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UKF参数估计在航天器气动辅助变轨问题中的应用

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宇航学报 2019年第9期40卷 1044-1050页

作者：本立言谢祥华张锐上海微小卫星工程中心

为快速精确地求解气动辅助变轨问题,提出一种基于无损卡尔曼滤波(UKF)参数估计的数值求解方法。首先,针对气动辅助变轨问题,利用极大值原理将其转化为对应的两点边值问题;然后,以协态变量的初值作为估计参数,以末端条件为期望观测值,将... 详细信息

为快速精确地求解气动辅助变轨问题,提出一种基于无损卡尔曼滤波(UKF)参数估计的数值求解方法。首先,针对气动辅助变轨问题,利用极大值原理将其转化为对应的两点边值问题;然后,以协态变量的初值作为估计参数,以末端条件为期望观测值,将该两点边值问题转化为参数估计问题,并应用UKF滤波算法求解。该算法基于估计理论,避免了计算传统数值方法所需要的梯度矩阵,同时克服了猜测协态变量初值的困难,降低了求解气动辅助变轨问题的难度。数值仿真表明,该算法结构简单,求解效率高,具有良好的鲁棒性。

关键词：航天器气动辅助变轨两点边值问题无损卡尔曼滤波参数估计

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一种地月转移轨道中途修正的制导算法

中国空间科学技术 2020年第2期40卷 29-34页

作者：本立言张锐谢祥华上海微小卫星工程中心上海201203

针对地月转移轨道中途修正问题,提出了一种求解修正速度增量的制导算法。该算法由初值设计和精确解求解两部分组成。首先,利用伪状态理论,通过简单迭代设计中途修正的初值,并通过Vinti预报方法修正了地球扁率的影响。然后,在求解精确解... 详细信息

针对地月转移轨道中途修正问题,提出了一种求解修正速度增量的制导算法。该算法由初值设计和精确解求解两部分组成。首先,利用伪状态理论,通过简单迭代设计中途修正的初值,并通过Vinti预报方法修正了地球扁率的影响。然后,在求解精确解时,提出了一种基于伪状态理论的状态转移矩阵解析算法。该算法通过设计高精度的初值,降低了求解地月转移轨道中途修正问题的难度,而且避免了传统数值方法计算状态转移矩阵的复杂性。数值仿真结果表明,该算法可有效求解中途修正问题。

关键词：地月转移轨道中途修正伪状态理论 Vinti预报状态转移矩阵

二次微波烧结Al2O3增韧ZrO2基齿科复合材料的性能及强韧化研究

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二次微波烧结Al2O3增韧ZrO2基齿科复合材料的性能及强韧化研究

作者：谢祥华南昌航空大学

学位级别：硕士

ZrO2陶瓷具有生物惰性、良好的生物相容性和高强韧性等特点,是一种新型的齿科修复材料,但由于硬度太大,难以加工,限制了它在牙科临床上的广泛应用。本文通过在ZrO2基体中添加不同含量的Al2O3,采用不同的烧结工艺制备成氧化锆基齿科复合... 详细信息

ZrO2陶瓷具有生物惰性、良好的生物相容性和高强韧性等特点,是一种新型的齿科修复材料,但由于硬度太大,难以加工,限制了它在牙科临床上的广泛应用。本文通过在ZrO2基体中添加不同含量的Al2O3,采用不同的烧结工艺制备成氧化锆基齿科复合材料。利用XR D、SEM+EDX、TEM等分析测试方法,观察了Al2O 3对氧化锆基齿科材料显微结构的影响;分析了不同烧结工艺对其性能的影响;探讨了Al2O3增韧氧化锆基齿科材料的强韧化机理。此外,为了实现牙科临床上的具体应用,还对该种材料的细胞相容性开展了测试与分析。研究结果表明:ZrO2在冷却的过程中会发生t→m的相变,添加的Al2O 3与基体ZrO2无化学反应,没有产生新相。适量Al2O3的加入提高了ZrO2基齿科材料的致密度、显微硬度、断裂韧性和抗弯强度,在Al2O3含量为7.5%时,综合性能相对较佳;纯3Y-TZP陶瓷的硬度和抗弯强度在烧结温度从1350°C升高至1550°C之间普遍下降,而7.5A l203-92.5ZrO2复相陶瓷的性能是先增加后降低,在1500°C时相对较好。随着保温时间的延长,两者性能都是先增后降,较佳的保温时间为30mi n。纯3Y-TZP陶瓷和7.5Al2O3-92.5ZrO2复相陶瓷的较佳一次低温烧结温度分别为900°C和950°C。试样经二次微波烧结后各项性能均优于二次常规烧结和一次微波烧结,7.5Al2O3-92.5ZrO2复相陶瓷经二次微波烧结后,其致密度为99.25%,显微硬度为13.09GPa,断裂韧性为11.62MPa·m1/2,抗弯强度为766.89MPa,相比纯3Y-TZP陶瓷,性能都得到提升;通过观察氧化锆晶粒内部的位错组态,纯3Y-TZP陶瓷的位错基本呈有规则的排列成行,7.5Al2O3-92.5ZrO2复相陶瓷的位错呈不规则随意网状分布,位错的运动会形成钉扎效应和位错塞积群,产生强化效果。ZrO2基齿科材料的强韧化机理主要是Al2O3弥散增韧、相变增韧、微裂纹增韧。小鼠成纤维细胞在氧化锆基齿科材料上培养24h、48h、96h后的细胞增值率均大于100%,细胞毒性为0级,符合安全要求。

