卫星星座系统多学科设计优化研究

分析了卫星星座系统设计包含的星座设计、卫星设计、发射选择等学科之间的耦合关系，特别是卫星各分系统之间的耦合关系，建立了包括发射费用分析、成本分析在内的卫星星座系统多学科分析模型。在此基础上，采用分布式协同进化MDO算法，将星座设计优化和卫星的设计优化在自治基础上充分协同，对一个同时包含离散／连续设计变量、需进行星座结构和参数同时优化的虚拟的海洋监视卫星星座系统进行了多学科设计优化。算法对离散设计变量采用二进制编码，连续设计变量采用实数编码，并分别采用相应的进化算子。采用最大长度编码，根据一定的规则确定基因的显性和隐性，来处理结构和参数同时优化引起的设计变量维数可变的问题。设计结果显示了多学科设计优化的优势和分布式协同进化MDO算法对卫星星座系统这样的复杂多学科设计优化问题的有效性.     

协同优化在卫星多学科设计优化中的初步应用

探讨以遗传算法为优化上具的协同优化方法在卫星总体优化设计中的应用以及各学科间耦合关系。首先对基本协同优化方法的流程及特点进行了探讨，然后以对地观测卫星总休优化设计为对象，研究如何利用协同优化方法建立此问题的优化模型。研究结果表明，融合了遗传算法的协同优化方法能够有效地解决对地观测卫星总休优化设计，学科间耦合设计变量以及耦合状态变量的一致性误差均接近0．01％。     

基于iSIGHT优化平台的卫星多学科设计优化

探讨以iSIGHT为优化平台的协同优化方法在卫星总体优化设计中的应用。首先对iSIGHT软件以及协同优化方法的基本流程及特点进行了介绍,然后以对地观测卫星总体优化设计为对象,研究如何利用协同优化方法建立此问题的优化模型,进而利用iSIGHT优化平台进行优化计算。研究结果表明,基于iSIGHT优化平台的协同优化方法能够有效地解决对地观测卫星总体优化设计,学科间耦合设计变号以及耦合状杰蛮号白勺一甜性误差均棒近0．01％．     

高承载要求碳纤维内埋框架的设计及试验研究

对SAST 5000平台的碳纤维内埋框架及相应结构板设计和试验进行了研究。对内埋框架结构进行了拓扑优化并采用碳纤维材料,分析了优化的结构板模态和静力状态,并对整板进行了静力试验及探伤。结果表明:在方案阶段金属材料内埋框架贮箱安装板的基础上,通过对内埋框架结构形式的拓扑优化及碳纤维材料的使用,大幅减轻了贮箱安装板重量,仿真分析及摸底试验说明碳纤维内埋框架贮箱安装板力学性能满足卫星承载要求。     

基于均匀设计的空间目标监视卫星覆盖能力仿真分析

将均匀设计方法应用到空间目标监视卫星覆盖能力仿真分析中是一种有益的尝试。在本文中,提出了利用均匀设计方法安排试验、STK仿真软件模拟试验的研究思路,能够更简单、更省时地分析空间目标监视卫星覆盖能力指标与各影响因素之间的关系。通过回归分析与规划求解得到最好的覆盖能力指标及各因素配置方案,对空间目标监视卫星覆盖能力的提高、轨道部署的优化和应用的拓展很有裨益。
     

卫星导航系统服务可用性分析仿真系统的设计与实现

服务可用性分析是导航工程总体仿真验证与测试评估系统的核心模块之一,用于分析卫星导航系统提供的导航服务满足用户需求的时间百分比,能够直观地反映卫星导航系统服务能力。文章介绍了卫星导航系统服务可用性的相关概念,探讨了计算服务可用性的确定性算法和随机性算法,在此基础上提出了面向卫星导航系统的服务可用性仿真模型框架,并设计和实现了一个支持服务可用性分析的仿真系统。针对中国区域格网进行了服务可用性的仿真试验分析,验证了仿真模型框架和仿真系统的有效性。     

区域覆盖混合星座设计

针对我国邻海海上运动目标探测的需求,提出一种由多种类型卫星构成的区域覆盖混合星座系统方案。选择了合适的轨道类型,利用轨道动力学特性保持不同高度卫星构成的星座的构形;提出了星座配置方案,确定了不同类型卫星的协同工作方式和顺序等;在此基础上给出了轨道设计方法。最后设计了一个由海洋监视卫星簇、光学成像卫星和SAR卫星组成的星座。仿真表明,该星座能够实现预定的设计目标,保持一定的空间和时间关系对给定地区进行一定时间间隔的重访。     

高轨光学成像卫星动目标跟踪策略设计与仿真

为实现高轨光学成像卫星对动目标的连续跟踪,基于最大限度地利用观测视场范围、节省姿态机动所需能源消耗的原则,设计了一种应用观测视场九宫格的动目标跟踪策略,通过对相邻观测视场重叠覆盖宽度设计避免动目标丢失。建立一套仿真系统,对提出策略的有效性进行仿真验证。仿真结果表明:相较于动目标临近越出观测视场范围就调整相机视轴指向动目标的策略,文章提出的跟踪策略能够通过更少的姿态机动次数实现对动目标的连续跟踪。     

基于不确定性MDO的卫星总体优化设计研究

为了提高卫星总体设计质量,对基于不确定性多学科设计优化(UMDO)的卫星总体设计方法进行研究。首先提出了卫星总体的UMDO流程,重点对组织实现UMDO的优化过程进行了深入讨论。然后以某遥感小卫星的总体设计为例,对其UMDO数学问题进行了表述,采用UMDO优化过程对优化问题进行了组织与求解。优化结果表明,通过UMDO方法进行设计优化,能够在提高设计方案目标性能的同时,有效提高方案的稳健性和可靠性,验证了UMDO在卫星总体设计中快速形成稳健、可靠的优化方案的可行性和有效性。
     

卫星姿态控制系统自主故障诊断与重构

以某极轨对地观测卫星为背景，分析了姿态控制系统中单机部件出现故障时，系统将会出现的状态态变化情况，找出故障部件的判定方法，；提出采用产生式规则与框架的混合知识表示结构，描述系统及其故障特点，并提出了系统发生故障时，故障部件的自主隔离，、备份部件的自主切换和系统重构方案，仿真初步验证了该方案的可行性。     

火箭上升段滚动时域制导控制一体化设计

针对传统火箭上升段制导与姿态控制系统分离设计无法最大程度优化控制精度、控制量需求等系统整体控制性能的问题，提出一种基于凸优化的滚动时域制导控制一体化(IGC)设计方法。首先建立反映质心运动和绕质心运动耦合关系的IGC模型并对其进行反馈线性化获得面向控制的线性模型。然后考虑控制约束，将上升段IGC问题建模为最优控制问题，基于凸优化理论设计滚动时域控制器。该方法基于滚动时域控制(RHC)策略中反馈校正和滚动优化的思想，可以及时弥补模型误差和外部干扰等造成的不确定性；同时利用凸优化算法计算复杂度低、求解简单的优势，有效解决了含控制约束的复杂优化问题的求解。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。数值仿真校验了该滚动时域控制方法的有效性和鲁棒性；并且仿真结果表明，火箭上升段IGC设计比传统分离设计制导精度更高、控制量需求更小且姿态变化更加平缓。     

固体火箭发动机装药不确定性优化设计

介绍了不确定性优化设计思想和方法,考虑装药优化设计过程中推进剂性能参数不确定性,开展了固体火箭发动机装药不确定性优化设计研究。采用Powell方法和并行遗传算法组成的混合优化方法,提高了优化问题求解的效率和质量;采用Taylor级数一阶展开近似计算性能参数的均值和均方差,通过可靠性指数计算满足约束条件成功的概率。与确定性优化设计结果相比,不确定性优化设计结果更可靠、更稳健,为固体火箭发动机总体方案设计提供了更好的方法和手段。     

