收藏本站
《大连理工大学》 2008年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

卫星有效载荷配置和布局设计方法

王奕首  
【摘要】: 卫星有效载荷配置和布局协同设计是卫星总体设计的关键内容。卫星有效载荷配置和布局设计是指从有效载荷的备选集中选择满足客户功能要求和约束条件的有效载荷,并通过合理的组合最大限度的满足并优化用户提出的性能指标集,获得优化的产品配置方案;同时将该配置方案中有效载荷合理地布置在卫星舱内外,满足各种工程技术约束条件并尽可能优化布局方案的各项性能指标。所谓有效载荷是指装载在卫星上的直接实现卫星在轨运行特定任务的仪器、设备。在基于卫星设计公用平台基础上,卫星有效载荷配置和布局协同一体化设计是设计系列新卫星的关键,对于缩短卫星设计周期、节约成本、提高卫星性能等方面有着重要作用。在数学上,它属于组合最优化问题:在工程上,属于复杂工程系统问题。面临的主要困难在于既涉及数学上的组合爆炸问题,又涉及工程复杂性问题,并要达到工程实用。 本文以委托的相关卫星设计项目和航天领域“863”项目子课题为工程应用背景,在相应国家自然科学基金项目资助下,研究卫星有效载荷配置和布局设计及协同一体化设计方法,研究基于知识融合的人机结合协同进化设计方法。本文目的一是探索工程组合优化问题求解策略和方法,二是为支持卫星设计公用平台的卫星有效载荷设计仿真系统提供配置和布局协同一体化设计模块,三是为面向未料变化的应急设计提供理论方法和技术支持。论文的主要工作如下: (1)根据卫星有效载荷设计的过程和原则,建立了基于配置模块的卫星有效载荷配置设计模型,形成类产品结构层次树。通过配置模块的实例化完成一定功能的卫星有效载荷(产品组件)选择,分析了布局和接口两种配置约束关系。给出基于配置多Agent系统的求解方法(Configuring multi-agent system,CMAS),实现配置约束满足和性能指标优化分离,即通过配置Agent之间交互处理配置约束,获得配置实例构成可行的配置方案,进而采取基于蚁群算法的配置多Agent优化配置方案,利用蚁群算法的信息素浓度更新策略实现配置方案性能指标优化,并用于MSG-1卫星的有效载荷辐射仪(SEVIRI)配置设计。 (2)分析了卫星有效载荷布局设计的数学模型特点和求解策略,给出了一种用于求解卫星舱布局设计问题的散射协同进化算法(Cooperative coevolutionary scatter search,CCSS)。散射搜索算法(Scatter search,SS)是近年来兴起的求解组合优化问题有效方法,易于同启发式和局部搜索算法集成。针对本文卫星有效载荷布局问题为非连续多峰函数、易于早熟特点,对散射搜索算法进行了改进,给出了基于坐标变换的多样性解生成方法,采取新的参考集更新方法,给出了针对两类布局问题的两种新解改进方法。经带约束圆形Packing问题算例实验表明,散射搜索算法具有较好的全局搜索和局部搜索能力。针对卫星舱布局设计属耦合复杂工程设计问题,具有计算复杂性,采取分解策略,将合作式协同进化框架和散射搜索法相结合,构成散射协同进化算法(CCSS),卫星舱布局设计数值实验表明了该散射协同进化算法的可行性和有效性。 (3)给出了基于知识融合的人机结合协同进化设计方法(Human-computercooperative coevolutionary design based on knowledge fusion,HCCKF),用于求解复杂卫星舱布局设计问题。首先建立广义知识模型和求解模型,采用协同进化框架,实现系统分解为若干子系统的协同进化求解,提出了基于人智知识、先验知识和算法知识三者融合的求解策略,进而建立了问题广义知识模型,用以描述算法计算方案、先验知识方案和在线人智方案,又给出了针对该模型的广义进化模型(也可看作知识融合模型),采用本文改进的扩展散射搜索算法作为知识融合算法,实现人智知识、先验知识和算法知识有效充分融合。编制该方法系统原型,处理难数学化描述的设计因素,以发挥人机各自特长,从而达到工程实用和优化的目的。本方法也可用于配置和布局协同一体化设计 (4)在上述工作和本课题组开发的航天器布局优化设计与仿真平台基础上,给出了卫星有效载荷配置和布局协同一体化设计方法和过程,讨论了相应的基于共生进化的配置和布局协同一体化设计模型、设计流程及其系统框架。