A differential game theory based approach is used to develop an automated maneuver generation algorithm for Within Visual Range (WVR) air-to-air combat of unmanned combat aerial vehicles (UCAVs). The algorithm follows hierarchical decision-making structure and performs scoring function matrix calculation based on differential game theory to find the optimal maneuvers against dynamic and challenging combat situation. The score, implying how much air superiority the UCAV has, is computed from the predicted relative geometry, relative distance and velocity of two aircrafts. Security strategy is applied at the decision-making step. Additionally, a barrier function is implemented to keep the airplanes above the altitude lower bound. To shorten the simulation time to make the algorithm more real-time, a moving window method is implemented. An F-16 pseudo 6-DOF model is used for realistic simulation. The combat maneuver generation algorithm is verified through three dimensional simulations.
본 연구는 미분 게임 이론을 활용한 무인전투기의 Within Visual Range(WVR) 교전 기동 생성 알고리즘을 다룬다. 이 알고리즘은 계층적 의사 결정 구조를 따르며 미분 게임 이론과 value-driven 의사 결정 구조를 접목한 스코어 함수 행렬을 활용하여 급변하는 전투 환경에 맞추어 무인전투기의 기동을 생성한다. 본 교전 알고리즘은 교전 기하에서의 측면각과 편차각의 관계를 이용하여 현재 전투 상황이 공격, 혹은 방어 상황인지를 판단하여 상황에 따라 다른 스코어 함수를 생성한다. 스코어는 교전 기하 및 두 전투기 사이의 상대 거리와 두 전투기의 속력에서 유도되며, 스코어의 크기는 공중 우세를 암시한다. 교전의 현실성을 높이기 위해 지면으로의 추락을 방지하는 고도 장벽 함수가 페널티로 작용하고, 불가능한 기동을 배제하도록 하는 Moving Window 기법이 적용되었다. 최종적으로 계산된 스코어에, 적기의 기동에 상관 없이 항상 최악의 경우를 피하도록 작동하는 Security Strategy를 적용하여 전투기의 기동을 생성한다.
공중 교전의 시뮬레이션을 위해 무인 F-16의 Pseudo 6DOF 모델이 개발, 사용되었다. 교전 시뮬레이션은 총 다섯 가지 케이스에 대하여 수행하였으며 알고리즘의 우수성을 검증하기 위하여 비교적 단순한 reference 알고리즘을 따로 개발하여 비교하는 교전 시뮬레이션도 수행하였다.
