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％．     

卫星总体与姿态控制一体化优化设计方法

针对传统卫星总体和控制串行设计过程低效、设计性能受限、设计方案冗余等问题，提出了一种卫星总体与姿态控制一体化优化设计方法。在轨道、结构、电源、推进等多学科耦合的传统总体设计模型基础上，将面向应用任务过程的卫星姿态控制仿真嵌入卫星多学科分析过程中，实现卫星总体方案与姿态控制的耦合精确分析和整体任务效能的综合评估，在此基础上进一步实现总体和控制的一体优化。最后，以某对地观测敏捷卫星为对象开展方法应用研究，优化结果表明所提方法获得了比传统设计方法目标函数性能更优、冗余度更低的设计方案，验证了卫星总体与姿态控制一体化优化设计方法的可行性和有效性。     

基于改进协同优化方法的固体运载火箭多学科设计优化

研究固体运载火箭多学科协同设计优化问题.建立固体运载火箭多学科设计优化相关学科模型,包括总体学科、推进学科、气动学科、质量学科和弹道学科模型,构建固体运载火箭协同优化设计框架；提出含序贯策略的改进协同优化方法,解决固体运载火箭学科间耦合变量过多带来的系统级设计变量规模过大问题,实现固体运载火箭多学科协同设计优化.仿真结...     

协同优化在固体弹道导弹概念设计中的初步应用

讨论了标准协同优化方法的流程和特点,并针对固体弹道导弹系统的特点,设计了集成质量、动力、气动、外形和弹道5个学科的弹道导弹多学科设计优化模型.采用协同优化方法集成各学科的知识,协调处理各学科之间的耦合变量,应用合理的优化策略有效地解决了在弹道导弹多学科优化设计中的耦合关系所带来的计算问题,并对该模型成功进行了多学科优化设计,得到了优化方案.研究不但证明了协同优化方法在固体弹道导弹多学科优化设计中的有效性,还表明协同优化方法可使各子学科专注于本学科的优化设计,并使用本学科已有的分析工具,无需考虑对其他学科的影响,这方面相对于其他高要求的MDO方法具有较明显优势.     

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.     

基于MDO方法的月球探测卫星总体设计

根据月球探测卫星任务及环境的特点,在将多学科设计优化(MDO)方法用于卫星总体概念阶段的设计。分析了卫星总体设计中轨道设计、卫星设计和发射选择间的耦合关系与协同效应,建立了MDO的简化模型。用单级整体优化策略(AAO)和多岛遗传算法(MIGA)进行优化。算例结果表明,MDO简化模型可有效解决卫星概念设计阶段中的多学科耦合。     

对地观测卫星编队协同容错姿轨耦合控制

面向对地观测场景下卫星编队的姿轨耦合特性和完全失效故障,提出了基于空间构型重构的协同容错控制方法。首先,根据对地观测的任务需求,分别建立了无故障情况下的卫星编队构型,以及故障发生后将故障卫星移出编队的构型重构方案,包括拓扑网络重构、卫星编号更新和编队构型重构算法;其次,根据上述构型,考虑外部干扰和姿态轨道耦合特性,设计了基于非奇异终端滑模控制的分布式控制律,使得编队在有限时间内稳定,即在故障发生前后卫星编队都可以实现对观测区域的协同覆盖;最后,分别通过数值仿真和实验验证表明了所提方法的有效性。     

卫星星座应用设计

本文以低地轨道小卫星星座为研究对象，讨论了星座覆盖性能分析方法，对各种覆盖性能指标进行了分析评价；在此基础上探讨了星座设计的一般准则及优化方法，并针对某一类型任务对两轨道面和三轨道面星座进行了优化设计，阐述了星座优化设计的关键以及不同轨道面数目下星座优化的潜力和特点。     

一种基于推进剂消耗优化的卫星小推力器布局设计

针对小推力器安装角度对卫星南北位置保持、东西位置保持和姿态控制效率的影响,从而决定推进剂需求量,提出一种推进剂消耗过程耦合建模与求解方法,并建立了小推力器安装角度优化模型。该方法采用定点迭代对转移轨道阶段推进剂消耗量和静止轨道阶段推进剂消耗量与贮箱尺寸之间耦合过程进行解耦,并建立了不同阶段推进剂消耗量估算模型。以卫星寿命期推进剂需求量最少为优化目标,建立了小推力器布局优化模型。通过实际的小推力器布局设计实例,分别采用遗传算法和序列径向基函数代理模型（SRBF）优化策略进行优化。优化结果表明相比于基于经验设计,SRBF可以有效地降低推进剂需求量,而且对比遗传算法,优化效率得到了显著提高。     

上面级发射MEO轨道设计及运载能力优化研究

针对导航卫星中轨道（MEO）轨道提出一种上面级发射MEO轨道直接入轨设计方案，建立轨道动力学方程和轨道迭代计算模型。为优化轨道设计,将更多有效载荷送入轨道，从分析影响轨道运载能力的因素出发，应用成熟优化算法——自适应遗传算法，建立上面级发射MEO轨道优化模型，采用数值仿真方法验证设计结果和优化方法的有效性。结果表明发射轨道优化设计对运载能力有一定的提升效果，实现了最优化设计。     

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。     

飞行器多学科设计优化的三种基本类型及协同设计方法

运用多学科设计优化方法,根据飞行器设计中遇到的实际情况,提出三类基本的飞行器多学科设计优化问题:耦合、信息单向传递、独立。一般的飞行器设计问题可以视为提出的这三种基本类型的组合。以设计实例对这三类问题的数学模型及解决方案进行了深入分析。介绍了协同优化方法的设计思想,并提出了应用协同优化方法解决上述三类问题中最复杂的耦合问题的具体计算结构。应用该计算结构,可以避免求解耦合方程组并实现各学科并行设计,提高了计算效率。     

50Nms磁悬浮反作用飞轮转子优化设计方法的研究

介绍了一种额定工作转速为-5000rpm-5000rpm，额定角动量为50Nms的五自由度磁悬浮反作用飞轮。利用多学科设计优化软件iSIGHT及有限元分析软件ANSYS，通过序列二次规划法对飞轮转子进行了多学科设计优化研究：以转子质量为优化目标，以转子、静力学、共振频率、转子动力学、角动量、几何尺寸等多学科要求同时作为约束条件进行了优化设计。结果表明，通过多学科设计优化，在满足设计要求的同时，使转子重量达到了最小化（4．09kg），提高了设计效率和设计质量，在航天器姿态控制系统的设计中具有现实意义。     

采用改进非支配近邻免疫算法的低轨混合星座设计优化

针对低轨同构星座覆盖资源在纬度上分布不均匀的不足,提出采用低轨混合星座提升覆盖均匀性的设计方案,并推导了满足全球任意点平均每天覆盖一定次数的最小卫星规模估算公式。针对非支配近邻免疫算法（NNIA）约束处理方面的不足,提出基于约束支配的改进非支配近邻免疫算法（Modified NNIA）,并以此设计了一种低轨混合星座优化平台来优化带约束的星座设计问题。仿真结果表明,改进的NNIA算法在收敛速度和多样性上均优于非支配分层遗传算法（NSGA II）和多目标粒子群算法（MOPSO）,可大大提高星座设计的效率。同时优化结果也表明低轨混合星座可提高覆盖的均匀性和大部分区域的覆盖次数,进而减少特定覆盖要求所需的卫星数目。     

异步并行的分布式协同进化MDO算法研究

为满足分布式计算机网络环境下多学科并行设计优化协调的要求，研究了分布工协同进化MDO算法的网络异步并行实现，给出了异步并行的分布式同进化MDO算法。对导弹设计的计算实例，与单机上顺序执行的分布式协同进行MDO算法相比，异步并行的分布式协同进化MDO算法可有效缩短运行时间，而二者的收敛性能相当。算法基于CORBA/C 实现，灵活性、容错性好，便于在飞行器一体化设计环境中应用。     

Queuing theory application in imaging service analysis for small Earth observation satellites

The performance of Earth observation satellites is usually analyzed by real data or system simulation, which is accurate but not systematic. Modelling satellite service systems with queueing theory and analysing the performance statistics systematically will provide a useful guide in designing satellite systems. Earth observation satellites could be regarded as a two tandem server system with a finite buffer in between, providing two-stage service: image capture and image download service. In this paper, we introduce the queueing models for different service systems: the pure image capture service system, the two-stage service system with Poisson distribution download service, the pure download service system, and the two-stage system with general download service. Formulated solutions are given and some results are shown. From this work we can see queueing theory provides a good way to analyse the performance of small earth observation satellites, which is useful for system mission analysis and optimisation in design stage.     

国外对地观测卫星高精度姿态控制系统研究

简要介绍了国外对地观测卫星研制开发的历史、现状及其发展趋势，分析和研究了对地观测卫星的姿态控制系统，以及这类卫星所采用的技术手段和所达到的控制精度。同时展望了未来对地观测卫星姿态控制系统的技术要求并提出了相应的对策。     

试验设计在对地观测卫星系统顶层设计中的应用研究

针对对地观测卫星系统顶层设计中存在的仿真耗时、设计空间大以及非线性约束的特点,在其优化的不同阶段构建了试验设计的应用框架：优化初期采用正交设计方法确定系统的关键性能参数,中期采用均匀设计或拉丁方设计生成仿真方案并依此进行数值仿真,后期通过稳健设计考虑系统的噪声因素,保证最终方案的鲁棒性。该框架可以缩小对地观测卫星系统的仿真规模、缩短仿真时间、提高优化效率,保证解的质量,最后通过一个实例对优化框架的效果进行了验证。     

Optimization of geosynchronous satellite constellation for independent regional navigation and positioning in Middle East region

Regional Navigation and positioning systems using geosynchronous satellites are emerging for different parts of the world. Optimal constellation geometry achievement for a set of geosynchronous satellites is a key sector in designing of such systems. Genetic algorithm is applied for optimization of constellations with 6 and 7 satellites which is to be used in Middle East region where these systems have been deprived of. Based on the fact that the coverage criterion is not sufficient enough to guarantee a good navigation service, positioning process by the satellite systems is discussed and the performance of the system on the basis of position dilution of precision is collected as the fitness criterion. Placing the satellites in groups to pass over the same ground track is applied as a constraint to the genetic algorithm. By simulation, performance of the best obtained results and GPS are compared in terms of position dilution of precision, visibility and the required epochs (time span) to resolve the ambiguities with a 99% success rate, in this region. Also, capability of the GA for such problems is demonstrated.