面向任务的对地观测卫星系统顶层设计仿真优化

对地观测卫星系统是当前最主要的太空信息获取平台。顶层设计是确定对地观测卫星系统中的卫星数量、种类，每颗卫星采用的轨道，以及卫星搭载的载荷种类、数目及主要性能参数。本课题通过研究和分析我国对地观测卫星系统的特点，针对观测任务需求，设计对地观测卫星系统顶层设计仿真优化框架，研究任务建模、顶层设计的参数体系与能力指标体系构建、顶层设计参数的仿真试验设计方法、仿真实验数据分析与仿真优化加速方法、基于知识的进化多目标优化算法，解决仿真优化中涉及的试验设计、优化搜索、代理模型等关键技术问题。本课题对我国未来对地观测卫星系统的发展具有重要的理论支持。

本项目深入研究了对地观测卫星系统的顶层设计问题。首先，分析了对地观测卫星系统顶层设计参数优化问题，提出了基于试验设计和代理模型的求解框架。其次，在点覆盖数字仿真方法基础上，从空间和时间两个方面构建了EOSS的性能指标体系，给出了每个指标的计算方法，研究了影响这些指标的系统因素，并通过定量分析验证了各个因素对不同指标的影响。第三，提出了综合拉丁方试验设计方法(CLHD)生成仿真方案，该方法保证所选择的采样点均匀充满整个设计空间，同时保证不同采样点之间相关性较小。分析了拉丁方矩阵的优化准则，定义了多目标的收益函数，采用快速模拟退火算法控制方案的生成过程，用正交性较好的拉丁方矩阵作为初始解，算法分别构建了4种变换邻域用以生成改进解和跳出局部最优，采用服从Cauchy分布的降温函数模拟算法的退火过程。第四，提出了基于多点更新的Kriging代理模型对其进行拟合分析，通过代理模型最优与最大化期望提高相结合的机制选择代理模型插值点，提出了基于函数改进的插值点过滤机制，构建了基于改进广义模式搜索算法的Kriging代理模型构建和优化框架，进而实现对EOSS整体性能的改进和提高。最后，通过两个实例验证了算法的有效性。