[发明专利]一种考虑复杂工程约束的卫星布局方案设计方法

权利要求书

1.一种考虑复杂工程约束的卫星布局方案设计方法，其特征在于包括以下步骤：

(S1)假设卫星组件的质心与形心重合，对卫星组件进行几何建模，将卫星组件简化为长方体形状或圆柱形状；

(S2)将简化的卫星组件沿卫星舱的垂直方向投影，将卫星组件转化为二维平面内的矩形或圆，记为平面卫星组件，并设置平面卫星组件的距离约束值为d_C，初始化误差控制参数tol＝d_C；

(S3)根据误差控制参数，为所有平面卫星组件划分包络圆；

(S4)找出平面卫星组件的包络圆中的最大圆，设最大圆的半径为r_max；根据最大圆半径和距离约束值，计算得到新的误差控制参数tol；判断新的误差控制参数和前一次误差控制参数之间的差值是否小于设定的预设误差值，若小于预设误差值，则进入步骤(S5)，否则，更新误差控制参数，返回步骤(S3)进行迭代，直至满足小于预设误差值，并记该次迭代得到的误差控制参数为最终的误差控制参数；

(S5)记录根据最终的误差控制参数得到的平面卫星组件的包络圆；若平面卫星组件为矩形，进一步生成四个顶点圆，圆心为矩形平面卫星组件的四个顶点，半径大小依据平面卫星组件是否正交放置确定，若平面卫星组件正交放置，则顶点圆的半径等于误差控制参数值；若平面卫星组件非正交放置，则顶点圆的半径为

(S6)根据所有平面卫星组件的包络圆在卫星舱坐标系中的圆心位置和半径大小，再根据卫星组件在卫星舱垂直方向的坐标，共同确定卫星组件在卫星舱中的位置，即得到卫星组件的布局方案。

2.如权利要求1所述的一种考虑复杂工程约束的卫星布局方案设计方法，其特征在于，所述步骤(S3)为所有平面卫星组件划分包络圆的具体过程为：

对于圆形的平面卫星组件，其包络圆的圆心与平面卫星组件的圆心重合，包络圆半径等于平面卫星组件半径加上误差控制参数；对于矩形的平面卫星组件，采用三步划分法来产生包络圆。

3.如权利要求2所述的一种考虑复杂工程约束的卫星布局方案设计方法，其特征在于，所述三步划分法的具体过程为：

Step1：根据误差控制参数，分别生成矩形的四个顶角圆，每个顶角圆的圆心分别在矩形对应的内角平分线上，且顶角圆经过矩形的顶点；

Step2：找出矩形四条边中没有被圆覆盖的线段；根据误差控制参数，根据未被圆覆盖的线段画圆，要求所画圆经过线段的两个端点；

Step3：检查Step2中产生的圆是否满足整个矩形的距离约束值，如果满足，则保留该圆作为包络圆；如果不满足，将该线段等分成两个线段，重复Step2中的画圆步骤，直至所有产生的圆均满足距离约束值。

4.如权利要求1所述的一种考虑复杂工程约束的卫星布局方案设计方法，其特征在于，所述步骤(S4)中根据最大圆半径r_max和距离约束值d_C，计算得到新的误差控制参数tol的具体公式为：

5.如权利要求1所述的一种考虑复杂工程约束的卫星布局方案设计方法，其特征在于，将所述步骤(S6)替换为以下步骤：

记录所有平面卫星组件的包络圆在卫星舱坐标系中的圆心位置、半径大小和卫星组件在卫星舱垂直方向的坐标，使用包络圆之间的距离约束来等效替代卫星组件的不干涉约束和卫星组件距离约束，建立考虑实际工程约束的卫星布局优化设计问题的数学模型，所述实际工程约束包括卫星总体质量特性约束、温度场性能约束、组装测试约束和特殊组件的布局约束；

所述卫星总体质量特性约束用于控制卫星质心偏差、惯性夹角在一定误差范围之内，并降低卫星的转动惯量；

所述温度场性能约束用于控制卫星内部温度场的性能；

所述组装测试约束用于控制卫星组件相互之间保持一定的距离；

所述特殊组件的布局约束包括互为备份卫星组件的布局方式和磁力矩器的布局方式；

求解考虑实际工程约束的卫星布局优化设计问题的数学模型，得到卫星组件的布局方案。

6.如权利要求5所述的一种考虑复杂工程约束的卫星布局方案设计方法，其特征在于所述备份卫星组件的布局方式包括两种形式，第一种是两个相同卫星组件的长边并列且间隔一定距离放置，第二种是两个相同卫星组件的短边并列且间隔一定距离放置；

所述磁力矩器的布局方式为：将磁力矩器平行于卫星星体主轴且相互垂直放置。