[發明專利]基于NSGA-II算法的全方向隱身衛星外形多目標優化方法

有效

• 申請號: 202110291680.7
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN112906286B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 范才智;李春雷;羅青
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06F30/27;G06N3/00;G06N3/12;G06F111/04;G06F111/06
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

1.一種基于NSGA-II算法的全方向隱身衛星外形多目標優化方法，其特征在于，包括：

1)以單優化變量參數確定隱身衛星的外形；

2)確定隱身衛星外形優化的目標函數和約束條件，最終確定的約束條件為R≤h≤αH，其中，h為上半部分拋物線的高度，H為衛星的總高度、且為包絡空間的高度，R為衛星的最大半徑、且為包絡空間的半徑，α為大于預設閾值且小于1的系數；最終確定的目標函數包括衛星的頂端方向的雷達散射截面RCS值、地基探測威脅方向的雷達散射截面RCS的平均值以及天基探測威脅方向的雷達散射截面RCS的極大值共三個目標函數；

3)利用NSGA-II算法求衛星外形的優化參數的最優解集；

4)在最優解集中根據需求選擇最終應用的解；

5)根據最終應用的解確定所要設計的隱身衛星的外形。

2.根據權利要求1所述的基于NSGA-II算法的全方向隱身衛星外形多目標優化方法，其特征在于，步驟1)包括：

1.1)確定隱身衛星為旋轉體外形，母線為上半部分的拋物線和下半部分的橢圓形兩段參數化的二次多項式，且所述母線繞軸心旋轉形成衛星旋轉體外形；

1.2)根據最大化利用包絡空間的條件，將兩段參數化的二次多項式轉換為通過衛星的上半部分拋物線的高度h表達其它各個多項式系數的解析表達式。

3.根據權利要求2所述的基于NSGA-II算法的全方向隱身衛星外形多目標優化方法，其特征在于，步驟1.1)中橢圓形兩段參數化的二次多項式的函數表達式為：

z＝-ax²+b 0≤x≤R

上式中，z為z軸坐標值，x為x軸坐標值，a,b,c,d分別為系數，R為衛星的最大半徑。

4.根據權利要求3所述的基于NSGA-II算法的全方向隱身衛星外形多目標優化方法，其特征在于，步驟1.2)的步驟包括：假設火箭內部裝載衛星的包絡空間是高為H，半徑為衛星的最大半徑R的圓柱體，為最大化利用包絡空間和減少正向RCS回波，則母線應當分別經過A(0,h)、B(R,0)、C(0,h-H)三點，其中h為上半部分拋物線的高度，將A(0,h)、B(R,0)、C(0,h-H)三點代入橢圓形兩段參數化的二次多項式的函數表達式，得到通過衛星的上半部分拋物線的高度h表達其它各個多項式系數的解析表達式：

上式中，z為z軸坐標值，x為x軸坐標值，h為上半部分拋物線的高度，H為衛星的總高度、且為包絡空間的高度，R為衛星的最大半徑、且為包絡空間的半徑。

5.根據權利要求1所述的基于NSGA-II算法的全方向隱身衛星外形多目標優化方法，其特征在于，步驟3)中利用NSGA-II算法求衛星外形的優化參數的最優解集的步驟包括：

3.1)用指定長度n的二進制編碼串來表示上半部分拋物線的高度h，并將上半部分拋物線的高度h的定義域離散為多個均等的區域，得到包括兩個端點在內多個離散點；針對上半部分拋物線的高度h定義域的最小值h1到最大值H1依次進行二進制編碼，從而實現對優化問題的編碼，使得解空間和優化算法的搜索空間就具有一一對應關系；

3.2)將三個目標函數組成的數組F作為NSGA-II算法的種群內粒子的適應度函數；

F＝[f₁(x) f₂(x) f₃(x)]

上式中，f₁(x),f₂(x),f₃(x)分別為三個目標函數；

根據Pareto占優關系將種群內的粒子進行分層排序，選擇排序層級靠前的粒子進入下一代，且若粒子之間距離小于擁擠距離d，后一個粒子不進入下一代種群；確定每代種群粒子數為N、進化代數X以及重復次數；

3.3)執行NSGA-II算法反復執行交叉、排序、選擇，提高群體Pareto層級最終得到衛星外形的優化參數的最優解集。