Kriging代理模型在对地观测卫星系统优化中的应用

结构优化是对地观测卫星系统(Earth observation satellite system,EOSS)性能提高的关键,但其覆盖性能难以解析计算.为实现EOSS优化,提出了仿真优化的求解思路:构建Kriging代理模型对仿真数据进行拟合,采用代理模型最优和最大化期望提高相结合的机制选择更新点,并定义单位距离的函数改进对更新点进行过滤;提出了改进广义模式搜索算法求解代理模型,搜索步采用遗传算法和序列二次规划算法实现,筛选步采用不完全动态筛选.最后,通过仿真实例和对比实验验证了本文方法的有效性.

对地观测卫星系统优化问题的求解框架与方法

对地观测卫星系统优化问题具有设计变量多、设计空间大、难以解析计算而仿真又十分耗时的特点,因此提出了基于综合拉丁方试验设计和代理模型的仿真优化框架.该框架通过综合拉丁方试验设计方法生成仿真方案,然后通过Kriging代理模型对仿真数据进行优化分析,为实现代理模型的更新提出了代理模型最优点与最大化期望提高相结合的方式,为实现代理模型的优化,提出了全局与局部相结合的搜索模式,其中全局搜索采用遗传算法实现,局部搜索采用改进广义模式搜索算法实现,最后通过仿真实例验证了该求解框架的有效性.

对地观测卫星姿态控制系统效能评估方法

卫星系统效能评估问题,是卫星提高工作效率和卫星方案优化设计的基础。以对地观测卫星姿态控制系统作为效能评估的对象,通过对卫星的任务需求进行分析,建立对地观测卫星姿态控制系统效能评估指标体系;基于灰色关联分析相关理论,引入熵权法计算指标权重,建立效能评估模型,计算得到综合灰色关联度,实现卫星姿态控制系统效能评估;通过数据验证所建体系具有可实现性与实用性。

海洋一号卫星观测任务规划算法设计及系统应用

针对海洋一号卫星观测任务规划需求,提出并实现了基于遗传策略的任务规划框架,解决了卫星实际使用中成像任务受卫星其他业务影响的多类型约束成像规划问题。基于海洋一号卫星实际规划业务要求,对任务规划约束和优化目标建立数学模型,提出了由预处理、窗口约束处理和组合约束处理与优化组成的三阶段规划框架。设计了多约束任务规划优化目标函数,并利用交叉、变异和种群选择等遗传机制对优化问题进行了求解。基于海洋一号卫星实际观测需求数据,对提出的算法进行了有效性和性能验证,结果表明本算法能够给出满足多类型约束的观测规划方案,并在观测时间、观测覆盖率等方面较其他策略有显著提升。研究结果表明通过优化目标函数的设计遗传算法能够实现复杂约束条件的成像规划求解,算法框架可为与海洋卫星具有相似业务特点的对地观测规划系统设计提供借鉴。

序列图像自主导航系统观测能力优化方法

针对空间目标序列图像自主导航系统欠观测的问题,详细阐述了图像序列对系统性能优化的作用,设计了一种基于多步轨道机动的系统观测能力优化方法。该方法以系统观测能力量化指标和机动能量消耗为目标函数,通过约束法将能量消耗目标转化为不等式约束,进而将多目标优化问题转化为单目标优化问题,并以相对运动位置范围为约束条件,利用内点法获得使观测能力最优的服务航天器轨道机动策略,分析了能量约束对观测能力优化结果的影响,即能量上限在一定范围内时,系统观测能力随着能量上限增加而改善;当超过一定范围时,观测能力将会达到最优并不再有明显的提升。仿真结果表明该方法能够有效提升观测能力,与现有方法相比在导航精度和优化效率上具有明显优势。

基于干扰观测器的复杂非线性系统优化控制方法

为了提高具有未知干扰的复杂非线性系统的控制性能和运行性能,提出了一种基于干扰观测器的复杂非线性系统优化控制方法(IOCM).该方法设计了一个基于模糊神经网络的模型逼近器来捕捉系统的非线性动力学,并利用干扰观测器来描述系统的未知干扰,以获得更准确的系统预测模型.然后,在多目标模型预测控制的框架下,提出了一种具有协同成本函数和多梯度算法的优化控制结构,以综合求解设定点和控制律.采用城市污水处理过程基准仿真平台(BSM1)验证所提方法的有效性.实验结果表明:暴雨天气条件下平均出水水质(EQ)为6711 mg/L、平均运行能耗(EC)为3805 kW·h;对比其他分步实现的优化控制方法,IOCM具有较好的鲁棒性,能够提高非线性系统的优化控制性能.

