Verification of Navigation System of Guided Munition by Flight Experiment

This paper presents results of flight experiments on a navigation algorithm including multiplicative extended Kalman filter for estimating attitude of the guided munition. The filter describes orientation of aircraft by data fusion with low-cost sensors where measurement update is done by multiplication, rather than addition, which is suitable for quaternion representation. In determining attitude from vector observations, the existing approach utilizes a 3-axis accelerometer as a 2-axis inclinometer by measuring gravity to estimate pitch and roll angles, while GNSS velocity is used to derive heading of the vehicle. However, during accelerated maneuvers such as coordinated flight, the accelerometer provides inadequate inclinometer measurements. In this paper, the measurement update process is newly defined to complement the vulnerability by using different vector observations. The acceleration measurement is considered as a result of a centrifugal force and gravity during turning maneuvers and used to estimate roll angle. The effectiveness of the proposed method is verified through flight experiments.

비행 실험을 통한 유도형 탄약 항법 시스템 검증

유도형 탄약은 비행속도 증가를 이용한 기존의 사거리 증가 방식과 다르게 정밀 유도제어를 사거리 연장 및 정밀 타격하는 기술을 기반으로 한다. 고회전으로 상승하는 탄은 탄도 정점에서 후미 날개를 전개하여 회전을 감소하고, 최종적으로 회전을 제거한 후 비행하게 된다. 주 날개 전개 전 탄체 뒤집힘 감지를 위하여 자세 추정이 요구되는데, 회전 감속 중에서는 일정한 회전을 가정한 기존의 유도무기 자세 추정 기법을 사용할 수 없다. 또한, 비행 시에는 횡축 가속도를 제어하기 때문에 중력 가속도 성분을 기반으로 하는 일반적인 무인기의 자세 추정 기법은 큰 오차를 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 저속 회전 및 비행 중 자세추정기법을 제시하고, 무인기에 탑재하여 비행 실험을 통해 검증하였다. 저속 회전 중 자세 추정 기법은 롤 각을 상태변수로 갖는 칼만 필터 형태로 구성하였다. 비행 시 자세 추정 기법은 사원수를 이용한 곱연산 확장형 칼만 필터를 기반으로 하며, 가속도 측정치가 중력 가속도뿐만 아니라 선회에 의한 구심력을 포함하도록 측정 모델을 개선하였다.