This thesis describes guidance law design and guidance loop analysis for the air-to-surface missile using a passive strapdown imaging seeker. Recent advance in missile technology, there have been dramatic considerations on strapdown imaging seekers for measurement sensors due to their benefits such as cost saving associated with reducing the mechanical complexity. However, several fundamental problems have arisen: since the LOS rate is directly measured in the body axis not in the inertial reference frame, any significant noise or phase lag can make systems unstable during the transformation of the LOS rate from the body to the inertial reference frame; a strapdown imaging seeker provides bearing (LOS angle) only measurements, so that it can be suffered from the lack of the target observability. In addition, there is a limitation on permissible LOS rate to prevent acquiring a blurred image from target detection processing, that is a large pitch rate motion is restricted.
Therefore, this paper deals with the stability and the observability analysis of a homing guidance loop with strapdown imaging seekers. In addition, a new guidance law in a way of increasing the observability and guaranteeing a small LOS rate simultaneously is proposed. A guidance filter based on the MGPMF (Modified gain Pseudo-Measurement Filter) is also designed to estimate necessary state variables. Finally, the homing guidance loop employing the proposed guidance law is mathematically analyzed in the first place, and then it is evaluated by number of simulations.
본 논문은 스트랩다운 탐색기를 장착한 유도 무기의 유도 법칙 설계 및 유도 루프 해석을 다룬다. 스트랩다운 탐색기는 구조가 간단하며, 일회성인 유도 무기의 단가를 줄일 수 있는 장점을 가지고 있지만, Parasitic effect에 의한 안정성 문제와 가관측성 문제가 존재한다. 따라서 본 연구에서는 스트랩다운 탐색기를 장착한 유도 루프를 안정성과 가관측성 측면에서 해석하였다. 비례항법, 추적 유도, 충돌각 제어 법칙, T-go 다항식 유도 법칙의 가관측성을 비교 분석하고, 비례 항법을 적용했을 때의 스트랩다운 탐색기의 Scale factor error에 대한 안정성을 해석하였다. 이러한 해석 결과를 바탕으로, 작은 크기의 시선각속도를 유지하면서, 가관측성을 향상 시키는 유도 법칙을 제안하였다.
본 연구에서 제안한 유도 법칙은 초기 기준 벡터를 중심으로 시선각이 진동하는 유도 명령을 생성하여, 가관측성을 향상 시키며, 초기 기준 벡터를 충돌각 방향으로 설정하면, 충돌각을 맞추며 호밍하게 된다. 또한 다른 유도 법칙에 비해 초기 가속도 기동이 작은 장점이 있다. 본 유도 법칙을 적용한 유도 루프의 안정성과 가관측성을 분석하였고, 이를 수치적 시뮬레이션으로 검증하였다. 본 연구에서 제안 한 유도 법칙이 안정성 면에서는 크게 개선 효과를 주지 못하지만, 가관측성 측면에서 다른 유도 법칙에 비해 탁월한 표적 추적 성능을 보임을 검증하였다.