在原有的航天器布局优化设计与仿真平台上增加了本卫星有效载荷配置和布局设计一体化设计模块。最后通过简化的欧洲第二代气象卫星MSG-1整星有效载荷配置和布局设计实例,对本文协同一体化设计方法和过程进行验证。 本文的研究具有理论意义和应用价值,可望推广应用于其它航空航天器、工程机械、隧道掘进机、船舶、高速列车等领域的配置和布局一体化设计。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;瑞典的笫一颗卫星正在总装[J];国际太空;1983年06期
2 黄海;谭春林;裴晓强;;卫星总体参数多学科优化与建模探讨[J];航天器工程;2007年03期
3 ;美国正在研制标准卫星[J];国外航天动态;1977年04期
4 林来兴;;小卫星技术发展和应用前景——兼谈卫星设计思想演变[J];航天器工程;2006年03期
5 郭爱斌;米洁;董晓琴;邓家禔;;概念设计集成系统与星座方案探索[J];北京航空航天大学学报;2007年05期
6 李德信,吕延军,贾杰,赵华群;柔性制造系统(FMS)调度中的进化算法研究[J];组合机床与自动化加工技术;2002年08期
7 侯云鹤,鲁丽娟,熊信艮,吴耀武;量子进化算法在输电网扩展规划中的应用[J];电网技术;2004年17期
8 刘海林,刘永清;多目标最优化进化算法中适应性的选择[J];广东工业大学学报;2002年01期
9 臧宏志,徐建政,俞晓冬;基于多种人工智能技术集成的电力变压器故障诊断[J];电网技术;2003年03期
10 陈进,杨涛,杨阳;基于同态映射进化算法的改进方法研究[J];中国机械工程;2004年01期
11 王江峰,伍贻兆,Périaux J;进化算法与确定性算法在优化控制问题中的收敛性对比[J];计算力学学报;2004年03期
12 肖辉;郭振邦;李达;;进化算法在船体结构优化设计中的应用[J];天津理工大学学报;2006年02期
13 轩宗怡;张翠军;;基于混合蛙跳算法的背包问题求解[J];科学技术与工程;2009年15期
14 王云;王俊;韩伟;;基于进化算法的多智能体合作学习[J];山东大学学报(工学版);2010年06期
15 童梅,童杰,蒋静坪;有源滤波器的神经网络控制[J];电工技术学报;2000年01期
16 代冀阳,李艳霞,万卫强,毛剑琴;采用进化算法优化H_∞加权阵的选取[J];南昌航空工业学院学报(自然科学版);2002年03期
17 宫新保,朱杰;基于进化算法的RBF网络在多用户检测中的应用[J];电子测量与仪器学报;2003年01期
18 马清亮,胡昌华;进化算法在系统可靠性多目标优化中的应用[J];上海航天;2004年02期
19 侯中喜;陈小庆;郭良民;;基于排挤机制改进的多目标进化算法[J];国防科技大学学报;2006年04期
20 刘志峰;王虎;;基于回收元进化的回收设计[J];组合机床与自动化加工技术;2007年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 胡唐生;;某无人机载有效载荷的结构设计[A];2011年机械电子学学术会议论文集[C];2011年
2 何慧婉;;小卫星的发展应用与前景[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第九次学术会议论文集[C];1996年
3 杨秉新;李博;;21世纪初航天光学有效载荷发展动态[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
4 杨秉新;李博;徐彭梅;;我国航天光学有效载荷现状与发展动态[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十九次学术会议论文集(上册)[C];2006年
5 蔡金荣;林云龙;孙辉先;师立勤;;SJ-5卫星有效载荷飞行试验结果[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十三次学术会议论文集[C];2000年
6 蔡金荣;林云龙;孙辉先;师立勤;;SJ-5卫星有效载荷飞行试验结果[A];实践五号卫生空间探测与试验成果学术会议论文集[C];2002年