面向复杂地质目标的地震采集观测系统优化方法及应用

采集观测系统优化设计是提高地震资料质量和降低采集成本的一个重要手段。提高复杂地质目标陡坡带阴影区的反射能量是目前观测系统优化设计的一个难点。为此,提出了一种面向复杂地质目标的地震采集观测系统优化方法。首先,在三维模型上利用菲涅耳带半径,对高斯束照明能量重新优化,提高正演模拟的精度,提取各目的层面元接收能量和逆向照明能量。其次,根据不同地质目标和地表障碍物情况采用三种方法对观测系统进行优化:(1)基于目的层面元接收能量均匀性的炮点自动加密;(2)基于目的层逆向照明能量的炮点加密范围优化;(3)基于地表障碍物范围和目的层能量均匀性双重约束的炮点优化。将该方法用于胜利探区BS和G94北两个区块,有效提升了地震资料成像精度。

基于遥感卫星的极端气象观测数据安全预警系统设计

影响极端气象产生与演变的因素众多,给极端气象的预警工作带来较大难度,为及时对极端气象作出有效防御,利用遥感卫星观测数据设计并开发了极端气象观测数据安全预警系统;设计遥感卫星观测数据校准器、观测数据采集器、处理器、安全报警器,调整通信模块的连接方式,完成安全预警系统硬件的优化;通过遥感卫星、暴雨极端天气等数据库表的构建与连接,建立系统数据库;在系统硬件和数据库的支持下,利用遥感卫星观测数据获取气象观测数据,通过气象观测数据特征的提取,估算极端气象参数,将其与设置的安全阈值进行比对,综合极端气象强度和紧迫度参数,实现系统的安全预警功能;实验结果表明,所设计系统的平均预警时间偏差为0.18 h,误警率和漏警率平均值分别为2.8%和2.7%,响应时延平均值为16.4 ms。

由“系统能控性、系统能观测性”谈高校图书馆管理和服务优化

系统能控性和系统能观测性是“现代控制理论”中的两个重要概念。系统能控性反映了控制输入对状态的支配能力,系统能观测性表示了系统输出对状态的反映能力。笔者拟把高校图书馆看成一个系统,把学校的统一领导和图书馆应遵循的各类规章制度看成系统的“输入”,把图书馆建设取得的成果和经验看成系统的“输出”,图书馆建设过程中采取的各项举措看成系统的“状态变量”,尝试把高校图书馆建模为一个具有“多输入多输出”的多状态变量系统,并且是一个输入能控、输出能观测的系统,进而运用“现代控制理论”中“系统能控性、系统能观测性”的理念为高校图书馆的建设建言献策。

多波束卫星通信系统中的信号处理与优化技术

随着全球通信需求的不断增长和技术的迅速发展,多波束卫星通信系统成为关键技术之一,其能够提供宽广覆盖且数据传输率高。然而,现有的信号处理和优化技术仍有许多局限性,特别是在应对多样化服务需求和动态变化的通信环境时。因此围绕这一核心问题进行深入讨论,对多波束卫星通信系统的基础、信号处理技术与优化技术进行研究,旨在为多波束卫星通信系统的进一步优化提供新的思路和解决方案。

基于自适应波束赋形的宽带卫星通信系统性能分析与优化

文章针对基于自适应波束赋形的宽带卫星通信系统进行了性能分析和优化。通过设计实验方案,包括不同信道条件、天线配置和自适应算法等,采集了实验数据并进行了分析。实验结果表明,可以根据不同的信道条件、天线配置和传输速率来优化系统参数,以提高系统性能。

三维观测系统属性分析与优化设计

三维观测系统设计及其属性分析研究是地震数据采集的一个重要环节,其中观测系统属性分析中炮检距分布的合理性又是最重要的参数之一。现有的地震数据采集软件也未提供一个定量分析评判的标准。为此本文从炮检距分布合理性的定量化判断及其观测系统参数的最优化设计出发,提出了采用面元内相邻炮检距的变化率大小来判断炮检距分布的均匀性,利用炮检距变化率的方差最小化作为观测系统参数优化选择的目标函数,这在一定程度和部分环节上为观测系统的优化设计提供了新的方法和手段。

基于地球物理目标参数的三维观测系统优化设计

对于陆上三维地震采集的线束状观测系统优化设计,记录仪器的有效利用道数、观测系统总的覆盖次数、排列片的最大炮检距是最为重要的地球物理目标参数。针对这3个目标参数所论证的期望值的偏差最小化,提出了一套三维观测系统优化设计方法,即利用有约束的数学规划求解优化的目标函数,实现三维观测系统参数的最优化设计。应用该设计方法对胜利探区4个实际区块的观测系统参数进行了优化设计和对比分析,结果表明,在窄方位角采集、纵横向覆盖次数均匀分布等方面该方法的效果较好。

