[發明專利]一種高效衛星星座多目標優化方法

有效

• 申請號: 201710999619.1
• 申請日: 2017-10-24
• 公開（公告）號: CN107798187B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 劉莉;史人赫;龍騰;武宇飛;唐亦帆
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 唐華

1.一種高效衛星星座多目標優化方法，其特征在于：包括如下步驟，

步驟A：確定衛星星座多目標優化設計問題初始條件，具體實現方法如下，

步驟A-1：確定Walker-δ星座構型的固定參數，包括衛星總數T、軌道面數P和相位參數F，以及需要觀測的區域經緯度范圍；將軌道傾角i、軌道高度h、以及首顆衛星升交點赤經Ω作為設計變量，并確定各設計變量對應的取值范圍[i_min,i_max]，[h_min,h_max]和[Ω_min,Ω_max]；在此基礎上，以對地觀測覆蓋百分比C_r和有效載荷地面像元分辨率R_P為性能指標，建立衛星星座多目標優化設計問題數學模型如式(1)所示；

步驟A-2：確定序列RBF多目標優化策略參數，包括初始樣本點數量、每次新增樣本點數量，以及最大模型調用次數；

步驟B：考慮各種攝動力的影響下，建立高斯型星座軌道動力學方程；

其中a、e、i、ω、M為經典軌道根數，f為真近點角，u＝ω+f為軌道幅角，p＝a(1-e²)為軌道通徑，A＝[A_R,A_T,A_N]為攝動力加速度在軌道坐標系RTN下的分量；在星座系統總體設計階段，僅考慮地球非球形引力J2項的影響，如式(3)所示，

其中，J₂為地球非球形引力J2項系數，μ為地球常數，a_E為地球半徑；

所述的各種攝動力包括：1)地球非球形引力攝動；2)太陽光壓攝動；3)大氣阻力攝動；4)地球磁場造成的磁力矩攝動；

步驟C：建立衛星星座對地覆蓋分析模型，具體建模方法如下：

步驟C-1：根據衛星軌道高度h和最小觀測角σ，計算單顆衛星的覆蓋角d_σ、中心角α_σ和覆蓋帶寬S_wσ，在此基礎上得到地面觀測點T和衛星對應的地心角θ用以判斷該點是否位于衛星的覆蓋范圍內；

步驟C-2：在觀測區域內以預設經緯度間隔作網格圖，將得到的網格點作為特征點；采用覆蓋百分比C_r作為星座對地觀測覆蓋性能的指標，星座對地觀測覆蓋性能的指標等于觀測區域內所有特征點被一顆或多顆衛星覆蓋的總時間除以總仿真時間；

步驟D：建立衛星星座對地觀測分辨率模型；根據衛星軌道高度h和有效載荷像元尺寸d及光學系統焦距f，得到有效載荷的地面像元分辨率R_p作為星座對地觀測分辨率性能的指標；

步驟E：采用多目標序列RBF優化方法，以覆蓋百分比最大和地面像元分辨率最小為優化目標，對星座參數進行優化；

步驟F：判斷分析模型調用次數是否達到最大值；若未達到，則返回步驟E繼續優化流程；反之，則優化流程終止，輸出Pareto非劣解集作為一組衛星星座設計方案。

2.如權利要求1所述的一種高效衛星星座多目標優化方法，其特征在于：步驟C建立衛星星座對地覆蓋分析模型如下，

步驟C-1：設衛星S某時刻高度為h，相應的星下點為G；按照式(5)分別計算考慮最小觀測角σ下的覆蓋角d_σ、中心角α_σ和覆蓋帶寬S_wσ；

在此基礎上，定義當前地面觀測點的經度為λ_W、緯度為衛星星下點的經度為λ_S、緯度為按照式(6)計算地面觀測點T和衛星對應的地心角θ；若滿足θ≤d_σ，則說明該地面觀測點位于衛星S的覆蓋范圍內；

步驟C-2：在觀測區域內以一定經緯度間隔作網格圖，將得到的網格點作為特征點；定義兩特征點之間的地球表面弧長為Δl，按照式(7)計算各特征點之間的經緯度間隔，其中λ為經度，為緯度；在此基礎上，采用覆蓋百分比C_r作為星座對地觀測覆蓋性能的指標，覆蓋百分比C_r等于觀測區域內所有特征點被一顆或多顆衛星覆蓋的總時間除以總仿真時間；