Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Evaluation of Missile Guidance and Autopilot through a 6 DOF Simulation Model
KTH, School of Engineering Sciences (SCI), Mathematics (Dept.), Optimization and Systems Theory.
2016 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Utvärdering av missilstyrlagar och -automat med en 6 DOF simuleringsmodell (Swedish)
Abstract [en]

Missile guidance and autopilot have been active fields of research since the second world war. There are lots of literature on the subjects, but the bulk of which are confined to overly simplified models, and therefore the publications of the methods applied to more realistic models are scarce.

In this report a nonlinear 6 DOF simulation model of a tail-controlled air-to-air missile is considered. Through several assumptions and simplifications a linearized approximation of the plant is obtained, which then is used in the implementation of 5 guidance laws and 2 autopilots. The guidance laws are all based on a linearized collision geometry, and the autopilots are based on model predictive control (MPC). Both autopilots use linear quadratic MPC (LQMPC), and one is more robust to modelling errors than the conventional LQMPC. The guidance laws and autopilots are then evaluated with respect to performance in terms of miss distance in 4 interception scenarios with a moving target.

The results show that the in this model the autopilots perform equally well, and that the guidance laws with more information about the target generally exhibit smaller miss distances, but at the cost of a considerably larger flight time for some scenarios.

The conclusions are that the simplifying assumptions in the modelling are legitimate and that the challenges of missile control probably does not lie in the guidance or autopilot, but rather in the target tracking. Therefore it is suggested that future work include measurement noise and process disturbances in the model.

Abstract [sv]

Det har forskats kring styrlagarna och styrautomaterna för robotar sedan an-dra världskrigets. Det finns mycket litteratur på områdena, men merparten av de publicerade resultaten behandlar enbart grovt förenklade modeller, och därför är tillgången på publikationer där metoderna applicerats i en mer realistisk modell begränsat.

I denna rapport behandlas en olinjär simuleringsmodell av en jaktrobot som styrs med stjärtfenor och har sex frihetsgrader. Genom en rad antaganden och förenklingar erhålls en linjäriserad modell av missilen, vilket sedan används för implementering av fem styrlagar och två styrautomater. Styr-lagarna är alla baserade på en linjäriserad kollisionsgeometri och styrautomaterna är baserade på modellprediktiv styrning (MPC). Båda styrautomaterna använder linjärkvadratisk MPC, där den ena påstås vara mer robust gentemot modellfel. Styrlagarna och -automaterna utvärderas ur ett prestandaperspektiv med fokus på bomavstånd i fyra realistiska genskjutningsscenarier med ett rörligt mål.

Resultaten visar att båda styrautomaterna presterar lika bra, och att de styrlagar med mer information om målets position/hastighet/acceleration generellt presterar bättre, men att de för vissa skjutfall får en väsentligt längre flygtid.

Slutsatserna är att förenklingarna och antagandena i linjäriseringen är välgrundade, och att utmaningarna i missilstyrning inte ligger i utformning av styrlag/-automat, utan förmodligen i målsökningen. Därför föreslås det slutligen att framtida arbete bl. a. inkluderar mätbrus och störningar.

Place, publisher, year, edition, pages
2016.
Series
TRITA-MAT-E, 2016:38
Keyword [en]
Missile Guidance, Proportional Navigation, Optimal Guidance, Differential Game Guidance, Model Predictive Control.
Keyword [sv]
Missilstyrning, syftbäringsstyrning, optimal missilstyrning, spelteoretisk missilstyrning, modellprediktiv reglering
National Category
Mathematics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-188897OAI: oai:DiVA.org:kth-188897DiVA: diva2:940431
External cooperation
Swedish Defence University
Subject / course
Systems Engineering
Educational program
Master of Science - Aerospace Engineering
Supervisors
Examiners
Available from: 2016-06-21 Created: 2016-06-21 Last updated: 2016-06-21Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1145 kB)502 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1145 kBChecksum SHA-512
a6268dc6af78545d51c9adad4733bcdbddd6b30e11ae394af5cd51a9f911781d57ddc039d59341f4f9632bd9ba03fd744d845029f7e17c6c347409f1e030e658
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Optimization and Systems Theory
Mathematics

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 502 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 911 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf