[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

本發明公開了一種基于多模態分布估計算法的衛星布局優化設計方法，該方法包括：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；基于簡化結構模型，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；利用多模態分布估計算法對單目標多約束的衛星布局優化設計模型進行優化求解，以獲取設定設計約束和設計目標下的衛星布局設計方案解集；根據衛星布局設計方案解集，確定設定設計約束和設計目標下的衛星的最終布局方案。本發明的方法通過利用基于小生境算法和高斯分布估計算法更新機制的多模態分布估計算法能夠實現衛星布局設計問題的優化求解，獲得設定設計約束和設計目標下的最優衛星布局設計方案。

技術領域

本發明涉及衛星設計技術領域，具體涉及一種基于多模態分布估計算法的衛星布局優化設計方法。

背景技術

隨著空間技術及產業化的迅速發展，衛星設計的要求越來越高；通常為了縮短衛星設計周期、降低研制成本、以及保證衛星設計的可靠性、標準化、系列化和通用化，要求在衛星確定有效載荷和公用平臺后，對衛星上的組件進行合理的總體布局。

衛星組件的布局優化設計是衛星總體方案設計的重要內容，現有的衛星組件的布局優化設計方法通過建立一個單目標衛星布局優化設計模型，并設計相應的單目標布局優化算法來對該單目標衛星布局優化設計模型進行求解，以獲得一組布局優化結果；工作人員基于獲得的布局優化結果，依賴工程經驗給出滿足要求的一個或幾個較優的衛星布局設計方案。但由于衛星布局設計方案利用工程經驗給出，無法驗證提出的衛星布局設計方案是否為最優方案；并且，現有的單目標布局優化設計算法主要包括梯度法和智能優化算法，但梯度法容易陷入局部最優，而大多數的智能優化算法只能求得一個可行解且無法保證得到的可行解是否為最優方案。

發明內容

為解決上述現有技術中存在的技術問題，本發明提供一種基于多模態分布估計算法的衛星布局優化設計方法。

為此，本發明公開了一種基于多模態分布估計算法的衛星布局優化設計方法，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。

進一步地，在上述基于多模態分布估計算法的衛星布局優化設計方法中，所述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，包括：

設定衛星艙外殼為圓柱體或立方體，設定衛星組件為圓柱體或立方體，以及設定所述衛星組件質量均勻分布且質心與形心重合；

設定所述衛星組件均安裝在所述衛星艙內的承力板上，且不同所述承力板上的所述衛星組件無空間干涉；

基于上述設定，建立衛星布局的三維坐標系O-xyz，將所述承力板的中心作為坐標原點O，將所述承力板的安裝面作為xOy面，并使z軸垂直于所述承力板的安裝面向上，x軸、y軸和所述z軸構成右手直角坐標系。

進一步地，在上述基于多模態分布估計算法的衛星布局優化設計方法中，所述設計約束包括衛星系統質心誤差和衛星系統慣性夾角誤差，所述設計目標包括降低衛星整體的轉動慣量。

進一步地，在上述基于多模態分布估計算法的衛星布局優化設計方法中，所述單目標多約束的衛星布局優化設計模型表述為：