This thesis deals with the optimal mid-course guidance for beyond-visual-range air-to-air missiles(BVR AMMs). For conventional air-to-air missiles using a single rocket motor, the maximum range is quite limited, and the interception performance is severely degraded as the range is increased due to the velocity decay by high drag in the gliding phase. On the other hand, the maximum range and the interception performance of modern air-to-air missiles have been greatly improved by adopting a dual-pulse rocket(DPR) motor and a variable-flow ducted rocket(VFDR) motor for its propulsion system. In this regard, this study deals with the optimal mid-course guidance for BVRAAMs equipped with DPR motors and VFDR motors that can derive their maximal performance. The mid-course guidance problems are formulated to trajectory optimization problems, and efficient trajectory optimization algorithms based on pseudospectral sequential convex programming(PSCP) are presented for each type of missile. In addition, an improved trust-region method that combines a trust-region method and a line search method is utilized to improve the convergence property of the PSCP algorithm. Finally, numerical demonstrations are conducted to verify the performance of the proposed algorithms.
본 연구는 시계외 공대공 유도탄에 활용될 수 있는 최적 중기유도 기법을 다룬다. 기존의 공대공 유도탄은 단일 로켓 모터를 추진시스템으로 활용하여 로켓 모터의 연소가 완료된 이후 활공 구간에서 항력에 의한 속도 감소로 인해 사거리가 제한되고 요격확률이 현저하게 떨어지는 문제점이 있었다. 그러나 최근 개발되고 있는 시계외 공대공 유도탄의 경우 추진시스템으로 가변 유동형 덕티드 로켓 모터 혹은 이중 펄스 로켓 모터를 채택함으로써 중장거리 비행 시 발생할 수 있는 속도 감소를 극복하면서 요격확률을 증대시키고 사거리를 연장할 수 있게 되었다. 본 논문에서는 이러한 시계외 공대공 유도탄의 성능을 최대화하기 위해 중기유도 문제를 궤적 최적화 문제로 정식화하고, 의사스펙트럴 순차 컨벡스 계획법을 적용하여 빠른 시간 내에 최적 해를 찾을 수 있는 방법을 제안한다. 정식화된 궤적 최적화 문제에 대해 의사스펙트럴 방법을 적용해 매개변수 최적화 문제로 변형한 후, 연속적인 선형화 기법을 활용해 컨벡스 최적화 하위 문제들로 구성함으로써 문제를 해결한다. 또한, 최적 해의 수렴성을 향상시키기 위해 기존의 신뢰 영역 방법 및 직선탐색법을 결합한 향상된 신뢰 영역 방법을 이용한다. 마지막으로 제안한 기법을 기반으로 여러 시나리오에 대한 궤적 최적화를 수행하여 제안한 유도 기법의 타당성 및 효과를 검증한다.
