【0045】
【数8】
【0046】
以上により、レンジドップラ処理の結果として、海面上の目標２である船舶を含む２次元距離結果１８を得ることができる。
【0047】
［２次元観測の複数回実施］
図１３は、２次元観測を実施するタイミングを説明するための図である。図１３において、２次元観測は目標選択段階の任意の時刻ｔ０から開始され、ｔΔ間隔でＮｐ回実施されるとする。ここで、Ｎｐ回の２次元観測を、目標２（船舶）の運動状態が変化しないことを見込み、例えば数秒の観測期間内で完了させる必要がある。一回の観測に要する時間ＴＭは、送受信周期２１（ＴＰＲＩ）と送受信回数（Ｍｒ）とを用いて式（５）で表される。
図１３は、２次元観測を実施するタイミングを説明するための図である。図１３において、２次元観測は目標選択段階の任意の時刻ｔ０から開始され、ｔΔ間隔でＮｐ回実施されるとする。ここで、Ｎｐ回の２次元観測を、目標２（船舶）の運動状態が変化しないことを見込み、例えば数秒の観測期間内で完了させる必要がある。一回の観測に要する時間ＴＭは、送受信周期２１（ＴＰＲＩ）と送受信回数（Ｍｒ）とを用いて式（５）で表される。
【0048】
【数9】
【0049】
［２次元観測処理における座標変換処理］
複数回にわたって観測を繰り返すうち、飛しょう体１の移動に伴って観測範囲がシフトするため、各２次元距離結果１８に偏位が生じる。そこで、空間内において観測結果の整合をとるための補正を実施する。
複数回にわたって観測を繰り返すうち、飛しょう体１の移動に伴って観測範囲がシフトするため、各２次元距離結果１８に偏位が生じる。そこで、空間内において観測結果の整合をとるための補正を実施する。
【0050】
図１４は、観測範囲の偏位量について説明するための図である。図１４は、第１回目の観測と第ｉ回目の観測との間での観測範囲の偏位量を示す。全観測時間が目標２の運動状態が変化しない程度の期間であれば、観測方位角（θＭ）および飛しょう速度（ＶＭ）はほぼ一定と近似できる。このとき、グランドレンジ方向６４の変位量ΔＲｇｉは式（６）で表され、クロスレンジ方向６５の偏位量ΔＲｒｉは式（７）で表される。式（６）、式（７）は、偏位量を各軸の分解能単位の整数倍で表現するものである。
【0051】
【数10】
【0052】
図１５は、観測範囲の整合について説明するための図である。図１５は、第１回目と第ｉ回目の観測範囲の整合を示す。式（６）、式（７）の偏位量を使用して、第ｉ回目の２次元距離結果１８ｉの各軸の距離数値をそれぞれ、グランドレンジ方向６４にＫｇ個、クロスレンジ方向にＫｒ個ずらすことで整合を実施し、この整合後の結果を各観測での２次元観測結果１９ｉとして保存する。
【0053】
【0054】
［目標諸元推定処理］
次に、得られた２次元観測結果１９から、目標２の目標諸元を推定する目標諸元推定処理３７について説明する。目標諸元のうち、目標航行諸元（目標速度・目標移動方向）は、複数の２次元観測結果１９を使用して推定することができる。まず、第ｉ番目の２次元観測結果１９ｉについて説明する。
次に、得られた２次元観測結果１９から、目標２の目標諸元を推定する目標諸元推定処理３７について説明する。目標諸元のうち、目標航行諸元（目標速度・目標移動方向）は、複数の２次元観測結果１９を使用して推定することができる。まず、第ｉ番目の２次元観測結果１９ｉについて説明する。
【0055】
図１６は、目標の２値化形状枠４１を算出する処理について説明するための図である。図１６は、第ｉ番目の２次元観測結果１９ｉにおいて算出される目標の２値化形状枠４１ｉを示す。図１６において、２次元観測結果１９ｉの全てのセル（マス目）について、対応する受信電力レベルが目標と判定される閾値以上のセルを”１”とし、閾値未満のセルを”０”とする。このとき、”１”となる複数セルの連続する集合体（クラスタ）を目標２と判定し、このクラスタを一周する外枠を２値化形状枠４１ｉとする。
【0056】
