一種針對某型對地觀測衛(wèi)星多學科優(yōu)化研究方法
【專利摘要】一種針對某型對地觀測衛(wèi)星多學科優(yōu)化研究方法，它有四大步驟：一、由數(shù)學模型層L1分析對地觀測衛(wèi)星所涉及的不同學科，確定設(shè)計變量范圍，最終確定其數(shù)學模型，并將數(shù)學模型信息傳送給優(yōu)化模型層L2；二、優(yōu)化模型層L2在獲得的數(shù)學模型信息基礎(chǔ)上，確定優(yōu)化目標和約束變量，建立優(yōu)化模型，并將優(yōu)化模型信息傳送給算法計算層L3；三、通過算法計算層L3的包絡(luò)對偶算法計算模塊，得到一組計算結(jié)果，提供計算結(jié)果給結(jié)果數(shù)據(jù)層L4；四、在數(shù)據(jù)層L4分析計算結(jié)果，若計算結(jié)果符合收斂準則，傳送給應(yīng)用層L5，若不符合收斂準則，更改設(shè)計變量，重復(fù)步驟一到步驟四。本發(fā)明和傳統(tǒng)的衛(wèi)星設(shè)計-試驗-更改設(shè)計-試驗的流程相比，提升了效率。
【專利說明】一種針對某型對地觀測衛(wèi)星多學科優(yōu)化研究方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種針對某型對地觀測衛(wèi)星多學科優(yōu)化研究方法，用于處理多變量、多約束的衛(wèi)星優(yōu)化問題，最終得到對地觀測衛(wèi)星最優(yōu)的對地觀測分辨率，屬于航空航天【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]人類生活在地球的四大圈層之中，巖石圈，水圈，大氣圈等。人類及其生存的地球正面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，這需要我們利用衛(wèi)星技術(shù)對此進行適時的檢測。而且，這個對地觀測是國防建設(shè)與國家安全的需要，比如制空權(quán)，制海權(quán)，制天權(quán)，制信息權(quán)。衛(wèi)星平臺設(shè)計是一個非常復(fù)雜的工程，具有多學科、多層次且學科之間耦合嚴重的特點。孤立地分別對各分系統(tǒng)進行優(yōu)化，很難獲得全系統(tǒng)的整體優(yōu)化效果。為了設(shè)計和分析此類涉及多個學科的復(fù)雜優(yōu)化問題，可以使用多學科設(shè)計優(yōu)化(Multidisciplinary Design Optimization,簡稱MDO)的方法。
[0003]MDO問題的明顯特點是變量多、約束多，問題規(guī)模龐大，且函數(shù)多為非線性隱函數(shù)。用單級的優(yōu)化數(shù)學模型來準確描述多學科問題，會面臨優(yōu)化計算規(guī)模巨大問題，需要具備可靠的分析方法和高效的優(yōu)化算法。針對此類問題，可以采用包絡(luò)對偶法進行求解。包絡(luò)對偶數(shù)學模型、求解策略和優(yōu)化算子都與問題的物理性質(zhì)無關(guān)，而且可以以簡單的解析算式作為優(yōu)化算子求得優(yōu)化解，無需在高維變量空間中尋優(yōu)，所以包絡(luò)對偶法對于處理大型復(fù)雜優(yōu)化問題具有通用性和高的計算效率。
[0004]包絡(luò)對偶法是一種高效的優(yōu)化算法。本發(fā)明通過對對地觀測衛(wèi)星進行多學科優(yōu)化設(shè)計，提出一種針對某型對地觀測衛(wèi)星多學科優(yōu)化研究方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于:提供一種針對某型對地觀測衛(wèi)星多學科優(yōu)化研究方法，求得對地觀測衛(wèi)星最優(yōu)的對地觀測分辨率。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明提出了一種針對某型對地觀測衛(wèi)星多學科優(yōu)化研究方法，它是在對地觀測衛(wèi)星數(shù)學模型基礎(chǔ)上，確定優(yōu)化目標-對地觀測分辨率和相關(guān)約束，并構(gòu)建衛(wèi)星的優(yōu)化模型，然后用包絡(luò)對偶算法對衛(wèi)星模型進行優(yōu)化計算，如果優(yōu)化結(jié)果滿足收斂準則，則得到衛(wèi)星最優(yōu)的對地觀測分辨率。也可以實現(xiàn)對衛(wèi)星設(shè)計目標和參數(shù)變量的快速計算，和傳統(tǒng)的衛(wèi)星設(shè)計-試驗-更改設(shè)計-試驗的流程相比，提升了效率。