关键词：二次微波烧结 Al2O3 氧化锆基齿科材料显微结构强韧化机理

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采用TLC方法的超机动飞行控制系统设计

南京航空航天大学学报 2007年第3期39卷 379-383页

作者：朱秋芳姜长生朱亮谢祥华南京航空航天大学自动化学院南京210016

基于轨迹线性化控制(Trajectory linearization control,TLC)方法,研究了超机动飞机飞行控制系统的设计问题。首先简要介绍了TLC方法的设计思想;然后根据奇异摄动理论,将超机动飞行控制系统分成快慢两个回路,并为其分别设计了轨迹线性... 详细信息

基于轨迹线性化控制(Trajectory linearization control,TLC)方法,研究了超机动飞机飞行控制系统的设计问题。首先简要介绍了TLC方法的设计思想;然后根据奇异摄动理论,将超机动飞行控制系统分成快慢两个回路,并为其分别设计了轨迹线性化控制器;最后分别用所设计的控制器和已有的动态逆控制器对某型歼击机进行了赫布斯特机动仿真。仿真结果和对比分析表明,所设计的TLC控制器是有效的,且比动态逆控制器具有更好的控制跟踪性能。

关键词：轨迹线性化控制(TLC) 超机动飞行控制系统仿真

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微小卫星姿态控制系统研究

微小卫星姿态控制系统研究

作者：谢祥华南京航空航天大学

学位级别：硕士

从20世纪80年代美国军方提出了现代小卫星的概念以来,微小卫星发展迅速,成为目前航天器发展的一个重要方向。作为现代微小卫星的关键部分,现代微小卫星的姿态控制系统需具有结构简单、质量轻、可靠性高和低成本等特点。本文以某具体卫... 详细信息

从20世纪80年代美国军方提出了现代小卫星的概念以来,微小卫星发展迅速,成为目前航天器发展的一个重要方向。作为现代微小卫星的关键部分,现代微小卫星的姿态控制系统需具有结构简单、质量轻、可靠性高和低成本等特点。本文以某具体卫星的姿态控制系统的方案论证为背景,对微小卫星的姿态确定技术、主动磁控技术和姿控算法的硬件实现问题进行了研究。主要研究工作如下:较全面、系统的总结了欧拉角和四元数两种卫星姿态描述方法,建立了完整的卫星姿态运动模型,并分析了卫星受到的各种环境力矩的数学模型。姿态确定方面:对微小卫星的姿态敏感器的工作原理和测量方程进行了研究;基于确定性方法,讨论了TRIAD和QUEST两种双矢量定姿的具体算法,给出了一种利用地磁矢量和红外地平仪联合定姿的粗定姿算法;基于状态估计法,利用扩展卡尔曼滤波,设计了基于“红外地平仪+太阳敏感器+磁强计”的联合滤波定姿算法和基于磁强计的俯仰通道与滚动/偏航通道解耦的卡尔曼滤波定姿算法。通过仿真算例对各定姿算法的定姿精度和适用范围进行了验证。主动磁控方面:介绍了执行机构磁力矩器的工作原理和磁控力矩的特点,讨论了磁矩生成和分配的两种方式;设计了卫星在初始速率阻尼阶段的磁控算法;针对偏置动量卫星的运动特性,对其俯仰通道和滚动/偏航通道分别设计了相应的磁控算法;由于偏置动量轮有可能会停转,工程中常将重力梯度杆作为一种备份执行机构,针对重力梯度稳定卫星,设计了基于欧拉角反馈和基于四元数反馈两种形式的PD磁控算法。仿真算例表明所设计的磁控算法是有效的。最后对微小卫星姿控算法的FPGA实现进行了初步研究。以Altera公司的Stratix II系列的EP2S60F1024C4芯片作为目标器件,利用VHDL语言实现了偏置动量小卫星的双通道解耦的磁强计滤波定姿算法和相应的磁控算法,并利用Maltab/Simulink和Modelsim,构建了基于“Link for modelsim”的微小卫星姿态控制仿真系统,对实现的姿控算法进行了功能级仿真。结果表明,本文设计的姿控算法的FPGA实现在功能级是正确的。