図１７は、２値化形状枠４１から目標重心４２を算出する処理について説明するための図である。図１７における２値化形状枠４１ｉの内部の全セルを対象とし、グランドレンジ方向の重心座標Ｒｉｇ０を式（８）により、クロスレンジ方向の重心座標Ｒｉｒ０を式（９）により計算して、目標重心４２ｉを算出することができる。
【0057】
【数11】
【0058】
図１８は、２値化形状枠４１から目標の仮目標軸線４６を算出する処理について説明するための図である。２値化形状枠４１ｉの内部の全セルを対象とする最小二乗法により、目標重心４２ｉを通過する直線の式を算出できる。具体的には、仮目標軸線４６ｉは式（１０）で表される。
【0059】
【数12】
【0060】
次に、任意の２次元観測結果１９ｊを選択する。
図１９は、選択した２次元観測結果ｊから導出された２値化形状枠４１ｊの一例を示す図である。仮目標軸線４６ｉが算出されると、第ｉ回目の２次元観測結果１９ｉと相関を取るために、任意の２次元観測結果１９ｊを選択する。
図１９は、選択した２次元観測結果ｊから導出された２値化形状枠４１ｊの一例を示す図である。仮目標軸線４６ｉが算出されると、第ｉ回目の２次元観測結果１９ｉと相関を取るために、任意の２次元観測結果１９ｊを選択する。
【0061】
図２０は、移動ベクトル４５の算出について説明するための図である。図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）に示される２次元観測結果ｉと２次元観測結果ｊは、ともに観測範囲の整合をとっているので、図２０（Ａ）に示されるように、両軸ともに数値を合わせて重ねることができ、２値化形状枠４１ｉと２値化形状枠４１ｊとを共通の２次元平面上に配置することができる。
【0062】
次に、図２０（Ｂ）に示されるように、２値化形状枠４１ｉを座標上で移動させ、２値化形状枠４１ｊに重ねる。このとき、重なる範囲が最大となる位置まで移動させ、これを移動後形状枠４３ｉとする。ここで、重なる範囲を最大とする手法については、例えばテンプレートマッチング技術（ＳＡＤ：Sum of Abusolute Difference、またはＳＳＤ：Sum of Squared Differenceなど）を適用することができる（非特許文献２）。
【0063】
次に、移動後形状枠４３ｉの重心点を、前記と同様に算出して移動後重心４４ｉとする。最後に、目標重心４２ｉと移動後重心４４ｉの位置変化から、移動ベクトル４５ｉを算出する。具体的には、グランドレンジ方向６４での移動距離、クロスレンジ方向６５での移動距離をそれぞれベクトルとし、２次元観測結果１９ｉと１９ｊの観測時間差で除算することで、移動ベクトルが得られる。式（１１）に、移動ベクトルの計算式を示す。
【0064】
【数13】
【0065】
ここで、選択する２次元観測結果１９の組み合わせは任意であり、例えば第ｉ回目と第ｊ回目とすることができる。複数回の観測があれば回数に応じた組み合わせを選定して、各観測で算出される移動ベクトルを平均するなどして精度を高めることが可能である。
【0066】
以上説明したように、移動速度、および空間内での移動方向を移動ベクトル４５として算出することができる。なお、移動ベクトル４５は２次元観測における座標系で表されるので、飛しょう体１の飛しょう方向等を決定する基準座標系への変換により最終的な移動速度、移動方向を求めることができる。基準座標系への変換は一般的な変換式によるもので構わない。
【0067】
図２１は、目標形状諸元（目標長、目標幅）を算出する処理について説明するための図である。２値化形状枠４１に示される形状のクロスレンジ方向６５は、ドップラ周波数をもとにしている。このため、目標の動揺に伴うドップラシフト（図１１）が含まれる場合には、２値化形状枠４１がクロスレンジ方向６５に拡大、または縮小されることになる。この現象を修正し、２値化形状枠４１を目標の形状へと補正することで、目標形状諸元（目標長、目標幅）を算出することができる。
【0068】
