[发明专利]一种基于蚁群劳动分工的卫星舱布局方法

权利要求书

1.一种基于蚁群劳动分工的卫星舱布局方法，其特征在于，其步骤如下：

步骤一：在传统布局问题数学模型的基础上，建立卫星舱布局的数学模型，通过平移策略和干涉策略，将卫星舱布局由多目标带约束优化问题转化为单目标无约束优化问题；

步骤二：从空间的角度出发，建立蚁群劳动分工与卫星舱布局之间的映射关系，将卫星舱布局抽象为空间分配问题，提出基于蚁群劳动分工的布局方法；

步骤三：设计固定、平移、交换和跳跃四种占位动作，根据占位动作的特点定义环境刺激，根据待布物的特点定义响应阈值，根据蚁群劳动分工的刺激-响应原理设计待布物的空间位置占据方式；结合刺激-响应原理和卫星舱布局的特点，设计环境刺激和响应阈值的更新规则、并行占位动作执行方式、不同格局变换策略下的格局更新准则；

步骤四：初始化算法参数，随机生成初始格局；

步骤五：采用步骤二得到的基于蚁群劳动分工的布局方法求解卫星舱布局问题，更新容器半径，循环求解过程，直到满足停止条件；

步骤六：输出最终布局结果，包括容器半径、待布物坐标和布局结果图；

所述步骤一中卫星舱布局的单目标无约束优化问题的建立方法为：设卫星舱为圆形的容器C₀，待布物C_i为n个质量分布均匀的圆柱体，i∈{1,2,…,n}，容器C₀的初始半径为R，容器C₀的中心为坐标原点(0,0)，待布物C_i的半径为r_i、质量为m_i、质心坐标为(x_i,y_i)，则待布物的布局为

根据卫星舱布局要求，建立如下多目标带约束数学模型：

且

其中，R(X)指当前布局X下所有待布物的最小外包络圆半径，J(X)指当前布局X下整个系统的静不平衡量；

平移策略：将卫星舱系统的质心平移到容器C₀的中心：待布物C_i做相应的平移：此时，则多目标带约束数学模型转化为单目标带约束数学模型：

且

根据干涉策略，将单目标带约束数学模型转化为固定容器半径R下，系统的弹性势能最小化问题，建立如下单目标无约束数学模型：找到最优解后缩小容器半径R继续搜索，可逐渐逼近最小半径，得到合法的布局；

其中，E_i表示待布物C_i的挤压弹性势能，为待布物C_i与待布物C_j之间的干涉量；为待布物C_i与容器C₀之间的干涉量。

2.根据权利要求1所述的基于蚁群劳动分工的卫星舱布局方法，其特征在于，所述步骤二中将卫星舱布局抽象为空间分配问题的方法为：卫星舱布局视为将容器空间合理有效地分配给给定的待布物，每一种空间分配模式都对应待布物的一种放置方式，也就是卫星舱布局的一个解；在蚁群劳动分工中，蚂蚁选择哺育、筑巢、防御或觅食的行为完成任务分配，在卫星舱布局中，待布物选择固定、平移、交换或跳跃的动作完成空间分配；蚂蚁在劳动分工机制下选择恰当的行为完成任务分配，将待布物看作蚂蚁，将动作看作行为，结合卫星舱布局的特点，设计定制化的劳动分工机制，即可实现卫星舱布局的空间分配。