[发明专利]基于遗传算法的超低轨道卫星头部减阻设计方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于遗传算法的超低轨道卫星头部减阻设计方法及系统，本发明包括确定超低轨道卫星头部的减阻优化变量参数；确定超低轨道卫星头部需要优化的目标函数和约束条件；对减阻优化变量参数面向遗传算法进行编码；首先根据目标函数确定遗传算法的适应度，确定遗传算法的有关运行参数，然后通过遗传算法反复迭代执行选择、交叉、变异，提高遗传算法的适应度、个体逐渐接近最优解，最终在满足迭代退出条件时输出全局最优解；将全局最优解解码得到最优减阻优化变量参数，通过上述方式，本发明能够简单快速地完成超低轨道卫星头部的减阻设计，使得设计得到的卫星气动阻力小，而且能够确保卫星控制系统和有效载荷部件的体积要求。

技术领域

本发明涉及超低轨道卫星减阻设计技术领域，具体涉及一种基于遗传算法的超低轨道卫星头部减阻设计方法及系统。

背景技术

超低轨道卫星主要运行高度为120-300km。在这样的高度上飞行，尽管大气密度只有10^-8～10^-11kg/m³的量级，作用在卫星上产生的气动力矩能够达到几十甚至几百毫牛米的程度，并且长期积累，对卫星姿态的干扰影响巨大。

为了解决低轨道卫星轨道高度低，受到的气动阻力大，轨道衰减快的问题，目前采取的办法主要是减小卫星迎风面积，从而减小气动阻力，但是减小迎风面积带来的缺点就是卫星内部空间不足，基本为狭长、扁平的空间，对于卫星控制系统和有效载荷部件的体积要求十分苛刻。

发明内容

本发明要解决的技术问题时：针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供一种基于遗传算法的超低轨道卫星头部减阻设计方法及系统，本发明能够简单快速地完成超低轨道卫星的减阻设计，使得设计得到的卫星迎风面积小、气动阻力小，而且能够确保卫星控制系统和有效载荷部件的体积要求。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于遗传算法的超低轨道卫星头部减阻设计方法，包括：

1)确定超低轨道卫星头部的减阻优化变量参数；

2)确定超低轨道卫星头部需要优化的目标函数和约束条件；

3)对减阻优化变量参数面向遗传算法进行编码；

4)首先根据目标函数确定遗传算法的适应度，确定遗传算法的有关运行参数，然后通过遗传算法反复迭代执行选择、交叉、变异，提高遗传算法的适应度、个体逐渐接近最优解，最终在满足迭代退出条件时输出全局最优解；

5)将全局最优解解码得到最优减阻优化变量参数。

可选地，所述超低轨道卫星头部为圆台结构，步骤1)中确定的超低轨道卫星头部的减阻优化变量参数包括头部长度H和头部锥角θ。

可选地，步骤1)之前还包括推到确定头部减阻优化变量参数的步骤：

S1)建立超低轨道卫星头部的气动模型；

r＝R-L tanθ

A₁＝πr²＝π(R-L tanθ)²

上述各式中，r为头部的上底面半径，R为头部下底面半径，L为头部的母线长，θ为头部锥角，H为头部长度，A₁为头部迎风面面积，A₂为头部侧面面积；

S2)将超低轨道卫星头部分割成产生的气动力互不影响的两部分，然后将两部分叠加获得气动阻力的函数表达式如下式所示：