【技术实现步骤摘要】
一种基于多模型融合的卫星系统多学科优化方法
本专利技术涉及一种基于多模型融合的卫星系统多学科优化方法，属于航天器系统设计领域。
技术介绍
地球静止轨道(GEO)卫星系统在过去的几十年中得到了快速发展，并且由于在地球观测、导航与通信领域的优势，进而受到世界的广泛关注。近几年一些基于波音BSS-702SP平台的全电推地球静止轨道卫星如亚洲广播卫星-3A(ABS-3A)与欧洲通信卫星-115B(Eutelsat-115B)已经被成功研制。目前最先进的全电推GEO卫星能够使用高效电推进(EP)系统来实现所有的转移和机动，如轨道爬升，位置保持和姿态控制。相比于传统化学推进GEO卫星系统，全电推进卫星系统的最大优点在于采用高比冲电推进系统大幅缩减推进剂携带量并降低了发射成本。然而由于电推进系统的推力较小(通常几百mN)，全电推进卫星系统往往需要较长时间实现GTO到GEO的轨道转移(一般几个月)，一定程度上推迟了卫星的运营服务时间。此外，较长的变轨周期还会导致卫星在轨道转移期间反复穿越范艾伦辐射带，对卫星系统设备如太阳能电池阵列造成严重的辐射损伤，进而影响到整个卫星系统的性能。...
【技术保护点】
1.一种基于多模型融合的卫星系统多学科优化方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤A：确定全电推地球静止轨道卫星系统优化问题初始条件；步骤B：建立低精度地球同步轨道转移学科分析模型；步骤C：建立高精度地球同步轨道转移学科分析模型；步骤D：建立低精度卫星系统结构学科分析模型；步骤E：建立高精度卫星系统结构学科分析模型；步骤F：采用Co‑Kriging代理模型与基于NSGA‑II的多目标自适应填充采样方法，以卫星系统质量最小为优化目标，利用Co‑Kriging代理模型进行多精度模型联和仿真优化卫星系统参数；通过对卫星系统参数优化实现下述目的：在满足卫星系统构型需求、卫星子系统构型要...
【技术特征摘要】
1.一种基于多模型融合的卫星系统多学科优化方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤A：确定全电推地球静止轨道卫星系统优化问题初始条件；步骤B：建立低精度地球同步轨道转移学科分析模型；步骤C：建立高精度地球同步轨道转移学科分析模型；步骤D：建立低精度卫星系统结构学科分析模型；步骤E：建立高精度卫星系统结构学科分析模型；步骤F：采用Co-Kriging代理模型与基于NSGA-II的多目标自适应填充采样方法，以卫星系统质量最小为优化目标，利用Co-Kriging代理模型进行多精度模型联和仿真优化卫星系统参数；通过对卫星系统参数优化实现下述目的：在满足卫星系统构型需求、卫星子系统构型要求下，实现卫星系统质量尽量小，并降低卫星系统计算成本，提升优化结果的准确性与最优性；步骤G：判断高精度学科分析模型调用次数是否达到最大值；若未达到，则返回步骤F继续优化流程；反之，则优化流程终止，输出当前最优解作为全电推地球静止轨道卫星系统方案。2.如权利要求1所述的一种基于多模型融合的卫星系统多学科优化方法，其特征在于：步骤A至G所述的一种基于多模型融合的卫星系统多学科优化方法，具有较高的置信度与较短的优化周期，为实现卫星系统的快速优化与论证提供有力的支撑，并解决相关工程技术问题。3.如权利要求1或2所述的一种基于多模型融合的卫星系统多学科优化方法，其特征在于：步骤A实现方法如下，步骤A-1：确定全电推地球静止轨道卫星系统分析学科，主要由地球同步轨道转移学科、位置保持学科、太阳能供配电学科、卫星热控学科、卫星姿态控制学科与卫星结构学科组成；其中，位置保持学科、太阳能供配电学科、卫星热控学科与卫星姿态控制学科参考已有卫星系统进行构造；以第一阶段偏航角α、第一阶段俯仰角β、第二阶段俯仰角推力器沿轨道切线方向安装位置dT、推力器沿轨道法线方向安装位置dN、太阳能电池阵面积Asa、蓄电池容量Cs、热辐射器面积Ar、单个动量轮容量Hw、服务舱板芯子厚度SH、通信舱板芯子厚度CH、承力筒芯子厚度TBH、服务舱板铺层厚度SP、通信舱板铺层厚度CSP与承力筒铺层厚度TBP为设计变量，并确定各设计变量对应的取值范围；在此基础上，考虑卫星系统总变轨时间tf、东西位保误差λmax、南北位保误差imax、寿命初期功率PBOL、寿命末期功率PEOL、放电深度DOD、卫星系统内部稳态温度T、动量轮容量余量cAC、整星结构X方向一阶弯曲频率fX与整星结构Y方向一阶弯曲频率fY等约束条件，建立全电推地球静止轨道卫星系统优化问题模型如式(1)所示；其中，Msatellite为全电推地球静止轨道卫星系统总质量；步骤A-2：确定基于NSGA-II的自适应填充采样的Co-Kriging优化策略参数，包括低精度模型初始样本点数量、高精度模型初始样本点数量、高精度样本点数量最大值、高精度模型最大调用次数与进化相关参数；所述初始样本点数量、高精度样本点数量最大值、模型最大调用次数以及进化相关参数即确定卫星系统优化问题初始条件。4.如权利要求3所述的一种基于多模型融合的卫星系统多学科优化方法，其特征在于：步骤B建模方法如下，步骤B-1：基于改进春分点根数，建立地球同步轨道转移的高斯动力学方程；改进春分点根数如式(2)所示；其中，α、e、i、Ω、ω、M为经典开普勒轨道根数；在此基础上，建立星座轨道动力学方程如式(3)所示；其中，F＝[FR,FT,FN]与a＝[AR,AT,AN]分别是推力与摄动力加速度在轨道坐标系下的分量，由电推力器提供的推力加速度和空间摄动加速度两部分组成，w＝1+fcosL+gsinL和s2＝1+h2+k2为辅助变量，μ为地球常数；步骤B-2：忽略地球非球形引力与地球阴影对卫星变轨过程的影响，并设置仿真步长，对建立的全电推卫星系统地球同步轨道转移轨道动力学模型进行精度校验。5.如权利要求4所述的一种基于多模型融合的卫星系统多学科优化方法，其特征在于：步骤C建模方法如下，步骤C-1：基于改进春分点根数，建立地球同步轨道转移的高斯动力学方程；具体形式如式(3)所...
【专利技术属性】
技术研发人员：龙腾，马泽远，史人赫，
申请(专利权)人：北京理工大学，清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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