关键词：微小卫星姿控系统姿态确定卡尔曼滤波主动磁控 FPGA VHDL

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基于主动磁控制的微小卫星姿态控制

宇航学报 2009年第1期30卷 193-197页

作者：张锐谢祥华张静上海微小卫星工程中心上海200050

针对偏置动量稳定的微小卫星,提出了一种仅利用磁强计作为定姿部件,磁力矩器作为主动控制部件的主动磁控制算法。在星箭分离初期,提出改进的B-dot速率阻尼方法使卫星姿态角速率快速减小,在卫星角速率较低时,设计了加低通滤波器的PD俯仰... 详细信息

针对偏置动量稳定的微小卫星,提出了一种仅利用磁强计作为定姿部件,磁力矩器作为主动控制部件的主动磁控制算法。在星箭分离初期,提出改进的B-dot速率阻尼方法使卫星姿态角速率快速减小,在卫星角速率较低时,设计了加低通滤波器的PD俯仰控制律,并设计了以地磁矢量B作为判断依据的滚动角、偏航角反馈的进动控制律及基于B-dot的章动控制律。数学仿真结果表明,所设计的主动磁控方法收敛、有效。该算法具有良好的工程应用前景,对于低成本微小卫星的研究是一个有益的探索。

关键词：微小卫星偏置动量主动磁控

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直接再入大气的月地转移轨道设计

北京航空航天大学学报 2020年第2期46卷 287-293页

作者：本立言严玲玲谢祥华张锐王国际中国科学院微小卫星创新研究院上海201203 上海微小卫星工程中心上海201203

针对从月球停泊轨道出发直接再入大气的月地转移轨道设计问题,提出了一种数值求解算法。该算法由初值设计和精确解求解两部分组成。首先,根据轨道设计的相应约束,采用伪状态理论,通过简单迭代求解高精度的初值。然后,考虑精确的动力学模... 详细信息

针对从月球停泊轨道出发直接再入大气的月地转移轨道设计问题,提出了一种数值求解算法。该算法由初值设计和精确解求解两部分组成。首先,根据轨道设计的相应约束,采用伪状态理论,通过简单迭代求解高精度的初值。然后,考虑精确的动力学模型,通过数值积分计算真实轨道和状态转移矩阵,并利用微分修正方法搜索精确解。该算法通过设计高精度的初值,降低了月地转移轨道的设计难度。数值仿真表明:该算法求解效率高,具有良好的鲁棒性。

关键词：月地转移轨道轨道设计再入大气伪状态理论微分修正

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小学数学探究性学习策略谈

考试周刊 2009年第14期 79-80页

作者：谢祥华罗源县霍口畲族乡霍口中心小学

小学数学"探究性学习"是指小学数学教学中,学生在教师的指导下,围绕一个需要探索解决的问题,以科学研究的方式获取知识、应用知识、解决问题,是一种学习理念、策略、方法,注重学生的学习过程。

关键词：数学探究性学习小学数学教学平行四边形

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利用磁强计数据确定卫星姿态的简易滤波算法

航天控制 2007年第1期25卷 40-45页

作者：谢祥华姜长生朱秋芳南京航空航天大学自动化学院南京210016

针对一类俯仰轴负向安装有偏置动量轮的重力梯度稳定的三轴主动磁控微小卫星,在分析其数学模型的基础上,将俯仰通道与滚动-偏航通道解耦,分别给出了仅用磁强计测量数据确定各通道姿态的卡尔曼滤波算法。并进一步分析了滤波系统模型的周... 详细信息

针对一类俯仰轴负向安装有偏置动量轮的重力梯度稳定的三轴主动磁控微小卫星,在分析其数学模型的基础上,将俯仰通道与滚动-偏航通道解耦,分别给出了仅用磁强计测量数据确定各通道姿态的卡尔曼滤波算法。并进一步分析了滤波系统模型的周期性,探讨了实现周期滤波增益的可行性。最后通过仿真算例验证了该滤波算法的有效性以及采用周期滤波增益的可行性。

关键词：微小卫星姿态确定卡尔曼滤波周期滤波增益