一种针对某型对地观测卫星多学科优化研究方法
【专利摘要】一种针对某型对地观测卫星多学科优化研究方法，它有四大步骤：一、由数学模型层L1分析对地观测卫星所涉及的不同学科，确定设计变量范围，最终确定其数学模型，并将数学模型信息传送给优化模型层L2；二、优化模型层L2在获得的数学模型信息基础上，确定优化目标和约束变量，建立优化模型，并将优化模型信息传送给算法计算层L3；三、通过算法计算层L3的包络对偶算法计算模块，得到一组计算结果，提供计算结果给结果数据层L4；四、在数据层L4分析计算结果，若计算结果符合收敛准则，传送给应用层L5，若不符合收敛准则，更改设计变量，重复步骤一到步骤四。本发明和传统的卫星设计-试验-更改设计-试验的流程相比，提升了效率。
【专利说明】一种针对某型对地观测卫星多学科优化研究方法
【技术领域】
[0001]本发明提供一种针对某型对地观测卫星多学科优化研究方法，用于处理多变量、多约束的卫星优化问题，最终得到对地观测卫星最优的对地观测分辨率，属于航空航天【技术领域】。
【背景技术】
[0002]人类生活在地球的四大圈层之中，岩石圈，水圈，大气圈等。人类及其生存的地球正面临严峻的挑战，这需要我们利用卫星技术对此进行适时的检测。而且，这个对地观测是国防建设与国家安全的需要，比如制空权，制海权，制天权，制信息权。卫星平台设计是一个非常复杂的工程，具有多学科、多层次且学科之间耦合严重的特点。孤立地分别对各分系统进行优化，很难获得全系统的整体优化效果。为了设计和分析此类涉及多个学科的复杂优化问题，可以使用多学科设计优化(Multidisciplinary Design Optimization,简称MDO)的方法。
[0003]MDO问题的明显特点是变量多、约束多，问题规模庞大，且函数多为非线性隐函数。用单级的优化数学模型来准确描述多学科问题，会面临优化计算规模巨大问题，需要具备可靠的分析方法和高效的优化算法。针对此类问题，可以采用包络对偶法进行求解。包络对偶数学模型、求解策略和优化算子都与问题的物理性质无关，而且可以以简单的解析算式作为优化算子求得优化解，无需在高维变量空间中寻优，所以包络对偶法对于处理大型复杂优化问题具有通用性和高的计算效率。
[0004]包络对偶法是一种高效的优化算法。本发明通过对对地观测卫星进行多学科优化设计，提出一种针对某型对地观测卫星多学科优化研究方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于:提供一种针对某型对地观测卫星多学科优化研究方法，求得对地观测卫星最优的对地观测分辨率。
[0006]本发明的技术方案:
[0007]本发明提出了一种针对某型对地观测卫星多学科优化研究方法，它是在对地观测卫星数学模型基础上，确定优化目标-对地观测分辨率和相关约束，并构建卫星的优化模型，然后用包络对偶算法对卫星模型进行优化计算，如果优化结果满足收敛准则，则得到卫星最优的对地观测分辨率。也可以实现对卫星设计目标和参数变量的快速计算，和传统的卫星设计-试验-更改设计-试验的流程相比，提升了效率。
[0008]本发明是一种针对某型对地观测卫星多学科优化研究方法，主要涉及包络对偶算法体系的对地观测卫星多学科优化方法的5个分层:数学模型层LI，优化模型层L2，算法计算层L3，数据层L4，应用层L5。它们之间是信息传递关系，依次为L1-L2-L3-L4-L5。
[0009]下面详细说明各层的结构和功能:
[0010]所述数学模型层LI主要由四个模块组成，任务模块L11，有效载荷模块L12，电源模块L13，发射模块L14。它们之间相互关系是:任务模块L11，有效载荷模块L12，电源模块L13，发射模块L14并列的，通过卫星轨道高度和卫星相机孔径耦合。
[0011]该任务模块Lll其结构是由下列经验公式构成:
【权利要求】
1.一种针对某型对地观测卫星多学科优化研究方法，其特征在于:它涉及包络对偶算法体系的对地观测卫星多学科优化方法的5个分层:数学模型层LI，优化模型层L2，算法计算层L3，数据层L4和应用层L5 ;它们之间是信息传递关系，依次为L1-L2-L3-L4-L5 ;该方法具体步骤如下:
步骤一:由数学模型层LI分析对地观测卫星所涉及的不同学科，确定设计变量范围，最终确定其数学模型，并将数学模型信息传送给优化模型层L2 ； 其中，“分析对地观测卫星”，其分析内容如下:对地观测卫星所涉及任务，载荷，电源和发射四个学科，四个学科通过两个设计变量卫星轨道高度和卫星相机孔径实现耦合； 其中，“确定设计变量范围”，其确定内容包括:轨道高度H，取值范围500公里-750公里；相机孔径D，取值范围50毫米-150毫米； 步骤二:优化模型层L2在获得的数学模型信息基础上，确定优化目标和约束变量，建立优化模型，并将优化模型信息传送给算法计算层L3 ； 其中，“确定优化目标和约束变量”，其确定内容包括:确定对地观测率R是优化目标；整星质量，太阳帆板面积，回访时间，下行链接持续时间是约束变量； 其中，“建立优化模型”，其建立的优化模型如下: {设计变量 H，D 求目标函数 R=H/(800 XD)的最小值 满足约束 5≤DLD≤15，90≤RT≤150，
O ≤ Asa ≤ 1.2，O ≤ Msat ( 200,} 步骤三:通过算法计算层L3的包络对偶算法计算模块，得到一组计算结果，提供计算结果给结果数据层L4 ； 步骤四:在数据层L4分析计算结果，若计算结果符合收敛准则，传送给应用层L5，若不符合收敛准则，更改设计变量，重复步骤一到步骤四。
【文档编号】G06F17/50GK103761377SQ201410015451
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月14日 优先权日:2014年1月14日
【发明者】王晓慧, 徐岩 申请人:北京航空航天大学