7 陈小敏;孙辉先;王平连;赵天麟;;双星计划中的有效载荷公用设备分系统[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十七次学术会议论文集[C];2004年
8 陈小敏;孙辉先;潘俊涛;叶壮;吕良庆;汪大星;安军社;李慧军;惠平;李昌宏;;有效载荷数据管理系统的研究与实现[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十二次学术会议论文集[C];1999年
9 刘和光;;海洋微波遥感有效载荷技术[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
10 刘玉荣;曲艺;陈立军;王红飞;顾明;庞阳;;育种卫星微重力实验地面运控系统[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十九次学术会议论文集(下册)[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 姜恩;燕大与中科院共建“航天高技术应用联合实验室”[N];科技日报;2009年
2 恽风;瞄准前沿 打造创新之星[N];中国航天报;2009年
3 ;殷兴良:构造快速进入空间和应用空间的能力[N];中国航天报;2001年
4 杨子岩;危机下的韩国军情考量[N];人民日报海外版;2009年
5 记者 付毅飞;“全月球影像图”达国际先进水平[N];科技日报;2010年
6 中国空间技术研究院五○四所所长 张洪太党委书记 邱乐德;加快空间载荷技术创新 推进中国空间技术发展[N];科技日报;2008年
7 航天科技集团公司504所所长 张洪太 党委书记 邱乐德;创空间飞行器有效载荷新辉煌[N];中国航天报;2006年
8 李婵;我们帮“嫦娥”维持体温[N];北京科技报;2007年
9 洪山;美计划研制留空时间长达五年的新型无人机[N];中国航空报;2007年
10 洪山;诺·格公司透露两种无人机概念[N];中国航空报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王奕首;卫星有效载荷配置和布局设计方法[D];大连理工大学;2008年
2 许伟;基于进化算法的复杂化工过程智能建模方法及其应用[D];华东理工大学;2011年
3 贾东立;改进的差分进化算法及其在通信信号处理中的应用研究[D];上海大学;2011年
4 张鹏翔;多目标进化算法及其在电力系统中的应用研究[D];华中科技大学;2004年
5 王瑜;基于多方法融合的进化算法研究[D];中国科学技术大学;2011年
6 李映;混合智能计算方法及其应用[D];西安电子科技大学;2002年
7 崔承刚;基于启发式知识进化算法的复杂约束优化问题求解[D];浙江大学;2010年
8 陆婷;进化回归神经网络的研究及应用[D];华南理工大学;2003年
9 王允良;飞行器总体参数优化的进化算法及其应用研究[D];西北工业大学;2006年
10 童梅;智能控制在电力系统谐波抑制中的应用[D];浙江大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 谢俊凰;进化算法研究平台的设计与开发—数据处理[D];太原科技大学;2011年
2 刘彤;解多目标优化问题的进化算法[D];西安电子科技大学;2010年
3 邹丽珊;共同进化算法及其应用研究[D];湘潭大学;2002年
4 刘楠楠;基于进化算法的多目标优化算法及应用研究[D];南京航空航天大学;2010年
5 杨淑媛;量子进化算法的研究及其应用[D];西安电子科技大学;2003年
6 刘淳安;无偏好多目标优化进化算法及其应用[D];西安电子科技大学;2005年
7 杜金玲;基于水平集进化的全局优化进化算法研究[D];西安电子科技大学;2004年
8 冀德刚;物流运输中车辆路径优化算法研究[D];河北大学;2011年
9 张丽君;双壳散货船强度评估及结构重量优化[D];天津大学;2004年
10 周丽娟;进化算法及其在全局优化和VRP中的应用[D];西安电子科技大学;2007年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978