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외기권 표적 요격을 위한 제어시간 구속조건을 가지는 일반화된 유도법칙
Generalized Guidance Law with Control Time Constraint for Exoatmospheric Target Interception 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.46 no.10, 2018년, pp.814 - 822  

박봉균 (Agency for Defense Development) ,  김태훈 (Agency for Defense Development)

초록
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본 논문은 제어시간이 제한된 유도탄에 적용하기 위한 유도법칙을 제안한다. 제안된 유도법칙은 잔여비행시간에 대한 다항식을 기반으로 설계되어 일반화된 형태를 가지게 된다. 또한 제어 종료시점에서 가속도 명령을 0으로 만들어 잔여비행시간(time-to-go) 추정 오차에 대한 민감도를 줄여주고, 단 분리 등의 이벤트 발생 시 비행 안정성을 증가 시켜줄 수 있다. 제안된 유도법칙을 적용하기 위한 잔여비행시간 추정방법을 제안하고, 고고도 방어요격탄의 중기 유도 및 종말 유도에 대한 적용 가능성을 제시한다. 다양한 시뮬레이션 수행을 통하여 제안된 유도법칙의 특성 및 성능을 분석한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes a guidance law for missiles with control time constraint. Because the proposed guidance law is based on a time-to-go polynomial, it has a generalized form. Also, acceleration of the proposed law converges to zero at the end of the control time, which reduces the sensitivity to th...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 요격탄의 초기 유도단계에서 고도 상승이 이루어진 후 외기권에서 제한된 추진구간 동안 제어를 통해 예측된 요격지점(predicted intercept point)으로 비행할 수 있는 일반화된 유도법칙을 제안한다. 제안하는 유도법칙은 기본적으로 다항식 유도법칙[2]을 기반으로 설계되었고, 제어시간 종료시점에 유도명령을 0으로 만들 수 있도록 다항식을 설정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
제어시간 구속조건을 고려한 다항식 기반의 일반화된 유도법칙의 장점은 무엇인가? 본 논문에서는 제어시간 구속조건을 고려한 다항식 기반의 일반화된 유도법칙을 설계하였고, 실용적인 잔여비행시간 추정방법을 제안하였다. 설계된 유도법칙은 제어 종료시점에 가속도 명령을 0으로 만들어 요격탄의 단 분리와 같은 이벤트 발생 시 비행 안정성 확보를 할 수 있는 장점을 지닌다. 제안된 유도법칙은 요격탄의 중기 유도 및 종말 유도에 적용이 가능하고, 다양한 시뮬레이션을 통해서 그 성능을 확인해 보았다.​​​​​​​
탄도탄 방어를 위한 대공 요격탄이 요격하는 과정은 무엇인가? 최근 개발되고 있는 유도탄의 경우 표적에 대한 요격 확률을 높이기 위하여 유도 오차에 대한 구속조건 뿐만 아니라 충돌각 및 충돌 시간에 대한 구속조건을 동시에 고려한 유도법칙들이 많이 연구되고 있다[1-4]. 특히, 탄도탄 방어를 위한 대공 요격탄의 경우 발사 후 대기권을 벗어나게 되면 비행 에너지를 효율적으로 사용하기 위하여 표적을 요격할 때까지 지속적으로 추진기관을 사용하지 않고, 다중 펄스 로켓모터를 가지는 추진기관을 사용하여 로켓모터 연소 구간에서 추력편향제어(thrust vector control)를 통해 표적 근처까지 비행한 후 Kill Vehicle을 분리시켜 표적을 최종적으로 요격하게 된다. 이를 위해서는 중기 유도 시 제어시간에 대한 구속조건을 고려한 유도법칙을 적용해야 한다.
유도탄의 요격확률을 높이기 위해 무엇이 연구되고 있는가? 최근 개발되고 있는 유도탄의 경우 표적에 대한 요격 확률을 높이기 위하여 유도 오차에 대한 구속조건 뿐만 아니라 충돌각 및 충돌 시간에 대한 구속조건을 동시에 고려한 유도법칙들이 많이 연구되고 있다[1-4]. 특히, 탄도탄 방어를 위한 대공 요격탄의 경우 발사 후 대기권을 벗어나게 되면 비행 에너지를 효율적으로 사용하기 위하여 표적을 요격할 때까지 지속적으로 추진기관을 사용하지 않고, 다중 펄스 로켓모터를 가지는 추진기관을 사용하여 로켓모터 연소 구간에서 추력편향제어(thrust vector control)를 통해 표적 근처까지 비행한 후 Kill Vehicle을 분리시켜 표적을 최종적으로 요격하게 된다.
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참고문헌 (12)

  1. Ryoo, C. K., and Cho, H., and Tahk, M. J., "Optimal Guidance Laws with Terminal Impact Angle Constraint," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 28, No. 4, 2005, pp. 724-732. 

  2. Tahk, M. J., Min, B. M., and Shim, D. H., "Study on the tgo-Polynomial Guidance Law," KSAS 07-1405, 2007, pp. 459-462. 

  3. Jeon, I. S., Lee. J. I., and Tahk, M. J., "Impact-Time-Control Guidance Law for Anti-Ship Missiles," IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol. 14, No. 12, "2006", pp. 260-266. 

  4. Lee, J. I., Jeon, I. S., and Tahk, M. J., "Guidance Law to Control Impact Time and Angle," IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 43, No. 1, 2007, pp. 301-310. 

  5. Massoumnia, M., "Optimal Midcourse Guidance Law for Fixed-Interval Propulsive Maneuvers, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 18, No. 3, 1995, pp. 465-470. 

  6. Bahrami, M., and Ebrahimi, B., "Optimal Sliding-Mode Guidance Law for Fixed-Interval Propulsive Maneuvers," IJE Transactions A: Basics, Vol. 21, No. 2, 2008, pp. 105-112. 

  7. Jalai-Naini, S. H., and Ebrahimi, B., "Modified Guidance with N-Fixed-Interval Propulsive Maneuvers," AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference and Exhibit, AIAA 2002-4951, 2002. 

  8. Ebrahimi, B., Bahrami, M., and Roshanian, "Optimal Sliding-Mode Guidance with Terminal Velocity Constraint for Fixed-Interval Propulsive Maneuvers," Acta Astronautica, Vol. 62, No. 10-11, 2008, pp. 556-562. 

  9. Morgan, R. W, "Midcourse Guidance with Terminal Handover Constraint," American Control Conference, July 2016, pp. 6006-6011. 

  10. Guo, Ya., Hawkins, M., and Wie, B., "Application of Generalized Zero-Effort-Miss/Zero-Effort-Velocity Feedback Guidance Algorithm," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 36, No. 3, 2013, pp. 810-820. 

  11. Lee, C. H., Kim, T. H., Tahk, M. J., and Whang, I. H., "Polynomial Guidance Laws Considering Terminal Impact Angle and Acceleration Constraints," IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 49, No. 1, 2013, pp. 74-92. 

  12. Zarchan, P., Tactical and Strategic Missile Guidance, 5th Edition, Vol. 219, AIAA, Reston, VA, 1997. 

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