基于近似模型的卫星动力学多目标优化

对基于近似模型的卫星结构动力学多目标优化进行了研究。给出了响应面模型、Kriging模型和径向基函数（RBF）模型三种近似模型的原理。基于某卫星结构有限元模型建立了优化的三种近似模型,给出了优化流程。分析结果表明：RBF模型的精度最高,该模型结合遗传算法的优化方法不仅显著降低了计算时间成本,而且有良好的精度。     

在轨目标逼近远程导引律设计

利用最优多脉冲方法,对目标航天器逼近过程的远程导引段轨道进行设计.基于Lawden主矢量理论,解决固定时间、燃料最省的逼近轨道问题.通过仿真分析了固定初始条件时燃料消耗量随着转移时间的变化关系.对于燃料和时间均有约束的情况,给出了求解燃料最省和时间最小的多目标优化问题的方法.这一研究对于评估具体任务的燃料消耗和转移时间有重要意义.     

A multi-objective optimization framework of constellation design for emergency observation

To meet the urgent needs of emergency observation missions, a well-designed constellation is key to ensuring system performance. This paper presents a multi-objective optimization framework which is well suited for constellation designers to identify key trade-offs and make decisions. Firstly, this work investigates the metrics of responsiveness and coverage simultaneously to approximate to the actual conditions of emergencies, and a multi-objective mathematical model is constructed to explore solutions to enhance the overall system performance. Then, according to the characteristics of emergency missions, a hierarchical chromosome encoding method is proposed in the framework to encode a solution that explores different sized constellations without constraining its specific geometry. Finally, we propose the use of radial axes plots to help constellation designers to gain pragmatic insights for informed decision making. The simulation of disaster management verifies that the proposed chromosome encoding method effectively promotes the convergence of the algorithm, and the multi-objective optimization framework helps to generate a rapid and adequate observation satellite constellation to provide maximum coverage performance while ensuring timeliness.     

Adapitive waveform design for distributed OFDM MIMO radar system in multi-target scenario

In order to improve detection and estimation performance of distributed Orthogonal-Frequency-Division Multiplexing (OFDM) Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) radar system in multi-target scene, we propose a novel approach of Adaptive Waveform Design (AWD) based on a constrained Multi-Objective Optimization (MOO). The sparse measurement model of this radar system is derived, and the method based on decomposed Dantzig selectors is applied for the sparse recovery according to the block structures of the sparse vector and the system matrix. An AWD approach is proposed, which optimizes two objective functions, namely minimizing the upper bound of the recovery error and maximizing the weakest-target return, by adjusting the complex weights of the emitting waveform amplitudes. Several numerical simulations are provided and their results show that the detection and estimation performance of the radar system is improved significantly when this MOO-based AWD approach is applied to the distributed OFDM MIMO radar system. Especially, we verify the effectiveness of our AWD approach when the available samples are reduced severally and the technique of compressed sensing is introduced.     

基于多目标规划的交会对接推力器指令分配方法

将由控制律得到的控制量转化为推力器控制指令的过程称为推力器指令分配。由于交会对接涉及的推力器配置复杂,且对追踪航天器姿轨控精度的要求很高,因此其推力器指令分配问题十分重要。本文针对该问题,分析了基于线性规划的指令分配方法存在的不足,提出了将推力器指令分配问题转化为非线性多目标规划问题,并应用分枝定界法进行寻优的新方法。新方法可以在指令分配的误差和燃料消耗之间进行折衷,并且考虑了推力器最小开机时间的限制。仿真结果验证了新方法的有效性。     

共固化粘弹性复合材料的结构多目标进化优化设计

共固化粘弹性复合材料结构兼具结构承载和阻尼减振能力,设计时需同时考虑强度、刚度、质量和阻尼性能等指标要求,且设计变量众多,因此传统的设计方法难以实现结构的优化设计。本文建立了共固化粘弹性复合材料结构的多目标优化模型,优化目标为结构质量最小化和模态损耗因子最大化,设计变量包括铺层厚度、方向角和阻尼层厚度,并考虑结构动刚度的约束条件。阻尼结构的分析采用基于有限元法的模态应变能法,进化优化采用改进的非支配排序多目标遗传算法(NSGA-II)。最后的优化算例表明将多目标遗传算法应用于共固化粘弹性复合材料结构阻尼/结构一体化设计的可行性。     

基于星载气象雷达的非线性调频信号优化设计

随着天气观测、研究和规划的进展,气象雷达技术的开发工作取得了重大进展。脉冲压缩使新一代低成本、紧凑型星载天气雷达系统成为可能。为了抑制脉压带来的距离旁瓣,目标探测雷达通常采用基于幅度调制和失配滤波的方法,但由于其存在主瓣扩展和功率损失等缺点,不适用于气象观测。非线性调频（NLFM）信号可以调整其功率谱密度,在明显不降低信噪比的情况下提供较低的旁瓣输出。本文设计了一种新的波形优化框架。该框架通过多目标粒子群优化算法（MOPOS）构造了一种针对气象粒子目标的非线性调频（NLFM）脉冲压缩波形,实现了极低的距离旁瓣电平和较高的多普勒容限,可以显著地缓解非常有限的卫星峰值功率的限制和卫星平台运动导致的多普勒对系统影响。仿真实验结果表明：改进的非线性调频波形具有良好的性能。     

可重复使用运载器的耐坠毁缓冲装置的设计优化

针对采用四腿式着陆支架的可重复使用运载器,提出一种油气-蜂窝两级缓冲的新型耐坠毁缓冲装置,常规油气缓冲器实现重复使用,危险工况下蜂窝缓冲器实现耐坠毁功能。建立了运载器着陆动力学模型,给出了运载器着陆的四种极限工况及铝蜂窝压溃载荷的求解方法,基于径向基(RBF)代理模型,采用多学科协同优化方法,对多工况下运载器两级缓冲装置设计参数进行了优化。结果表明,多学科协同优化方法有着较好的准确性,优化后运载器的最大过载和缓冲支柱载荷峰值均得到降低。最后,对比了单独油气缓冲器与两级耐坠毁缓冲装置下运载器的着陆响应,结果表明,使用两级耐坠毁缓冲装置在降低运载器最大着陆过载和缓冲支柱载荷峰值上有着较为明显的优势。     

多级涡轮多目标气动优化设计流程

在准三维设计基础上,采用多目标优化设计方法,给出一个多级涡轮气动优化设计流程,优化联合采用人工神经网络和遗传算法,流场计算采用全三维粘性流N-S方程求解。此优化设计流程有三个特点:针对每列叶栅的气动特性进行局部优化;各列叶栅反复多次优化;粗细网格交替使用。并采用此设计流程对一三级涡轮进行优化设计,效率提高1%,说明此方法可以有效的用于多级涡轮气动优化设计。