月球巡视器的系统设计优化方法研究

通过月球巡视器的任务分析,指出了巡视器设计中遇到的难题。针对这些难题,在系统工程方法的基础上,借鉴多学科设计优化的思想,提出了月球巡视器的系统设计优化方法。该方法基于月球巡视器的约束条件,在系统层和产品层两个层面开展设计优化,每层分成三个阶段。系统层强调系统设计,保证系统方案的最优,产品层强调单机或部组件设计,确保产品方案最优。嫦娥三号巡视器通过该方法的应用,使其在满足多项约束的前提下各项性能指标达到最优,也验证了该方法的正确性和合理性。此方法对功能复杂、约束严格的航天器具有一定的参考价值。     

一种航天器空间机动轨道的改进形状设计方法

针对带推力约束的航天器三维空间机动轨道初始设计问题,提出了一种基于傅立叶级数展开的改进形状设计方法。首先,在柱坐标系下建立了航天器运动模型,并将基于傅立叶级数展开的形状方法推广到三维空间的机动轨道初始设计;然后,基于所得到的空间初始机动轨道,采用直接配点法进行了完整三维空间机动轨道的优化设计。仿真结果表明,提出的方法可以为带有任务约束的航天器三维空间机动轨道的优化设计提供更优的初始参数及其解析解,为空间机动轨道设计提供了新的方法。     

多学科优化设计在航空航天领域的应用及发展

多学科优化设计是世界各国工业设计界新兴的研究领域。文章对多学科优化设计的主要基本理论、应用研究及发展进行了综述分析。优化算法是多学科优化设计的重要内容 ,文章对此进行了介绍 ,并对多学科优化设计中涉及的软件开发及集成设计框架、软件结构管理的研究成果及研究动态进行了分析。总结并对比分析了多学科优化设计在航空航天领域的几个典型应用及其特点 ,并将多学科优化设计与计算机集成制造系统的研究与发展的关系进行评述。     

卫星总体参数多学科优化与建模探讨

卫星总体参数优化是一个典型的多学科优化问题。文章针对卫星总体参数优化建模及其他相关问题进行了探讨,阐述了卫星总体参数优化的过程;以对地观察卫星为对象,给出了多学科优化模型,包括优化目标、约束条件和设计变量。     

航天器隔舱结构优化设计

采用有限元方法、结构灵敏度分析技术及序列线性／二次规划方法进行隔舱减重优化设计。文章叙述了优化模型的确定、载荷工况及边界条件的选取,对优化设计中用到的敏度分析方法和优化算法进行了简介;对设计方案选取,优化结果的比较进行重点论述。通过分析验证及试验验证表明,隔舱结构减重优化设计效果显著,优化设计在航天器结构设计中具有重要意义。     

月球精确定点软着陆轨道设计及初始点选取

研究了一种应用参数化控制求解月球探测器精确定点软着陆最优控制问题的方法。 首 先用约束变换技术将不等式约束进行了近似处理,而后利用若干个分段的常数去逼近最优解 ,再根据强化技术通过时间轴上的变换,将每一段参数的持续时间转变为一组新的参数,于 是最优控制问题被转化为一系列参数优化问题。最后应用经典的参数优化方法即可求得最优 控制函数的一个近似解,通过增加参数个数,重复优化得到逼近连续最优解的参数化解。同 时在优化过程中考虑了制动初始点的选取对结果的影响。仿真结果表明了所提设计方法是简 单、有效的。〖JP〗     

动态无线能量传输系统参数化设计与优化

无线能量传输技术以其操作方便快捷、适应快速更换及维修、减少机动作业无缆影响、可快速扩展、大幅减小设备电池质量、无触电危险、极限环境适应性强等特点被广泛应用于各领域。针对给定输入和约束,要求对动态无线能量传输系统的耦合机构尺寸和电路参数进行充分优化设计以满足一定输出功率效率的需求。经过前期对电路和耦合机构磁路的理论及仿真研究,得到了系统各参数变化时将导致系统输出特性随之如何变化的理论依据。基于此,建立了动态无线能量传输系统的参数化设计模型,并进行优化设计流程及步骤,以最简化的计算流程和最少的工作量,实现了动态无线能量传输系统的发射轨道和电路的参数化设计。该研究将对动态无线能量传输系统的多目标多参数化自动最优化设计具有重要的指导意义。