基于改进粒子群算法的混合卫星星座优化设计.pdf

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1、上海航天AEROSPACESHANGHAI2010年第1期文章编号：1006-1630(2010)01·0036—04基于改进粒子群算法的混合卫星星座优化设计蒙波，韩潮(北京航空航天大学宇航学院，北京100083)摘要：对用低轨子星座和椭圆轨道子星座组成的混合卫星星座实现不均匀覆盖进行了研究。给出了低圆轨道和椭圆轨道的设计方法和计算模型。基于对传统粒子群算法的改进，提出了一种自适应变异与非线性单纯形法综合的高效粒子群优化算法对星座进行优化设计，并给出了设计的某混合卫星星座的整体构型。分析结果表明：该法明显优于遗传

2、算法和传统粒子群算法。关键词：卫星星座；粒子群算法；低轨轨道；椭圆轨道；优化中圈分类号：V412．41文献标示码：AOptimizationofHybridConstellationbyModifiedParticleSwarmAlgorithmMENGBo．HANChao(SchoolofAstronautics，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100083，China)Abstract：Thenon-uniformcoverageofs

3、atelliteconstellationtotheearthusingahybridconstellationformedbyonelowearthorbit(LEO)child-constellationandoneellipticorbitchild-constellationwasstudiedinthispaper．ThemethodofdesigningLE0andellipticorbitwasexpounded．andthecalculationformulaswereoffered．Anopti

4、maldesignofeffectiveparticleswarmalgorithm(AHPS0)withintheintegrationofadaptivemutateandthenonlinearsimplexmethodwasputforward．Theconfigurationofhybridconstellationproposedwasgivenout，whichwasbasedonthemodificationoftraditionalparticleswarmalgorithm(PSO)．Thea

5、nalysisresultsshowedthattheAHPS0wasmuchbetterthangeneticalgorithmandtraditionalPSO．Keywords：Satelliteconstellation；Particleswarmalgorithm；Lowearthorbitellipticorbit；0ptimization0引言自从1961年LUDERS率先分析了纬度带连续覆盖星座构型以来，对星座设计相关问题进行了大量研究[1]。其中，常将星座中各卫星的轨道设置为相同属性，即半长轴、

6、偏心率、倾角和近地点幅角相同，这样的星座或用于全球各地的均匀覆盖，或集中覆盖某个纬度带。但全球各地区发展不平衡，使各地区对星座覆盖的需求各异，因此希望星座能在为全球绝大部分地区提供一个平均覆盖的同时，又对经济热点地区提供较高覆盖。文献E23提出了一种混合卫星星座的设计方法，但所研究的卫星均为低轨，不能实现全球覆盖且局部地区覆盖增强的功能。收稿El期：2008—04—15I修回日期：2008-04—24作者简介：蒙波(1981一)，男，博士生，主要研究方向为航天器动力学与仿真、智能优化算法等．由为全球各地提供均匀覆

7、盖的低轨子星座和为全球经济量最大地区提供覆盖的椭圆轨道子星座组成的混合星座可提供较佳的性能。在科学和工程领域常用的粒子群优化(PSO)算法可用于非线性、不可微和多峰值的复杂优化。与其他优化算法相比，该算法的实现较简单，无需有参数调整，但其缺点是后期收敛速度慢、局部精细搜索能力较差。为此，本文基于非线性单纯形(NMS)提出了一种改进的自适应混合粒子群优化算法(AHPSO)用于混合星座的优化设计[3]。1低轨子星座轨道设计Walker星座以其均匀性和对称性成为提供全球均匀覆盖星座的首选‘4。。本文混合卫星星座中的低轨

8、子星座采用Walker构型。设低轨子星座有轨道面P个，每个轨道面有卫2010年第1期蒙波，等；基于改进粒子群算法的混合卫星星座优化设计星S颗，则卫星总数为P×S颗，低轨子星座中每颗卫星的轨道要素为(n茸，哆辟，i白，．0幻，御茸，^玎巧)一(∥，0，一，磁，0，M0)．(1)式中：a，e，i，n，叫，M分别为卫星轨道的半长轴、偏心率、倾角、升交点赤经、近地点幅角和平近点角