This dissertation proposes a new guidance law using trajectory errors shaping for a course-correction-projectile (CCP) with very limited maneuverability. Compared to existing approaches, the proposed guidance law is derived directly from collision geometry, which is the fundamental concept of guidance process, so that it allows collisions with minimal guidance command and zero final guidance command. In the proposed method, the collision geometry considering the motions of CCP, called collision-ballistic-trajectory, and the corresponding heading error are first determined using the ballistic trajectory prediction technique, which is based on the partial closed-form solutions of the ballistic trajectory equations in conjunction with the sensitivity technique. The proposed guidance law that nullifies this heading error over a finite time is then derived by using a specific form of error dynamic equation. In this dissertation, the characteristics of the proposed guidance law are also investigated. Finally, numerical simulations demonstrate the characteristics and effectiveness of the proposed guidance law compared to the existing methods.
탄도수정신관을 장착한 탄도수정탄의 운용 목표를 달성하기 위한 유도기법으로 기준 궤적 추종 방식, PNG (Proportional Navigation Guidance) 기반의 기법, 탄착점 예측을 기반으로 한 유도기법 등이 연구되고 있다. 이러한 이전의 연구들은 탄도수정탄의 특성이 정확히 반영된 충돌 기하로부터 도출되지 않아 불필요하게 과도한 유도 명령을 생성하거나 탄착 직전까지 기동 가속도를 필요로 한다는 문제점이 있다. 따라서 기동성이 극히 제한적인 탄도수정탄에 적용하기에는 한계가 있다.
본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 탄도수정탄에 적용하기 위한 궤적 오차 성형을 이용한 유도기법을 제안한다. 충돌 기하 (collision geometry)로부터 유도기법을 산출하는 일반적인 설계 방법론을 기반으로, 최소한의 유도 명령을 생성하고, 탄착 전 가속도 명령이 0으로 수렴하도록 하여 기동력이 극히 제한적인 탄도수정탄에 적합한 유도기법을 제안한다. 본 방법은 충돌 탄도 궤적 (collision-ballistic-trajectory)이라 불리는 탄도수정탄의 운동 특성이 반영된 충돌 기하로부터 실제 헤딩각 오차 (heading error)를 정의하고, 이 헤딩각 오차를 0으로 만드는 가속도 명령을 산출한다. 이를 위해 탄도 궤적 방정식의 부분 닫힌해 (partial closed-form solution)와 민감도 기법 (sensitivity technique)을 이용한 충돌 탄도 궤적 산출 방법을 제안하고, 특정한 형태의 오차 방정식을 활용하여 헤딩각 오차가 주어진 탄착 시간 (time-to-impact) 내에 수렴하도록 하는 유도 명령을 제안한다. 또한 본 논문에서는 충돌 기하의 분석을 통해 기존의 유도기법들이 가지고 있는 문제점을 살펴보며, 최종적으로 수치 시뮬레이션을 통해 다른 유도기법들과 제안한 유도기법의 특성을 비교해 본다.
