[发明专利]面向总体设计的卫星结构性能预测方法

说明书

本发明公开了一种面向总体设计的卫星结构性能预测方法，包括1、构建卫星整星结构的高精度有限元仿真模型，输入不同的卫星结构设计方案，得到结构性能的响应值，将多组设计方案及性能响应值组成训练数据集；2、构建多项式响应面代理模型，使用训练数据集对该多项式响应面代理模型进行优化训练；3、将优化训练后的多项式响应面代理模型嵌套在卫星总体设计优化系统中；4、给定任意的卫星结构设计方案，基于已构建的多项式响应面代理模型计算得到卫星结构性能的预测值。通过大量的训练数据对代理模型进行训练，使代理模型的预测精度较高，将代理模型嵌套于卫星总体设计优化系统中，其得到性能预测值的时间大大缩短，提高了卫星总体设计的效率。

技术领域

本发明属于卫星总体设计领域，尤其涉及一种面向总体设计的卫星结构性能预测方法。

背景技术

随着卫星技术的快速发展和应用规模的日益扩大，人们对发展短周期、低成本、高可靠的先进卫星设计理念与方法提出了迫切的需求。现如今，虽然计算机的计算能力得到了明显的提升，但是高精度仿真模型的计算时间仍然非常长，设计优化效率较低，例如一次卫星整星结构有限元高精度分析可能需要几十甚至上百小时。若将高精度仿真模型直接嵌套于卫星设计优化中，将导致计算成本无法承受。而构造高精度仿真模型的低成本代理模型可以有效降低优化计算时间，提高卫星设计优化效率。

近年来，在卫星总体设计中采用代理模型技术替代高精度模型进行学科分析和性能预测，已经得到关注和研究，比如采用传统多项式响应面模型、克里金插值模型、径向基神经网络模型等，其思路也是通过构建上述代理模型，提高设计优化效率。

目前卫星设计优化中采用的代理模型技术存在的主要问题包括：传统多项式模型难以正确选择基函数，极大影响多项式响应面精度；克里金模型和径向基插值模型在构建模型面临计算量大的困难。本发明以多项式模型为对象，针对其面临的基函数选择问题，创新提出了通过多任务优化和集成有效解决基函数优选问题，从而极大提高模型精度，且有效提升建模稳健性，实现构建具有高精度卫星性能预测能力的代理模型。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在卫星总体设计过程中，怎样提高卫星结构性能的预测精度及计算效率，提出了一种面向总体设计的卫星结构性能预测方法。

为解决该问题，本发明所采用的技术方案是：

一种面向总体设计的卫星结构性能预测方法，包括以下步骤：

步骤1：构建卫星整星结构的高精度有限元仿真模型，输入不同的卫星结构设计方案的结构参数变量x，通过该高精度有限元仿真模型得到与卫星结构设计方案相对应的卫星结构性能的响应值，将多组卫星结构设计方案及卫星结构性能响应值组成训练数据集；

步骤2：构建卫星结构性能预测的多项式响应面代理模型，使用训练数据集对该多项式响应面代理模型进行优化训练；

步骤3：将优化训练后的多项式响应面代理模型嵌套在卫星总体设计优化系统中；

步骤4：给定任意的卫星结构设计方案，基于已构建的多项式响应面代理模型计算得到卫星结构性能的预测值。

进一步地，步骤1中所述高精度有限元仿真模型是指基于卫星结构设计方案利用仿真软件构建卫星整星结构的高精度有限元仿真模型。

进一步地，所述训练数据集是指基于计算机实验设计在设计域内根据卫星结构设计方案x^(l),l＝1,2,...,n，n为样本总数，通过已构建的高精度有限元仿真模型分析得到对应的卫星结构性能响应值y^(l),l＝1,2,...,n，组成训练数据集D＝{(x^(l),y^(l)),l＝1,2,...,n}。

进一步地，步骤2中所述根据训练数据集对多项式响应面代理模型进行训练优化的方法是：