Many advanced guidance laws with several terminal constraints as well as zero terminal miss-distance have been developed for some objectives, such as guidance performance improvement, high kill probability, and warhead effectiveness maximization, and survivability enhancement. Among the terminal constraints for these objectives, the impact time and impact angle are important constraints for homing missiles. The impact time control is required for anti-ship missiles against battleships because battleship’s defensive weapons with powerful fire capability dramatically reduce the survivability of anti-ship missiles. Therefore, in order to enhance the survivability of the missiles, the guidance laws with terminal impact time constraint, which can be used for the salvo attack or cooperative attack missions, have been devised. The guidance laws that can control both the terminal impact angle and impact time have also been developed. For anti-tank missiles or air-to-surface missiles, the terminal impact angle constraint is needed for the purpose of maximizing the warhead effect, insuring a high kill probability, and hitting armor weak spots on the target. Most of guidance laws with terminal angle constraint require accurate knowledge of the time-to-go, but the time-to-go is not directly measured from any devices. Especially, in the case of passive homing missiles, the time-to-go should be estimated from line-of-sight angle-only measurements provided by passive seekers. However, if target observability is not guaranteed, it is hard to make a precise estimate of the time-to-go.
From the above reasons, this thesis introduces three different kinds of homing guidance laws with terminal constraints: impact time control law, impact time and angle control law, and impact angle control law for target observability enhancement. To derive the guidance laws, we use a simple approach, in which the guidance command is assumed to be represented as a polynomial function of the time-to-go with several coefficients and then the coefficients of the assumed function are determined to satisfy the terminal constraints given in homing guidance problems. From these procedures, we can finally obtain a feedback form of the guidance command, which can achieve the given terminal constraints. The performance and characteristics of each guidance law are evaluated by linear and nonlinear simulations.
최근 많은 연구를 통해 제안되고 있는 유도법칙들은 호밍 유도탄의 유도성능을 증가시키고, 요격률을 높이며, 탄두효과의 극대화 및 생존성 향상 등을 위해 거리오차뿐만 아니라, 여러 다른 종말구속조건들을 만족하도록 설계되어지고 있다. 종말구속조건들 중, 충돌시간 및 충돌각 구속조건은 위와 같은 목적을 달성하기 위해 고려되어야 하는 중요한 구속조건 중 하나이다. 현대의 전투 함정은 강력한 대공 방어 시스템을 가지고 있기 때문에, 대함 유도탄이 이를 뚫고 생존하여 임무를 달성할 수 있도록 다수 유도탄이 동일 표적을 동시에 공격하는 Salvo Attack 전략이 대두되고 있으며 이를 위해서는 충돌시간을 제어할 수 있는 유도법칙이 필요하다. 또한 Salvo Attack의 효과를 극대화하기 위해 충돌각도 동시에 제어할 수 있는 유도법칙이 요구되지만 이에 대한 연구는 아직 미미한 상태이다.
대전차 유도탄이나 공대지 유도탄의 경우, 표적의 취약 부위를 요격하기 위해 충돌각 제어를 요구하지만, 정밀한 충돌각 제어를 위해서는 정확한 잔여시간의 정보가 필요하다. 하지만, 잔여시간 정보는 직접적으로 측정되지 않으며, 특히 수동형 탐색기를 탑재한 유도탄의 경우 시선각 정보만을 이용하여 잔여시간을 추정해야 한다. 시선각 정보만을 이용하여 표적 정보를 추정하고 이를 바탕으로 잔여시간을 추정할 때, 표적 가관측성이 보장되지 않는다면 정확한 추정이 어려울 뿐만 아니라 추정오차가 커지는 문제점이 야기된다. 그러므로 수동형 호밍 유도탄의 충돌각 제어를 위해서는 잔여시간의 추정오차를 줄이기 위해 표적 가관측성을 향상시키면서 동시에 원하는 방향으로 표적에 도달할 수 있는 이중제어 유도법칙이 필요하다.
본 논문에서는 위와 같이 기술한 요구조건을 달성할 수 있는 충돌시간 제어 유도법칙, 충돌각 및 충돌시간 제어 유도법칙, 그리고 표적 가관측성을 향상시키면서 동시에 충돌각을 제어하는 이중제어 유도법칙을 제안하도록 한다. 이러한 유도법칙을 설계하기 위해, 본 논문에서는 기존 참고문헌에서 제시되었던 간단한 접근법을 이용하였다. 이 접근법은 시간에 대한 유도명령의 형태를 잔여시간의 다항식 함수로 가정하고, 가정된 다항식의 계수들을 종말구속조건을 만족하도록 결정함으로써 최종적으로는 상태변수 피드백 형태의 유도법칙을 유도하는 과정으로, 간단하면서도 다양한 유도법칙의 형태를 유도할 수 있는 장점이 있다. 이와 같은 접근법으로 유도된 충돌시간 제어, 충돌각/충돌시간 제어, 이중제어 유도법칙들은 실제 구현이 가능한 간단한 형태를 띄며, 선형 및 비선형 시뮬레이션을 통해 유도법칙들의 성능과 특징 등에 대해서 분석하였다.
