표적 충돌각 및 구동기 동역학을 고려한 BTT 미사일의 유도 조종 시스템 설계

Abstract

본 논문에서는 BTT(bank-to-turn) 미사일의 표적에 대한 타격 성능 및 타격 정밀도 제고를 위해, 탐색기에서 획득한 표적의 3차원 정보를 활용하여 구동기 동역학을 고려한 자동조종제어기 및 등속 운동하는 표적의 표적 충돌각을 고려한 최적 유도 법칙의 개발에 대한 연구를 수행한다. 첫째로, 상대적으로 느린 구동기 동역학이 존재할 경우에도 이를 잘 보상해줄 수 있는 자동조종 제어기를 개발한다. 기존의 유사 특이 섭동 기법을 이용해 개발된 자동조종 제어기는 미사일 시스템의 입출력 동특성이 비행 조건에 관계없이 선형 시스템의 형태로 근사된다는 장점을 가지고 있지만, 구동기 동역학이 상대적으로 느릴 경우 그 안정성을 보장할 수 없다는 문제점을 가지고 있다. 제안된 자동조종 제어기는 이를 보완하여 구동기 동역학의 영향을 보상하면서도 원하는 입출력 동특성을 나타내줄 수 있도록 한다. 또한 BTT 미사일의 비최소위상 특성과 비선형 공역학 모델을 모두 고려하여 설계된 결과로써, 제어 편각, 받음각 등 상태 변수의 미분값을 필요로 하지 않아 잡음에도 강인한 특성을 가지고 있다. 둘째로, BTT 미사일의 표적 충돌각을 고려한 최적 유도 법칙을 제시한다. 기존의 표적 충돌각을 고려한 유도 기법들은 미사일과 표적 사이의 2차원 평면상의 추적 기하학만을 고려하였기 때문에, 롤링을 통해 방향전환을 하는 BTT 미사일에는 적합하지 않다. 또한 자동조종장치 동역학을 무시하거나 1차로 근사하였지만, 이는 일반적인 경우 가능하지 않다. 본 논문에서는 3차원 추적 기하학과 자동조종장치 동역학을 모두 고려하여 등속 운동하는 표적을 원하는 표적 충돌각으로 요격할 수 있도록 하는 최적 종말 유도 법칙을 개발한다. 제안된 유도 법칙은 잔여 비행 시간(time-to-go)의 시변 상태 궤환 형태(state-feedback with time-varying gain)로 나타나기 때문에 수학적으로 복잡성을 가지지만 지시표 형태로 미리 구성하여 실시간 구현이 가능하다. 또한, ILAAT 미사일의 공역학 자료를 반영하여 실제 상황에 가까운 여러 모의 실험을 통해 제안된 자동조종 제어기와 최적 유도 법칙의 성능을 검증하였다.