文档介绍：国防科学技术大学
硕士学位论文
基于代理模型的对地观测卫星系统顶层设计方法研究
姓名:陈盈果
申请学位级别:硕士
专业:管理科学与工程
指导教师:陈英武
2010-11
国防科学技术大学研究生院硕士学位论文
摘要
卫星系统顶层设计是对卫星颗数、卫星轨道和载荷参数进行优化设计,从而
最大化卫星系统观测性能和最小化系统成本。一个合理的卫星系统顶层设计方案
能够发挥卫星系统整体性能,尤其是随着成像卫星作用的凸显以及应用模式的不
断深入和扩展,顶层设计是卫星应用部门亟需解决的问题。论文分析了卫星系统
顶层设计的特点和面临的复杂性,采用基于代理模型的仿真优化方法,研究分析
各种代理模型的相关理论和对问题适用性,提出改进广义模式搜索算法进行优化
求解,并研究模型更新算法。本文主要进行了以下研究工作:
(1)研究卫星系统顶层设计的特点,从实体、耦合关系和系统规模三个方面
分析了设计过程中面临的各种复杂性,提出了基于仿真的卫星系统性能指标及其
影响因素集,明确了设计过程中的目标函数和设计变量的映射关系,并提出基于
代理模型的仿真优化方法。
(2)对响应面、径向基和 Kriging 模型的数学机理进行了详细阐述,通过非
线性的算例对三种代理模型的适应性进行了分析,结果显示 Kriging 模型相对其他
两种代理模型针对非线性函数具有更好的拟合性能。在此基础上,讨论了卫星系
统顶层设计中代理模型的构建包括的三个部分,重点介绍了仿真分析流程和实现
方法,以及序列迭代法构建代理模型。
(3)在仿真耗时的优化设计中,提出基于代理模型的改进广义模式搜索算法。
搜索步借助代理模型在当前网格内进行选点,所选择的点满足代理模型最优或最
大化期望提高两个原则,有效避免的选点的盲目性;筛选步利用代理模型预测筛
选集中各点提高的比例并进行排序,在非完全搜索的模式下,优先仿真提高程度
大的筛选点,切实提高了优化效率。改进广义模式搜索算法在对代理模型进行优
化求解时,通过选择新增样本点,实现了代理模型的更新算法。
(4)通过两个卫星系统顶层设计典型实例验证本文方法的有效性和实用性。
单星系统实例研究中,重点优化了轨道参数和载荷参数;在多星系统实例研究中,
由于设计变量和卫星颗数相关,重点验证了算法对多变量的适用性。同时,将文
中算法与 Analyzer 进行了比较,结果表明,无论在优化结果的稳定性或优化速度
上都优于 Analyzer。
主题词:卫星系统;顶层设计;代理模型;改进广义模式搜索
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国防科学技术大学研究生院硕士学位论文
ABSTRACT
Top design of satellite system concerns on how to optimize parameters of the
satellite orbitand sensor, the number of satellites, which is aimed to maximize the
system performance, meanwhile minimize the cost of the system A reasonable system
top design can maximize system performance, especially with the highlighting of
satellite effect or the exchanging and in-depth expansion of apply mode, which es
the urgently-solved problem of application departments. This paper analyses the
characteristic plexity of the issue, and adopts simulation optimization technique
based on surrogates to solve the problem. Moreover, we research on several surrogates’
relative theory and applicability to different conditions, and then put forward the
improved general pattern search algorithm. The main contents and conclusion of this
paper are outline