灰色系统理论的优化方法及其在卫星钟差预报中的应用

利用灰色系统理论对卫星钟差进行预报研究,论述了灰色GM(1,1)模型的建立,讨论了原始序列的预处理和模型优化方法,建立了相应的算法,并结合实例给出了一种通过参数优化模型的方法。计算结果表明,该方法可以提高卫星钟差预报的精度。

对地观测卫星总体参数多学科优化

针对对地观测卫星总体参数设计问题,建立了以对地观测性能最佳为目标的多学科优化模型,考虑姿轨控制、电源、结构、推进、有效载荷5个分系统的设计变量和相应约束条件,并考虑运载火箭对卫星设计的约束条件,通过经验公式建立分析模型.采用协同优化方法,利用外点罚函数法将系统级优化问题转化为无约束优化问题以改善协同优化系统级的数值缺陷,建立了多学科设计优化框架.计算结果表明通过优化可提升卫星的对地观测性能,验证了该方法的合理性.建模思路与优化方法可望用于更贴合工程实际的卫星参数设计.

基于迭代学习-未知输入观测器的卫星姿控系统鲁棒故障重构

针对卫星姿控系统出现执行机构故障,提出一种基于迭代学习-未知输入观测器(iterative learning-unknown input observer,IL-UIO)的鲁棒故障重构方法。首先,考虑卫星出现空间干扰力矩、模型不确定性以及陀螺漂移,建立小角度机动时的非线性姿控系统模型。其次,采用UIO干扰解耦原理和H!控制思想,设计IL-UIO估计卫星姿态欧拉角和角速度的同时,利用IL算法实现执行机构鲁棒故障重构。并利用Lyapunov稳定性理论证明了IL-UIO稳定性和动态故障偏差最终有界,通过线性矩阵不等式(linear matrix inequaliry,LMI)工具箱求解了观测器部分参数矩阵。最后,建立卫星闭环姿控系统并进行仿真,仿真结果验证了此方法的有效性。

基于分解优化策略的多敏捷卫星联合对地观测调度

多敏捷对地观测卫星联合对地观测调度问题是一个具有长时间窗、多时间窗等复杂约束的组合优化问题。为了解决该问题,提出将原问题分解为任务资源匹配及单星任务处理两个子问题的分解优化思路。设计了学习型遗传算法解决任务资源匹配子问题,算法中的知识模型在算法迭代过程中学习和提取知识,反馈并引导算法对任务资源匹配的搜索寻优过程。采用后移滑动策略及最优插入位置搜索策略解决单星任务处理子问题,并采用基于规则的方式处理其他约束。实验结果证明了所提方法的有效性。

卫星姿态控制系统故障重构观测器设计

对于卫星姿态控制系统,提出一种基于PD型学习观测器(Learning observer,LO)的系统故障重构方法。在P型LO的学习算法基础上引入测量输出估计误差的微分项,设计了一种PD型LO,估计卫星姿态角速度和姿态角的同时,快速精确重构卫星执行机构故障。给出了所提观测器的稳定性条件,并基于线性矩阵不等式技术提出一种系统化PD型LO设计方法。进一步,将所提PD型LO设计扩展用于卫星姿态敏感器故障的快速重构。最后,将所提方法应用于微小卫星推力器故障重构和陀螺故障重构,仿真结果校验了所提方法的有效性。

中国电磁卫星地面对比观测系统方案研究

针对我国即将发射的电磁监测试验卫星观测物理量和观测频段,结合我国现有地基观测基础和对比观测需求,本文提出了地面对比观测系统设计方案,包括观测对象、观测频段和观测区域的选取以及台网布局方式.在此基础上,根据该方案在甘肃省天祝前兆台阵区域建立了古丰、寺滩和坪城等3个台站的地面对比观测原型系统,并取得了电磁场的初步观测资料.对观测资料的分析结果表明,地电场和地磁场观测数据呈典型的日变化形态,具有较好的同步性和一致性,能够真实地反映小区域地电场和地磁场的变化.该结果可为今后开展试验性的星地联合观测和建立我国地震电离层立体监测体系提供技术支撑.

基于迭代学习观测器的卫星姿态控制系统的鲁棒容错控制

针对卫星在轨运行时存在执行机构故障和空间干扰问题,提出了一种将迭代学习与未知输入观测器(IL-UIO)相结合的鲁棒容错控制方法。该方法在继承了未知输入观测器干扰解耦优点的同时,运用迭代学习技术,利用前一时刻姿态角速度偏差和IL-UIO输入来更新当前故障信息,实现了执行机构的在线故障重构。进一步基于Lyapunov方法从理论上证明了设计的IL-UIO鲁棒稳定性和姿态角速度偏差一致有界性。最后,建立卫星闭环姿态控制系统对方法进行验证,仿真结果验证了方法的有效性。