초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구는 현대전의 핵심으로 부상한 무인항공기의 공중전능력의 구현을 위하여 무인전투기를 대상으로 근접전 상황에서 자율적인 공격/회피 기동이 가능한 전술 기동 유도 기법을 개발하는 것을 목적으로 한다. 또한 3차원 전술기동을 구현하기 위한 비행제어기를 개발함에 있어서 설계된 궤적의 정밀 추종 및 조종면 손상/고장 등과 같은 모델 변화에 강건한 제어 기법을 설계한다. 최종적으로 개발된 유도제어 기법은 고정밀도, 비선형 시뮬레이터 및 실제 소형 무인기를 사용한 모의 교전실험을 통해 검증하고자 하였다.
연구

연구의 목적 및 내용
본 연구는 현대전의 핵심으로 부상한 무인항공기의 공중전능력의 구현을 위하여 무인전투기를 대상으로 근접전 상황에서 자율적인 공격/회피 기동이 가능한 전술 기동 유도 기법을 개발하는 것을 목적으로 한다. 또한 3차원 전술기동을 구현하기 위한 비행제어기를 개발함에 있어서 설계된 궤적의 정밀 추종 및 조종면 손상/고장 등과 같은 모델 변화에 강건한 제어 기법을 설계한다. 최종적으로 개발된 유도제어 기법은 고정밀도, 비선형 시뮬레이터 및 실제 소형 무인기를 사용한 모의 교전실험을 통해 검증하고자 하였다.
연구결과
본 연구에서 개발된 자율 공중 교전을 위한 유도 법칙은 기존 연구와의 차별화를 목표로 유인전투기 조종사의 전술 기동기법 분석하여 기존의 공중 전술을 모사할 수 있도록 함으로써 기존 연구의 문제점을 해결하고 현실적인 적용이 가능한 실용적인 연구 개발 결과를 아래와 같이 도출하였다.
∙ 전술 기동 기법 분석
: 유인전투기의 공중 교전 전술 기동 관련 문헌 조사 및 기동 데이터 베이스 구성
∙ MATLAB/Simulink 연동 Xplane 기반 6자유도 비선형 시뮬레이션 환경 구축
: 유/무인 VS 무인 전투기의 공중 교전 시뮬레이션이 가능한 환경 구축
∙ 고기동 가능한 무인 전투기의 공력, 동역학 모델링 및 해석
: 비행체 공력 DB 구성 및 동특성 해석, 비선형 모델 구성
∙ 공중 전술 기동 기법 개발
: 가상 추적점 기반 자율 교전 유도 법칙 개발
∙ 적응 제어기법 및 비행영역보호 기법 연구
: 고기동 무인 전투기의 비행한계 영역 설정 및 비행 영역 보호 제어시스템 설계
: L1 적응제어 기반의 강건한 적응 제어 법칙 설계
∙ 소형 무인 전투기를 이용한 상사 실험 수행
: 보유중인 소형 무인 전투기를 이용한 공중 전술 기동 유도 알고리즘 및 강건 적응 제어기 성능 검증 비행시험 수행
연구결과의 활용계획
무인 전투기의 자율전술기동 능력 및 고기동 제어 기술을 확보할 경우, 무인 전투기의 운용성을 비약적으로 향상시켜 향후 우리나라가 개발할 무인전투기의 기술경쟁력을 제고시킬 수 있으며 외형손상에 강건한 적응형 제어기는 무인 정찰기 및 유인 전투기, 민수용 항공기 등에 적용이 가능하여 항공기 운항 안전성을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구는 우리나라가 현재 탐색개발 중인 무인 전투기 사업뿐만 아니라 차세대 전투기 사업에 직접적인 활용이 가능하며 본 연구 결과를 바탕으로 노후된 유인 전투기를 무인화 할 경우, 조종사 양성 및 수급 문제에 효과적으로 대응이 가능하고 관련 운용 비용의 절감과 우리나라 국방력 증진 향상에 큰 기여가 가능할 것이다.

Abstract ▼

Purpose&contents
In this research, we aim to develop guidance algorithms that enable highly maneuverable unmanned combat aerial vehicles(UCAVs) to engage a close-range aerial combat. The proposed three-dimensional guidance algorithm is complemented by a precision trajectory tracking, which is rob

Purpose&contents
In this research, we aim to develop guidance algorithms that enable highly maneuverable unmanned combat aerial vehicles(UCAVs) to engage a close-range aerial combat. The proposed three-dimensional guidance algorithm is complemented by a precision trajectory tracking, which is robust to damages or malfunctions of control surfaces or airframes. The proposed guidance and control algorithms will be validated in a series of high-fidelity nonlinear simulation using MATLAB and X-Plane and then real flight experiments with small-size UCAV test platform.
Result
∙ Analysis of Tactical Combat Maneuvers
- Literature study on tactical maneuvers of fighters in close-range aerial combat and development of basic combat maneuver database
∙ Construction of 6 degree-of-freedom nonlinear simulation environment using MATLAB/Simulink and X-Plane flight simulation software
- Simulation environment for virtual dogfight between manned/unmanned Fighter vs UCAV
∙ Aerodynamic Analysis and Modeling of Extremely Maneuverable UCAV
- Development of aerodynamics database, Nonlinear model and analysis of UCAV flight dynamics for enhanced maneuverability
∙ Development of Trajectory Planning Algorithm for Close-range Aerial Combat
- Research on real-time optimal trajectory planning algorithms such as model predictive control algorithms combined with discrete decision making
∙ Flight Envelop Protection and Adaptive Controller
- Development of flight envelop protection controller for UCAV
- Robust and adaptive controller design using L1 adaptive control
∙ Flight Experiment using UCAV testbed
-　Flight tests for validation of proposed guidance and control laws using small-size UCAV testbed
Expected Contribution
Successful development of guidance and control algorithms for autonomous aerial combat for UCAVs proposed herein will greatly help to enhance the effectiveness of UCAVs in general as well as the UCAV program currently undergoing in Korea. The proposed control algorithm robust to damages or parameter changes can be applied to exisitng unmanned reconnaissance vehicles, manned fighters and commercial airliners for greatly improved safety level. Our research result will be also applicable not only to the UCAV program in Korea, but also to the next-generation fighter programs.Finally, our proposed work will be applicable to turn retired manned fighters into unmanned combat vehicles and therefore lower the high cost to train and maintain experienced combat pilots.