This thesis studies the effective guidance of engaging a target for air-to-air agile missiles. The agile missiles have ‘lock-on after launch’ ability and engage the target in the rear hemisphere relative to the launch aircraft. Therefore, it is important to ensure that agile missiles have enough velocity after agile turn phase in order to intercept the target. To enhance missiles’ performance during the agile turn phase, optimal control theory is applied to get the maximized terminal velocity. In order to analyze the characteristics of the optimal solutions, simulations are conducted on a two dimensional plane with three stages: launch and initial flight; agile turn; and terminal homing. For the launch and initial flight stage, numerical solution is obtained from the missile dynamics with thrust model. This phase is essential because the missile has to start maneuvering when it secures a certain safety distance from the launch aircraft. The agile turn stage is the main topic of this research. The agile missile rapidly changes its flight path angle in this phase. ‘Time-fixed terminal velocity maximization problem’ is solved by the Radau pseudospectral numerical method. The terminal homing phase is for intercepting the target. The proportional navigation guidance is applied for the guidance law. The validity of ‘terminal velocity maximization in agile turn phase’ problem is discussed by comparing the final velocities of different agile turn time missiles.
본 학위논문은 적기를 요격하기 위한 공대공 기민회전 유도탄의 효과적인 유도에 대해 다룬다. 기민회전 유도탄은 발사 후 락온 기능이 있어 발사한 항공기의 뒤쪽 구역에 적기가 있어도 요격 가능하다. 이 때문에 기민회전 유도탄은 기민 회전 직후 적기를 요격할 수 있는 충분한 속도를 가지고 있어야 한다. 따라서 본 논문은 유도탄의 성능을 최대화하기 위해 최적 제어 이론을 적용하여 기민 회전 구간에서의 최종 속도를 최대화하는 문제를 다룬다. 또한, 얻어진 최적해를 분석하기 위하여 기민회전 유도탄의 세가지 단계(발사 및 초기 비행, 기민 회전, 종말 호밍)를 모두 포함하는 시뮬레이션을 구현한다. 발사 및 초기 비행 단계는 유도탄이 발사 항공기와 충분한 거리를 확보한 후 기민 회전 단계에 들어갈 수 있도록 하는 단계이며, 추력 모델을 포함한 유도탄 운동방정식을 통해 해석을 진행한다. 기민 회전 단계는 본 논문의 주요 내용으로써 급격한 비행경로각 수정을 하는 단계이다. ‘시간이 정해져 있는 종말 속도 최대화’ 문제로 최적 제어 문제 정의가 가능하며, 수도스펙트럴 방법을 통해 해를 구한다. 마지막 단계인 종말 호밍 단계는 기민 회전 이후 비례항법법칙을 이용해 유도를 진행하여 적기를 요격하는 단계이다. 기민 회전 단계에서 추력을 어느 정도 사용하느냐에 따라 궤적을 구하고 종말 호밍 단계에서 요격 시 속도를 비교하여 분석한다.
