Genişletilmiş Durum Gözlemcisi Kazanç Optimizasyonu ile Kayan Kipli Kontrol Tabanlı Entegre Füze Güdüm ve Kontrolü

Abstract

Bu çalışma, birden fazla angajman senaryosu kapsamında, Entegre Güdüm ve Kontrol (EGK) sistemine sahip bir füzenin bozucu etki tahmin performansının optimize edilmesinin görev etkinliği üzerindeki etkisini değerlendirmeyi amaçlamaktadır. EGK sistemi, Kayan Kipli Kontrol (KKK) tabanlıdır ve bozucu etkiler mertebesi indirgenmiş Genişletilmiş Durum Gözleyicisi (GDG) ile tahmin edilmektedir. Füze ve hedef dinamikleri, EGK usulü ve GDG MATLAB Simulink'te modellenmiştir. GDG kazançlarını ayarlamak ve simüle edilen tüm senaryolarda füzenin öldürme olasılığını maksimize etmek için Örüntü Arama algoritmasıyla bir optimizasyon çerçevesi geliştirilmiştir. Optimize kazançlar, performans iyileşmesini değerlendirmek için literatürdeki referans gözlemci kazançlarıyla karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, optimize kazançlara sahip EGK sisteminin çoğu senaryoda referans konfigürasyonu açıkça geride bıraktığını ve tüm senaryolarda ortalama öldürme olasılığını %40'tan %70'e yükselttiğini göstermektedir. Bu, bozucu etki tahmininin iyileştirilmesinin füze etkinliğini önemli ölçüde artırarak hedef takibi ve angajman kısıtlarının daha güvenilir ve hızlı sağlanmasını mümkün kıldığını göstermektedir.

This study aims to evaluate the impact of optimizing the disturbance estimation performance on the mission effectiveness of a missile equipped with an Integrated Guidance and Control (IGC) system across multiple engagement scenarios. The IGC system, based on Sliding Mode Controller (SMC), estimates the disturbances using a reduced-order Extended State Observer (ESO). The missile and target dynamics, IGC law, and ESO are modeled in MATLAB Simulink. An optimization framework using the Pattern Search algorithm was developed to tune the ESO gains and maximize the missile's probability of kill across all simulated scenarios. The optimized gains are compared to the reference observer gains from the literature to assess performance improvements. Results show that the IGC system with optimized observer gains clearly outperforms the reference configuration in most scenarios, increasing the average probability of kill from 40% to 70% across all scenarios. This indicates that enhancing disturbance estimation significantly boosts missile effectiveness, enabling accurate target tracking, reliable and faster satisfaction of engagement constraints.