클러터가 존재하는 환경에서의 ITS 필터를 이용한 재진입 발사체의 낙하지점 추정 기법 연구

Abstract

우주 발사체는 치밀한 비행 계획에 따라 사전에 결정된 경로를 비행하도록 설계된다. 그러나 비정상으로 추력이 종료되거나 계획된 비행경로를 이탈한 경우, 또는 자유 낙하 중인 대기권 재진입 발사체에 대한 추적 과정에서 추적 센서의 측정이 불가하게 된 경우 등에는 별도의 추적 장비를 이용한 추적 또는 신속한 낙하지점 추정이 필요하다. 본 논문에서는 클러터 환경에서 무추력 탄도 비행 중인 발사체에 대한 위치 정보를 획득하고 트랙을 생성 및 유지하기 위하여 Integrated Track Splitting(ITS) 알고리듬과 Extended Kalman Filter(EKF)를 결합한 ITS-EKF 알고리듬 적용을 제안한다. 따라서 대기권 재진입 발사체에 대하여 ITS-EKF 알고리듬을 적용한 시뮬레이션을 통해 추적 성능 확인 및 지상 낙하지점을 추정한다. ITS-EKF 알고리듬 적용 결과의 적절성을 확인하기 위하여 ITS와 Particle Filter를 결합한 ITS-PF 알고리듬을 적용하여 구한 추적 성능 및 낙하지점 분포 결과와 비교하여 제시된 알고리듬이 효과적인 실시간 On-line 낙하지점 추정에 사용이 가능함을 확인한다. Space launch vehicles are designed to fly according to the elaborate pre-determined path. However, if a vehicle went out of the planned trajectory or its thrust terminated abnormally, or if a free-fall atmospheric reentry vehicle tracked by a tracking sensor became impossible to be measured, it is required to attempt to track by a another track equipment or estimate its impact point rapidly. In this paper a new algorithm is proposed, named the ITS-EKF combined with the Integrated Track Splitting (ITS) algorithm and the Extended Kalman Filter (EKF) to obtain the location information of a ballistic projectile without thrust, create its track and maintain it in an environment with clutter. For the reentry vehicle, the track performance is to be verified and the impact point is estimated by applying the simulation through ITS-EKF algorithm. To ensure the proposed algorithm's adequacy, by comparing the track performance and impact point distribution by the ITS-EKF with those of ITS-PF combined with ITS and Particle Filter (PF), it is confirmed that the ITS-EKF algorithm can be used an effective real-time On-line impact point prediction.