[0008]本發(fā)明是一種針對某型對地觀測衛(wèi)星多學科優(yōu)化研究方法，主要涉及包絡(luò)對偶算法體系的對地觀測衛(wèi)星多學科優(yōu)化方法的5個分層:數(shù)學模型層LI，優(yōu)化模型層L2，算法計算層L3，數(shù)據(jù)層L4，應(yīng)用層L5。它們之間是信息傳遞關(guān)系，依次為L1-L2-L3-L4-L5。
[0009]下面詳細說明各層的結(jié)構(gòu)和功能:
[0010]所述數(shù)學模型層LI主要由四個模塊組成，任務(wù)模塊L11，有效載荷模塊L12，電源模塊L13，發(fā)射模塊L14。它們之間相互關(guān)系是:任務(wù)模塊L11，有效載荷模塊L12，電源模塊L13，發(fā)射模塊L14并列的，通過衛(wèi)星軌道高度和衛(wèi)星相機孔徑耦合。
[0011]該任務(wù)模塊Lll其結(jié)構(gòu)是由下列經(jīng)驗公式構(gòu)成:
【權(quán)利要求】
1.一種針對某型對地觀測衛(wèi)星多學科優(yōu)化研究方法，其特征在于:它涉及包絡(luò)對偶算法體系的對地觀測衛(wèi)星多學科優(yōu)化方法的5個分層:數(shù)學模型層LI，優(yōu)化模型層L2，算法計算層L3，數(shù)據(jù)層L4和應(yīng)用層L5 ;它們之間是信息傳遞關(guān)系，依次為L1-L2-L3-L4-L5 ;該方法具體步驟如下:
步驟一:由數(shù)學模型層LI分析對地觀測衛(wèi)星所涉及的不同學科，確定設(shè)計變量范圍，最終確定其數(shù)學模型，并將數(shù)學模型信息傳送給優(yōu)化模型層L2 ； 其中，“分析對地觀測衛(wèi)星”，其分析內(nèi)容如下:對地觀測衛(wèi)星所涉及任務(wù)，載荷，電源和發(fā)射四個學科，四個學科通過兩個設(shè)計變量衛(wèi)星軌道高度和衛(wèi)星相機孔徑實現(xiàn)耦合； 其中，“確定設(shè)計變量范圍”，其確定內(nèi)容包括:軌道高度H，取值范圍500公里-750公里；相機孔徑D，取值范圍50毫米-150毫米； 步驟二:優(yōu)化模型層L2在獲得的數(shù)學模型信息基礎(chǔ)上，確定優(yōu)化目標和約束變量，建立優(yōu)化模型，并將優(yōu)化模型信息傳送給算法計算層L3 ； 其中，“確定優(yōu)化目標和約束變量”，其確定內(nèi)容包括:確定對地觀測率R是優(yōu)化目標；整星質(zhì)量，太陽帆板面積，回訪時間，下行鏈接持續(xù)時間是約束變量； 其中，“建立優(yōu)化模型”，其建立的優(yōu)化模型如下: {設(shè)計變量 H，D 求目標函數(shù) R=H/(800 XD)的最小值 滿足約束 5≤DLD≤15，90≤RT≤150，
O ≤ Asa ≤ 1.2，O ≤ Msat ( 200,} 步驟三:通過算法計算層L3的包絡(luò)對偶算法計算模塊，得到一組計算結(jié)果，提供計算結(jié)果給結(jié)果數(shù)據(jù)層L4 ； 步驟四:在數(shù)據(jù)層L4分析計算結(jié)果，若計算結(jié)果符合收斂準則，傳送給應(yīng)用層L5，若不符合收斂準則，更改設(shè)計變量，重復(fù)步驟一到步驟四。
【文檔編號】G06F17/50GK103761377SQ201410015451
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】王曉慧, 徐巖 申請人:北京航空航天大學