Taktik füzelerde orantısal güdümün bulanık mantık yöntemiyle optimizasyonu
Optimization of proportional guidance in tactical missiles with fuzzy logic method
Yazar: OĞUZ ARSLAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SEMİH ÖZDEN
Milli Savunma Üniversitesi / Alparslan Savunma Bilimleri Enstitüsü / Askeri Elektronik Sistemler Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Askeri Elektronik Sistemler Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Bulanık mantık = Fuzzy logic ; Füzeler = Missiles ; Güdüm = Guidance ; Optimizasyon teknikleri = Optimization techniques

Özet:
Günümüzde sürekli olarak gelişim gösteren teknoloji ile beraber farklı alanlarda hali hazırda kullanılan kurguların, kontrol ve karar verici sistemlerin yeniden ele alınması kaçınılmaz bir durum haline gelmiştir. Savunma sanayisi de bu alanların başında gelmektedir. Geçmiş yılların sunduğu teknoloji imkânları dâhilinde kurgulanan füze kontrol yöntemleri, güdüm kuralları, savunma teçhizatları, radar sistemleri ve gürültü filtreleme metotları gibi süreçler her geçen gün yeni bir bileşen ile karşımıza çıkmaktadır. Tez çalışmasında, bu bileşenlerden biri olan ve sahada sıkça kullanılan taktik füze güdüm kurallarından orantısal seyir güdümü, hibrit bir tasarım ile ele alınmıştır. 

Füzeler, tasarımları gereği hedef araçlara göre daha kısıtlı bir yapıya sahiptirler. Yakıt tankı ebatının sınırlı olması, türüne göre otonom olmaları ve beklenmedik senaryolarda oluşabilecek sistem hataları bu kısıtların başında gelmektedir. Füzelerin sahip oldukları kısıtlar, kontrol sistemlerini de etkilemektedir. Hareket kabiliyetinin ve yakıtın sınırlı olması, füzenin hedefe olan temasına engel olmakla beraber eksik mesafe oluşumuna sebebiyet vermektedir. Benzer şekilde füze seyir süresince yapılan manevraların kontrol sistemi üzerinde oluşturduğu yük, güdüm doğruluğunu direkt olarak etkilemektedir. Gerçekleştirilen çalışmadaki ana hedef, çeşitli nedenlerden dolayı ortaya çıkan eksik mesafenin giderilmesi; hareket komutlarının ve yanal ivmelerin, optimizasyon metotlarıyla istenilen seviyelere taşımaktır. Bu amaçlara yönelik olarak klasik güdüm kuralları içerisinden Orantısal Güdüm (OG) ile Bulanık Mantık (BM) beraber modellenerek hibrit bir tasarım oluşturulmuştur. Öncelikle literatürde yer alan füze – hedef modellemeleri incelenerek orantısal güdüm kuralı çerçevesinde füze-hedef modeli çıkartılmış ve oransal güdüm kontrol tabanlı sistemin benzetimi gerçekleştirilmiştir.  İkinci aşamada ise benzetim yeniden kurgulanarak içerisine OG parametrelerinin, BM ile kontrol edilmesi için gereken eklemeler yapılmıştır. Hedefin altı farklı yörünge üzerinde hareket etmesi durumunda OG ve geliştirilen hibrit tasarım karşılaştırılarak sonuçlar sunulmuştur. Elde edilen sonuçlara göre BM tabanlı OG' nin klasik OG' ye göre daha az ortalama ivme yarattığı, hedefe daha yüksek doğrulukla ulaştığı tespit edilmiştir. 

Anahtar Kelimeler: Güdüm Algoritmaları, Modern optimizasyon yöntemleri, Bulanık Mantık, Orantısal Güdüm, Taktik füzeler

Abstract:
Today, with the constantly developing technology, it has become inevitable to reconsider the process, control and decision-making systems that are already used in different fields. The defense industry is one of these areas. Processes such as missile control methods, guidance rules, defense equipment, radar systems and noise filtering methods, which are built within the technological possibilities of the past years, come up with a new component every day. In this thesis, the proportional navigation guidance, which is one of these components and one of the tactical missile guidance rules frequently used in the field, is handled with a hybrid design.

 Missiles have a more restricted structure compared to target vehicles due to their design. The limited size of the fuel tank, the fact that they are autonomous according to the type, and system errors that may occur in unexpected scenarios are among these constraints. The limitations of the missiles also affect the control systems. Limited mobility and fuel tank size not only affects the missile's contact with the target, but also causes a miss distance formation. Similarly, the load on the control system caused by the maneuvers made during the missile cruise directly affects the guidance accuracy. The main goal of the work carried out is to eliminate the missing distance caused by various reasons; is to set the motion commands and lateral accelerations to the desired levels with optimization methods. For these purposes, a hybrid design was created by modeling Proportional Navigation Guidance (PNG) and Fuzzy Logic (FL) among the classical guidance rules. First of all, missile-target models in the literature were examined and missile-target model was developed within the framework of proportional guidance rule and a proportional navigation control based system was simulated. In the second stage, the simulation was rebuilded and the necessary additions were made to control the PN parameters with FL. In case the target moves on six different trajectories, PN and the developed hybrid design are compared and the results are presented. According to the results obtained, it has been determined that FL based PN creates less average acceleration than classical PNG and reaches the target with higher accuracy.

Key Words: Guidance algorithms, Modern optimization methods, Fuzzy logic, Proportional navigation guidance, Tactical missiles