具有性能约束的简化卫星舱三维布局算法研究

摘要

带有性能约束的简化卫星舱三维布局优化问题，已经被证实是属于NP难度问题。虽然至今人们尚无法给出如经典数学所期望的那种非常精确的求解方法，但寻找布局优化这一典型NP难度问题的最优解或者近似解，对于NP难度问题的研究有着重要的理论价值和现实意义。
　　本文以一个简化的国际商业通信卫星(INTELSAT-Ⅲ)为背景，研究卫星舱体内承载隔板上有效载荷的布局优化问题。首先基于不同对象，建立简化卫星舱模型的不同坐标系，然后利用罚函数方法将带有性能约束的布局优化问题转为不带性能约束的优化问题，最后利用启发式算法对构造出的目标函数进行优化，寻找布局的最优解。具体研究的内容如下:
　　(1)研究求解带性能约束的简化卫星舱布局问题的nELP方法。通过对势能曲面变平法(ELP)进行改进，提出了一种新的直方图更新机制，使得算法在模拟时更容易跳出又细又长的势能壁垒。将改进的ELP法和局部搜索的梯度算法相结合，并添加一些启发式策略来更新格局，提出一种全新的求解带性能约束的简化卫星舱三维布局问题的全局搜索方法——nELP算法。实验结果显示，卫星舱的转动惯量数值无论是在平均结果方面还是最优结果方面，均优于目前文献最新结果。
　　(2)研究简化卫星舱有效载荷的重新分配及启发式的布局优化方法。首先使用启发式分配策略，将卫星舱所要配置的有效载荷分配到卫星舱各个基面上;然后将圆形待布物外接成矩形待布物，并通过占角策略来更新格局;最后使用带加速策略的梯度法对更新后的格局进行进一步的优化。通过对包含了60个待布物的算例进行测试，实验结果表明了所提出的分配策略和布局优化方法的有效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状与进展

1．3 论文的主要工作

1．4 论文的组织结构

1．5 本章小结

第二章 启发式算法

2．1 启发式算法定义

2．2 启发式算法介绍

2．2．1 模拟退火算法

2．2．2 遗传算法

2．2．3 粒子群优化算法

2．2．4 禁忌搜索算法

2．2．5 势能曲面变平算法

2．3 启发式算法分析

2．4 本章小结

第三章 求解带性能约束的简化卫星舱布局问题的nELP方法

3．1 问题描述与数学模型

3．2 问题解决思路

3．3 解决卫星舱布局优化问题的nELP方法

3．3．1 对势能曲面变平法的改进

3．3．2 局部搜索机制

3．3．3 启发式策略

3．3．4 布局方法

3．5 实验结果和分析

3．5．1 算例测试

3．5．2 结果分析

3．6 本章小结

第四章 简化卫星舱有效载荷的重新分配及启发式的布局优化方法

4．1 求解思路

4．2 基于占角策略的启发式梯度算法

4．2．1 启发式格局更新策略

4．2．2 启发式局部搜索机制

4．2．3 算法描述

4．3 仿真实验与结果分析

4．3．1 算例测试

4．3．2 结果分析

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 论文所做的工作

5．2 论文的主要创新点

5．3 研究展望

致谢

参考文献

作者简介