微小衛(wèi)星低可觀測關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、本文以低可觀測微小衛(wèi)星設(shè)計需求為依據(jù)，進(jìn)行低可觀測關(guān)鍵技術(shù)的研究。與常規(guī)飛行器不同，微小衛(wèi)星低可觀測設(shè)計具備以下特征：1)探測設(shè)備均分布于衛(wèi)星下方，主要威脅類型為雷達(dá)；2)微小衛(wèi)星軌道機(jī)動能力有限，在有限能源下難以通過變軌實現(xiàn)威脅規(guī)避；3)太空環(huán)境背景簡單，不存在可供衛(wèi)星隱藏的遮擋體；4)強(qiáng)烈的太空粒子輻照、有限的可用資源及嚴(yán)格受限的發(fā)射重量、體積，限制了吸波材料、頻率選擇表面及主動電子對抗設(shè)備的有效使用。
　　 針對上述特征，

2、本文重點(diǎn)進(jìn)行了微小衛(wèi)星低RCS外形設(shè)計及低可觀測外形飛行姿態(tài)規(guī)劃方法的研究。全文可概括為以下幾個部分：
　　 1、在無法獲取國外研究詳情而國內(nèi)尚無公開報道的情況下，通過對國外專利及相關(guān)技術(shù)的跟蹤，結(jié)合威脅設(shè)備發(fā)展情況、相似技術(shù)研究情況及我國現(xiàn)有低可觀測微小衛(wèi)星研究進(jìn)展，提出了以低RCS外形設(shè)計為基礎(chǔ)、低可觀測外形飛行姿態(tài)規(guī)劃為輔助的研究方法，在目標(biāo)特性分析理論、特征控制技術(shù)及優(yōu)化方法研究的基礎(chǔ)上，保證了研究成果的先進(jìn)性和實用性。

3、
　　 2、針對已有飛行器低可觀測性能評估模型精度有限、易受先驗知識影響的特點(diǎn)，提出了一種基于衛(wèi)星軌道根數(shù)的評估模型。模型將威脅設(shè)備分布概率與威脅水平相結(jié)合，根據(jù)衛(wèi)星的軌道、散射特性及威脅設(shè)備的分布、工作特征，可精確計算出不同方位的威脅性分布情況，實現(xiàn)有效的衛(wèi)星低可觀測性能評估。同時，以設(shè)計模型為依據(jù)，在對不同軌道威脅性分布進(jìn)行大量計算的基礎(chǔ)上，獲得了微小衛(wèi)星低可觀測軌道的優(yōu)化選擇策略。
　　 3、為降低微小衛(wèi)星低可觀測

4、設(shè)計對星體結(jié)構(gòu)的影響，提出了一種獨(dú)立于衛(wèi)星熱控與力學(xué)結(jié)構(gòu)的微小衛(wèi)星低RCS外形，避免了對光學(xué)窗口、半導(dǎo)體太陽能電池板等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的RCS減縮處理，在降低衛(wèi)星設(shè)計難度的同時，獲取了更好的低可觀測性能。在低RCS外形優(yōu)化設(shè)計中，提出了一種衛(wèi)星低RCS外形快速優(yōu)化方法，通過關(guān)鍵參數(shù)選擇及低可觀測性能評估函數(shù)設(shè)計，將外形優(yōu)化轉(zhuǎn)換為評估函數(shù)最小值求解問題，結(jié)合基于數(shù)據(jù)擬合的快速預(yù)估方法，實現(xiàn)了設(shè)計外形的快速優(yōu)化處理。
　　 4、針對低可觀測

5、外形飛行姿態(tài)規(guī)劃需求，提出了一種適用于地面站、具備全局最優(yōu)解搜索能力的靜環(huán)境規(guī)劃算法。建立了適用于衛(wèi)星外形姿態(tài)規(guī)劃的數(shù)字空間圖模型，提出了基于“錐形”威脅均值計算空間及局部最優(yōu)姿態(tài)的規(guī)劃空間壓縮方法，制定了與姿控復(fù)雜度約束無關(guān)的規(guī)劃空間壓縮策略，結(jié)合專門設(shè)計的啟發(fā)預(yù)估代價快速計算方法、OPEN/CLOSE表結(jié)構(gòu)及相應(yīng)操作策略，解決了已有算法計算量大、難以應(yīng)用于工程實踐的問題，實現(xiàn)了不同約束條件下穩(wěn)定、有效的規(guī)劃。
　　 5、為滿

6、足計算資源有限的微小衛(wèi)星自主規(guī)劃需求，設(shè)計了一種基于局部最優(yōu)的動環(huán)境規(guī)劃模型，提出了一種基于粒子群優(yōu)化的動環(huán)境規(guī)劃算法。制定了基于規(guī)劃時間分段的規(guī)劃搜索策略，顯著降低了規(guī)劃算法的搜索難度，并提升了威脅代價評估的有效性；引入粒子群優(yōu)化，設(shè)計了流程簡單、易于執(zhí)行、存儲空間需求低、規(guī)劃計算量小的動環(huán)境規(guī)劃算法，將規(guī)劃實時性提高了近4個數(shù)量級。同時，設(shè)計算法的規(guī)劃計算復(fù)雜度與規(guī)劃空間維度、復(fù)雜性無關(guān)，并具備了同時降低雷達(dá)、激光探測設(shè)備及高能激光

7、武器威脅性的能力。
　　 6、以基于局部最優(yōu)的動環(huán)境規(guī)劃模型為基礎(chǔ)，提出了一種基于改進(jìn)遺傳算法的衛(wèi)星外形姿態(tài)規(guī)劃算法。針對規(guī)劃適應(yīng)度函數(shù)計算復(fù)雜度較高的特點(diǎn)，設(shè)計了每輪迭代只需進(jìn)行1次適應(yīng)度計算的自適應(yīng)交換、變異策略；定義了基于實數(shù)編碼的個體基因結(jié)構(gòu)，并將粒子群優(yōu)化中粒子追蹤的思想引入遺傳算法的變異操作，提升了算法的搜索效率，降低了算法執(zhí)行的復(fù)雜度。與相同計算量的典型自適應(yīng)遺傳算法相比，在迭代步長有限的情況下，設(shè)計算法收斂速度優(yōu)

8、勢明顯，滿足了計算資源有限的微小衛(wèi)星自主規(guī)劃需求。
　　 7、結(jié)合靜環(huán)境規(guī)劃算法及動環(huán)境規(guī)劃算法的設(shè)計特點(diǎn)，以無需規(guī)劃空間計算的全局最優(yōu)解模型為基礎(chǔ)，提出了一種具備全局近似最優(yōu)解快速搜索能力的衛(wèi)星外形姿態(tài)規(guī)劃算法。建立了基于規(guī)劃姿態(tài)性能評估函數(shù)的規(guī)劃模型，定義了擴(kuò)展鏈表式個體結(jié)構(gòu)，設(shè)計了基于個體節(jié)點(diǎn)信息的適應(yīng)度快速計算方法，制定了具備威脅分布預(yù)感知能力的初始種群生成方法、保留優(yōu)勢無效個體的進(jìn)化搜索策略、基于進(jìn)化收斂情況的自適應(yīng)規(guī)