[发明专利]一种基于狼群算法的卫星舱圆形设备布局构造方法

说明书

本发明提出了一种基于狼群算法的卫星舱圆形设备布局构造方法，步骤如下：初始化圆形设备参数；初始化迭代次数、最大迭代次数和狼群算法，采用半径优先策略和质量优先策略得到初始狼群，将位置最优的狼设置为头狼；狼群游走，将游走后位置最优的狼选为头狼；头狼召唤其余的狼奔袭；狼群进行围攻，并对围攻前和围攻后的位置进行贪婪决策；按照“胜者为王”将狼群中位置最优的狼设置为头狼，完成一次迭代；迭代次数达到最大迭代次数，则输出最优布局结果；否则循环迭代。本发明无需转化成判定问题，有效降低了计算时间，可以提高搜索精度和求解速度，所得结果完全满足卫星舱布局的平衡性要求，可推广应用于卫星舱内非圆形设备的布局。

技术领域

本发明涉及航天器布局的技术领域，尤其涉及一种基于狼群算法的卫星舱圆形设备布局构造方法，适用于带平衡性能约束的圆形布局问题。

背景技术

卫星舱布局是研究仪器、设备等有效载荷在承载板上的最佳排放，布局方案的优劣直接影响卫星的性能、寿命和成本，是卫星工程总体设计的关键技术之一。卫星舱布局在工程上属于方案设计和复杂工程的系统问题，在数学上属于组合最优化和NP完全问题，既存在工程复杂性，又存在计算复杂性。

卫星舱布局问题描述如下：在一个带自旋的返回式卫星舱内，要求将仪器、设备等有效载荷互不嵌入地放置到卫星舱的承载板上；为了减少卫星舱飞行的阻力，应使卫星舱的半径尽可能的小；为了减小卫星舱自旋时产生的磨损、震动、发热、噪音等，应使卫星舱的静不平衡量也尽可能的小。考虑仪器设备的形状为圆形，且在卫星舱内垂直于舱中心轴线的圆形承载板上进行布局。以卫星舱的一个横截面为研究对象，则上述问题等价于一个带平衡性能约束的二维圆形布局问题。对于这类问题，传统求解方法以全装填法为主。全装填法首先将所有圆形设备强行放入容器中(不考虑约束条件)，然后不断调整各圆形设备的位置，直到所有圆形设备都满足约束条件。全装填法存在以下不足：①允许圆形设备之间、圆形设备与容器之间存在重叠，其将问题解空间变大，导致其中包含很多不可行解；②圆形设备的合法位置需要连续优化才有可能得到，计算时间较长，且所得布局不能严格保证圆形设备之间互不重叠；③经常把容器半径最小化问题看成判定问题，即在容器半径一定的情况下能否找到合法布局，若能则缩小半径继续搜索，进一步增加了计算时间。

发明内容

针对现有卫星舱布局方法搜索时间长、所得布局存在一定重叠的技术问题，本发明提出一种基于狼群算法的卫星舱圆形设备布局构造方法，从定序定位的角度将圆形设备放入合法位置，无需转化成判定问题，有效降低了计算时间，并能严格保证所得布局中圆形设备之间互不重叠。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种基于狼群算法的卫星舱圆形设备布局构造方法，其步骤如下：

步骤1：初始化圆形设备参数，设置目标函数为卫星舱的容器半径最小，约束条件为任意两个圆形设备之间互不重叠，且卫星舱的静不平衡量小于允许值；

步骤2：初始化迭代次数T＝1，最大迭代次数T_max；初始化狼群算法：狼群最大规模N_max、最小规模N_min，狼群规模N(T)＝N_max；分别采用半径优先策略和质量优先策略进行初始化得到初始狼群，将位置最优的狼设置为头狼；

步骤3：狼群游走H次，其中头狼采用贪婪策略更新位置，其余的狼无条件接收H次游走中的最优位置，并将游走后位置最优的狼选为头狼；

步骤4：头狼召唤其余的狼向其所在位置奔袭，若奔袭途中某个狼的位置优于头狼，则代替头狼重新发起召唤，直到每个狼与头狼之间的距离小于或等于围攻判定距离；

步骤5：狼群进行围攻，并对围攻前和围攻后的位置进行贪婪决策；

步骤6：按照“胜者为王”原则将狼群中位置最优的狼设置为头狼，完成一次迭代；