[發明專利]基于多模態分布估計算法的衛星布局優化設計方法

有效

• 申請號: 202010500896.5
• 申請日: 2020-06-04
• 公開（公告）號: CN111783278B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 常強;姚雯;沈嘉男
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍軍事科學院國防科技創新研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/04;G06F111/08
• 代理公司: 北京奧文知識產權代理事務所(普通合伙) 11534
• 代理人: 張文;苗麗娟

1.一種基于多模態分布估計算法的衛星布局優化設計方法，其特征在于，所述方法包括如下內容：

(1)對衛星內部的結構和設備進行近似描述，建立衛星布局設計方案的簡化結構模型；

(2)基于所述簡化結構模型，確定設計約束和設計目標，建立單目標多約束的衛星布局優化設計模型；

(3)利用多模態分布估計算法對所述單目標多約束的衛星布局優化設計模型進行優化求解，以獲取所述設計約束和所述設計目標下的衛星布局設計方案解集；

(4)根據獲取的所述衛星布局設計方案解集，確定所述設計約束和所述設計目標下的所述衛星的最終布局方案；

其中，所述利用多模態分布估計算法對所述單目標多約束的衛星布局優化設計模型進行優化求解，以獲取所述設計約束和所述設計目標下的衛星布局設計方案解集，包括：

(A1)根據衛星的設計約束和設計目標，確定目標函數；

(A2)基于目標函數，產生設定數目的衛星布局設計方案，并設置循環終止條件；

(A3)利用小生境算法將設定數目的衛星布局設計方案劃分為多個小生境；

(A4)挑選出每個小生境中的當前最優方案，利用高斯分布估計算法進行采樣迭代以獲取每個小生境的一個最優方案；

(A5)在獲取的每個小生境的一個最優方案處使用序列二次規劃法進行局部尋優，獲取并輸出多個全局最優方案；

(A6)將獲取的每個小生境的一個最優方案存入檔案集中，若檔案集不存在，設置一個初始為空集的檔案集；

(A7)判斷循環終止條件是否滿足，若是，輸出檔案集，若否，進行下一步；

(A8)計算確定最優方案數目，基于目標函數，產生多個新衛星布局設計方案，且使新衛星布局設計方案的數目等于設定數目減去最優方案數目，將最優方案和新衛星布局設計方案作為衛星布局設計方案，返回步驟A3；

所述利用小生境算法將設定數目的衛星布局設計方案劃分為多個小生境，包括：

根據自適應半徑劃分小生境；

根據等數目原則進行小生境調整；

所述根據自適應半徑劃分小生境，包括：

(b1)根據目標函數，計算確定設定數目的衛星布局設計方案對應的目標函數值；

(b2)根據衛星布局設計方案所對應的目標函數值對未劃分小生境的衛星布局設計方案進行排序；

(b3)選擇最小目標函數值對應的衛星布局設計方案作為聚類中心，根據其他剩余衛星布局設計方案與聚類中心的距離進行排序，依次比較相鄰的兩個衛星布局設計方案的目標函數值的大小，當大小關系出現變化時，以聚類中心和出現變化時對應的衛星布局設計方案間的距離作為小生境半徑，將聚類中心和與聚類中心的距離小于小生境半徑的所有衛星布局設計方案劃分為一個小生境；

(b4)判斷未劃分小生境的衛星布局設計方案的數目是否為0，若是，進行步驟b5，若否，返回步驟b2；

(b5)輸出獲取的所有小生境；

所述根據等數目原則進行小生境調整，包括：

(c1)確定每個小生境內的衛星布局設計方案個數；

(c2)根據衛星布局設計方案所對應的目標函數值對每個小生境內的衛星布局設計方案進行排序；

(c3)依次判斷每個小生境內的衛星布局設計方案個數和設定數目與小生境數目的比值的關系，若衛星布局設計方案個數等于設定數目與小生境數目的比值，輸出對應的小生境的全部衛星布局設計方案；若衛星布局設計方案個數大于設定數目與小生境數目的比值，輸出對應的小生境中位于前序的部分衛星布局設計方案，且該部分衛星布局設計方案的數目等于設定數目與小生境數目的比值；若衛星布局設計方案個數小于設定數目與小生境數目的比值，利用目標函數產生衛星布局設計方案，且產生的衛星布局設計方案的數目等于設定數目與小生境數目的比值和對應的小生境內的衛星布局設計方案個數的差值，將產生的衛星布局設計方案添加到對應的小生境，輸出對應的小生境的全部衛星布局設計方案。