[发明专利]一种面向多目标区域的分步式星座构型优化设计方法

权利要求书

1.一种面向多目标区域的分步式星座构型优化设计方法，其特征在于：

根据任务需求建立多目标区域的星座优化模型，设置所述星座优化模型的优化目标、优化约束条件和优化变量；

搭建星座优化计算平台，所述星座优化计算平台包括MATLAB模块和STK模块，MATLAB模块用于执行NSGA-Ⅱ算法的计算，所述STK模块用于执行星座优化模型的覆盖性能计算分析；

对于容易建模的优化约束条件，根据所述优化目标在NSGA-Ⅱ算法建立优化目标函数，采用NSGA-Ⅱ算法进行优化目标函数求解，得到优化目标函数的参考解集合；根据不容易建模的优化约束条件，以人为设计约束优先级的方式，从参考解集合中选出满意解；

其中，所述对于容易建模的优化约束条件，根据所述优化目标在NSGA-Ⅱ算法建立优化目标函数，采用NSGA-Ⅱ算法进行优化目标函数求解，得到优化目标函数的参考解集合；根据不容易建模的优化约束条件，以人为设计约束优先级的方式，从参考解集合中选出满意解，具体包括以下步骤：

C1、根据输入的任务需求，对于容易建模的优化约束条件，在MATLAB模块建立优化约束条件的数学模型与优化目标数学模型，并在NSGA-Ⅱ算法中建立优化约束条件与优化目标函数；

C2、采用NSGA-Ⅱ算法编码、交叉、突变，生成优化变量的参数值；

C3、MATLAB模块将优化变量的参数值输入STK模块，建立STK模块仿真元素；

C4、调用STK模块进行可见性分析，获取可见性数据，并将计算数据返回MATLAB模块；

C5、在MATLAB模块中完成目标函数值的计算，保存结果，并输出卸载STK模块的场景元素的指令；

C6、根据目标函数值，采用NSGA-Ⅱ算法生成新的优化变量的参数值，返回C3进行下一轮仿真计算；直至完成全部优化目标函数的计算；

C7、采用部分约束力较强的优化目标，对NSGA-Ⅱ计算得出的众多可行解进行排序筛选，采用筛选出的优秀的可行解形成参考解集合；

C8、根据不容易建模的优化约束条件，形成优选原则，并根据优选原则对参考解集合进行二次优化，得到最终的满意解。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述STK模块仿真元素包括目标区域、卫星轨道、星座构型、载荷能力。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述优化目标包括以下的一种或多种：

(1)星座系统对所有目标区域的覆盖特性最优；

(2)星座系统尽可能兼顾更多目标区域；

(3)星座系统对目标区域的覆盖特性尽可能均匀分布；

(4)新设计星座系统尽可能采用已有星座的能力；

(5)星座系统中需要新增的卫星总数量最少；

(6)为提高载荷使用效能，要求卫星部署轨道的高度尽可能低；

(7)星座系统中各卫星轨道高度、倾角、偏心率参数尽可能一致，便于星座构型稳定控制，节约燃料；

(8)星座部署所需运载数量最少；

(9)要求轨道倾角尽可能接近发射场纬度；

(10)系统对卫星平台的能力要求尽可能低；

(11)系统构建成本尽可能低。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述优化约束条件包括以下的一种或多种：

(1)星座类型；

(2)轨道高度；

(3)轨道倾角；

(4)轨道类型；

(5)卫星数量；

(6)面内卫星数量；

(7)运载能力效费比；

(8)星间相位因子；

(9)载荷能力；

(10)平台能力；

(11)运载能力；

(12)通信网络约束；

(13)与现有星座兼容性；

(14)重访时间。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述容易建模的优化约束条件包括卫星数量、轨道高度、轨道倾角、重访时间；所述不容易建模的优化约束条件包括运载能力、卫星平台能力、载荷种类。