図２１（Ａ）に示されるように、任意に選択した２次元観測結果１９ｉについて、仮目標軸線４６ｉと移動ベクトル４５ｉを重ねる。通常、目標２が船舶であれば、移動方向は目標の軸線方向と一致する。従って、仮目標軸線４６ｉと移動ベクトル４５ｉが一致していない場合には、目標２の動揺による成分（図１１）がクロスレンジ方向に影響していることになる。
【0069】
そこで、前記で得られた移動ベクトル４５ｉを基準として、２値化形状枠４１ｉから得られている仮目標軸線４６ｉが移動ベクトル４５ｉと一致するよう、２値化形状枠４１ｉをクロスレンジ方向にだけ縮小、または拡大する。
【0070】
図２１（Ｂ）に示されるように、仮目標軸線４６ｉが移動ベクトル４５ｉと一致したときの２値化形状枠を、修正２値化形状枠４８ｉとし、これを正しい目標形状に対応するものとして採用する。この修正２値化形状枠４８ｉの仮目標軸線、すなわち目標軸線４７ｉ方向に沿う目標範囲を目標長とし、目標長に直交する方向を目標幅として算出して、目標形状諸元とする。
【0071】
図２２は、プロセッサ８の処理手順の一例を示すフローチャートである。図２２において、プロセッサ８は、二次元観測処理３０が完了したのち、目標諸元推定処理（ステップＳ９）を行い、得られた目標諸元を出力する（ステップＳ１０）。
【0072】
二次元観測処理３０において、プロセッサ８は、先ず、観測のための基準座標系Ｓ１を設定したのち（ステップＳ１）、観測回数ｎに１を代入して観測カウンタをセットする（ステップＳ２）。次にプロセッサ８は、レンジドップラ処理（ステップＳ３）により、目標２とその周辺に関する２次元観測の結果としての観測結果を得る。
【0073】
次に、プロセッサ８は、自らの飛しょう諸元を演算プロセスに入力し（ステップＳ４）、座標変換処理を行って（ステップＳ５）、海面上の平面における２次元の距離情報としての２次元距離結果を得る。このようにして得られた２次元観測結果は、コンピュータのメモリに登録される（ステップＳ６）。ステップＳ３～ステップＳ６の過程は、観測回数が規定数に達するまで、カウンタをインクリメントしつつ（ステップＳ８）規定の観測回数にわたって繰り返される。
【0074】
［効果］
以上説明したようにこの実施形態では、スクイント飛しょうを行ないながら複数回にわたる２次元観測を実施し、２次元観測結果を得る。さらに、この２次元観測結果により目標の２値化形状枠を算出し、その偏位量から目標の移動ベクトルを得る。そして、この移動ベクトルに基づいて目標諸元を推定するようにした。
以上説明したようにこの実施形態では、スクイント飛しょうを行ないながら複数回にわたる２次元観測を実施し、２次元観測結果を得る。さらに、この２次元観測結果により目標の２値化形状枠を算出し、その偏位量から目標の移動ベクトルを得る。そして、この移動ベクトルに基づいて目標諸元を推定するようにした。
【0075】
このようにしたので、船舶の動揺などに起因するドップラシフトによりクロスレンジ方向の距離特性が変化しても、複数回の２次元観測結果によりその影響が平均化される。これにより、目標形状の歪みを抑え、目標諸元（目標長、目標幅）を高精度に得ることができる。従って、目標航行諸元（目標移動速度、目標移動方向）を高精度で抽出することも可能になる。
【0076】
これらのことから、実施形態によれば、目標の諸元を高精度に取得可能な誘導装置および誘導方法を提供することができる。
【0077】
実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示するものであり、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。この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。
【符号の説明】
【0078】
１…飛しょう体、２…目標、３…誘導装置、５…推進装置、６…操舵装置、７…アンテナ部、８…プロセッサ、８ａ…送信処理部、８ｂ…観測処理部、８ｃ…次元処理部、８ｄ…推定処理部、８ｅ…補正処理部、９…制御処理部、１０…慣性計測部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
