[发明专利]一种基于代理模型的卫星星座系统多学科设计优化方法

说明书

本发明公开的一种基于代理模型的卫星星座系统多学科设计优化方法，属于航天器星座应用领域。本发明基于Walker‑δ星座构型与小型对地观测卫星结构，综合考虑星座构型与卫星子系统设计需求，建立卫星星座系统重点学科分析模型；采用基于支持向量机的序列径向基函数与离散‑连续变量采样方法，以卫星星座系统质量为目标函数，对预选的设计变量进行优化；通过离散‑连续变量采样方法实现离散变量在连续空间内的映射，利用RBF代理模型代替原分析模型，采用SVM辨识兴趣区间，在区间内序列采样对RBF代理模型进行更新与管理，从而高效获取满足星座构型与卫星子系统的需求，且卫星星座系统总质量尽可能小的设计方案，进而降低卫星星座系统计算成本、提高优化效率。

技术领域

本发明涉及一种基于代理模型的卫星星座系统多学科设计优化方法，属于航天器星座应用领域。

背景技术

卫星星座是指由多颗卫星按照一定规则和形状构成的可提供一定覆盖性能的卫星网络，是多颗卫星进行协同工作的基本形式。为了适应通信、导航和地球观测等领域的广泛需求，卫星星座技术得到了广泛重视。传统的卫星星座设计中，通常将卫星子系统简化为质点，未充分考虑卫星子系统性能与卫星星座构型设计的耦合关系，造成设计置信度不高。为提高星座系统的性能与设计质量，有必要开展卫星星座系统多学科设计优化。卫星星座系统设计主要包括星座构型设计与卫星子系统设计，需要综合考虑多个学科分析模型，包括星座轨道学科模型、星座对地覆盖学科模型、星座质量学科模型、卫星有效载荷学科模型、卫星供配电学科模型、卫星热控学科模型及卫星结构学科模型等。然而传统的进化算法(如遗传算法、粒子群算法等)需要调用成千上万次分析模型以获取最优解，并不适用于涉及高耗时分析模型的卫星星座系统多学科设计优化问题。因此，为了克服传统方法的局限性，十分有必要发展一种基于代理模型的卫星星座系统多学科设计优化技术，提高优化效率、缩短设计周期，从而在总体设计阶段能够快速实现星座系统方案的设计、优选与修改，为卫星星座系统方案论证与总体设计提供科学的依据与参考。

为了更好的说明本发明的技术方案，下面对所涉及到的相关数学工具进行简要介绍：

(1)径向基函数代理模型

径向基函数(RBF)是一种插值型代理模型，其基本形式如式(1)所示

其中n_s为样本点数量，φ(||x-x_i||),i＝1,2..n_s为基函数，β为RBF系数向量。常用的基函数类型如表1所示。

RBF需要在样本点处满足式(2)所示的插值条件

其中为样本点处的真实模型响应。

表1常用径向基函数类型