This research provides a fast and accurate algorithm to predict the instantaneous impact point of a launch This algorithm improves previous analytic Keplerian algorithm by using response surface method. A response surface models the effects of the atmospheric drag and the gravity perturbation. The coefficients of the response surface models are decided by using numerical experiments. Three response surface models of the error the flight time, the error of the down range angle, and the error of the cross range angle are generated at each time points. This modeled response surfaces provide the correction terms which can reduce the error between numerical integration and analytic Keplerian IIP prediction algorithm and during the actual flight this correction term will be added to a result of analytic Keplerian IIP. Result of flight operation case study shows that the proposed algorithm improves the accuracy of prediction considerably.
발사체의 순간낙하점이란 비행 중인 발사체가 추력을 중단하였다고 가정하였을 때, 지표면에 발사체가 떨어지는 지점으로 정의된다. 이러한 발사체의 순간낙하점은 안전을 위해 전체 비행과정동안 신속하고 정확하게 예측되어야 한다. 하지만, 기존의 순간낙하점을 예측하는 연구의 경우 신속성과 정확성을 모두 만족시키는 데에는 아쉬움이 존재하였다. 본 논문의 목적은 발사체의 순간낙하점을 예측하는데 있어서 반응표면분석법을 이용하고 비행전과 비행중의 두 단계로 나누어 알고리즘을 설계하여, 신속성과 정확성을 모두 만족시키는 알고리즘을 제안하고자 하였다.
본 논문에서는 비-반복적 케플러 알고리즘을 기반으로 하고 이 알고리즘에선 고려하지 않은 항력과 중력섭동을 고려하여 더 높은 정확성을 갖는 순간낙하점 예측 알고리즘을 제안하고자 하였다. 비행 전에 발사체의 비행궤적이 주어지면, 항력과 중력섭동을 고려한 수치 적분 시뮬레이션과 비-반복적 케플러 알고리즘을 통한 결과 사이의 오차를 반응표면분석법을 이용해 모델링 하였다. 이 때, 반응표면은 비행시간, 진행방향 비행각, 수직방향 비행각의 차이를 모델링 하였다. 이렇게 반응표면을 모델링한 뒤 비행에 들어가면 현재의 상태 벡터와 미리 모델링 된 반응표면을 이용하여 오차 보정 항을 계산하게 되고 이러한 오차 보정 항을 비-반복적 케플러 알고리즘을 통해 나온 결과에 더해줌으로써 최종적으로 더 작은 오차를 보이도록 하였다.
제시된 알고리즘의 정확성을 살펴보기 위해 2개의 발사체 시뮬레이션 케이스에 적용하여 그 결과를 살펴보았다. 그 결과 2가지 상황 모두에서 순간낙하점 예측 오차가 크게 감소하는 것을 확인 할 수 있었다. 또한, 신속성을 측정하기 위해 유효 연산 횟수를 측정한 결과, 기존의 연구보다는 다소 증가하는 것을 확인할 수 있었지만 이에 비해 오차의 감소가 훨씬 크기 때문에 실제 발사과정에서의 사용 가능성을 확인할 수 있었다.
