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《国防科学技术大学》 2006年
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卫星星座一体化优化设计研究

范丽  
【摘要】: 星座设计是星座部署和运行的前提,一个合理的星座设计方案能够实现整体性能最优,达到各方面综合平衡。论文首先系统地提出了星座构形一体化设计概念,进行了星座几何构形相关的主要性能测度和边界条件分析,提出了一体化优化方法,实现了星座构形的一体化优化设计。在此基础上对包括星座构形和卫星系统的星座系统一体化优化设计问题进行了研究。 研究了星座时空布局与覆盖性能、功能星座工作性能、星间链路性能、星座运行维持阶段的容错性能、稳定性能等之间的关系,将这些性能作为星座构形的设计准则,通过各种性能的权衡比较获得整体性能最优的星座几何构形。建立了多种面向现代优化方法的星座描述模型。对星座星间链路构建准则和优化设计方法进行了研究,确定了能够反映空间几何特性的Walker星座星间链路设计的基本准则,给出了星座全连通性数学解析判据和永久星间链路分析设计流程。 提出了天基多基地雷达系统方案并进行了系统设计,分析了系统各种性能测度与系统站址空间布局之间的关系。基于星座轨道构形约束条件,对有利于小RCS目标探测的大双基地角区域、双基地多普勒频率展宽以及三星T/R-R~2系统定位精度与几何布站和载星飞行几何之间的关系进行了分析,实现了单个性能指标要求下的星座几何构形优化设计,得到了进行星座一体化设计的性能测度分析模型以及指导星座设计的有用结论。 论文提出了星座构形一体化优化方法并进行了深入研究,该方法以进化算法作为解决星座优化设计的基本手段。针对一体化设计时,由于约束条件复杂导致求解困难的问题,提出了有效的约束处理方法,包括自适应序列约束边界法和约束邻域排斥策略。针对星座设计存在计算开销大,设计周期长的问题,提出了约束组织和预处理、动态分段策略等优化策略。应用此方法进行了全球导航星座、特定构形的区域覆盖的天基多基地雷达和全球覆盖的天基多基地雷达星座构形的一体化优化设计。设计结果表明该方法能够高效解决综合考虑多种设计因素、具有离散/连续混合变量、无梯度信息的星座一体化优化设计问题。 对星座系统一体化优化设计问题进行了研究。首先针对有源主动探测类型星座系统成本模型的特点,采用并改进了天基雷达系统成本模型、卫星设计模型、可靠性模型和系统运行性能分析模型等,模型充分考虑了天基雷达星座的组网工作、采用分布式探测结构对系统性能和成本的影响。然后,将星座系统设计问题分解成多个子问题,建立了设计结构矩阵,分析了它们之间的耦合关系。最后应用了协作优化方法作为设计的组织和协调框架,根据各子问题的特点设计了各自的优化器,对星座系统进行了设计优化。设计结果表明,本文所进行的系统分解和组织,构建的优化体系以及针对问题域的优化算法构成了一套灵活有效的星座系统一体化设计方法,能够对星座系统的性能和成本进行综合权衡,在兼顾子系统间耦合特性和自治的前提下实现星座系统的一体化设计。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:V423.4

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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3 孙俊清;李平;韩梅;;装卸桥调度问题及其混合智能优化算法GASA[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
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6 徐耀群;何少平;;傅立叶混沌神经网络及其在优化中的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 刘志雄;杨光祥;;基于轮盘赌概率分配编码方法的并行机调度优化[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
8 李会军;叶宾;;一种基于递归BP神经网络的多步预测控制方法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
9 李征航;龚晓颖;刘万科;吕海霞;;导航卫星自主定轨中地球自转参数误差的修正[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
10 王海红;郑晋军;何善宝;初海彬;韩治刚;李长江;;基于上注星历导航卫星分布式自主定轨系统[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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1 柳枝华;微粒群优化算法的改进及应用[D];南昌航空大学;2010年
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3 张海峰;空间三维信息重构与飞行器路径规划[D];山东科技大学;2010年
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5 肖小城;粒子群算法求解作业车间调度问题的研究[D];郑州大学;2010年
6 李跃;三维运动估计在织物动态仿真中的应用[D];浙江理工大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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【二级引证文献】
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1 李晓斌;非圆截面导弹空气动力工程估算方法研究[D];国防科学技术大学;2001年
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2 蒙文巩;黄俊;;基于遗传算法的协作优化方法研究[J];航空计算技术;2006年06期
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1 罗文彩;陈小前;王振国;;多方法协作优化方法研究[A];2008’“先进集成技术”院士论坛暨第二届仪表、自动化与先进集成技术大会论文集[C];2008年
2 郑安波;罗小云;马汉东;;协作优化在无人机概念设计中的应用[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
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1 范丽;卫星星座一体化优化设计研究[D];国防科学技术大学;2006年
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1 郑远斌;工程技术与装备技术协作优化研究[D];天津大学;2011年
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