正版 面向任务的快速响应空间卫星部署优化设计方法 陈盈果,张忠

第1章 导论
1.1 军事需求
1.2 研究意义
第2章 快速响应空间部署设计的基本模型与方法
2.1 快速响应空间体系
2.1.1 快速响应空间体系的组成和特点
2.1.2 快速响应模式
2.1.3 面向任务的快速响应运行流程
2.1.4 快速响应空间体系的关键技术
2.2 快速响应空间部署设计的基本问题模型
2.2.1 卫星轨道根数
2.2.2 各种轨道类型适用性分析建模
2.2.3 卫星可见性分析模型
2.2.4 基于可见性分析的效能评估模型
2.3 求解部署设计的优化算法
2.3.1 差分进化算法基本概念
2.3.2 多目标差分进化算法
2.3.3 算法流程
2.4 问题求解过程
2.5 本章小结
第3章 面向长效目标的快速发射模式卫星部署优化设计
3.1 快速发射问题分析
3.1.1 问题特点
3.1.2 基本假设
3.1.3 基于任务规划进行效能评估的部署优化框架
3.2 基于任务规划的效能评估模型
3.2.1 模型输入、输出要素
3.2.2 基于优先派遣的任务规划
3.2.3 基于任务规划的效能评估模型
3.3 自适应差分进化算法
3.3.1 基于试验设计的初始化
3.3.2 自适应策略
3.3.3 基于代理模型的局部搜索
3.3.4 快速发射模式下部署优化的求解流程
3.4 算例分析
3.4.1 应急目标呈区域分布的部署优化算例
3.4.2 应急目标呈全球分布的部署优化算例
3.4.3 算例比较分析
3.5 本章小结
第4章 面向短效目标的在轨重构模式卫星部署优化设计
4.1 在轨重构问题分析
4.1.1 问题特点
4.1.2 基本假设
4.1.3 维数可变的卫星部署优化和决策框架
4.2 在轨重构优化模型
4.2.1 优化变量与约束条件
4.2.2 目标函数
4.3 重构结构和机动变量同时优化的多目标差分进化算法
4.3.1 算法编码方式
4.3.2 基于多个子种群的初始化
4.3.3 结合估计分布的变异算子
4.3.4 自适应交叉算子
4.3.5 选择算子和外部种群管理
4.4 基于偏好的可视化决策
4.4.1 n维空间分层可视化技术
4.4.2 基于偏好的方案排序机制
4.5 算例分析
4.5.1 算法评价标准
4.5.2 算例描述
4.5.3 减少重访时间
4.5.4 提高累计覆盖时间
4.5.5 提高基于任务规划的效能评估指标
4.5.6 算例比较分析
4.6 本章小结
第5章 面向移动目标的多星组网模式卫星部署优化设计
5.1 多星组网问题分析
5.1.1 问题特点
5.1.2 基本假设
5.1.3 面向决策偏好的卫星部署优化框架
5.2 多星组网优化模型
5.2.1 考虑鲁棒性的多星组网效能评估模型
5.2.2 基于Lambert的轨道转移模型
5.2.3 多星组网的多目标优化模型
5.3 集成决策偏好的多目标优化算法
5.3.1 偏好集成方式
5.3.2 改进的R占优支配关系
5.3.3 基于IR占优的外部档案管理策略
5.3.4 IR-VSMODE算法步骤
5.4 .算例分析
5.4.1 算例描述
5.4.2 已知发射数量的多星组网
5.4.3 未知发射数量的多星组网
5.4.4 算例分析比较
5.5 本章小结
第6章 发展趋势分析
参考文献

陈盈果，男，1977年生，博士，国防科技大学系统工程学院，讲师，长期从事空间卫星部署优化等方面研究，荣获军队科技进步三等奖2次。

如何满足针对突发事件、反恐□□、灾害救援等具有突发性、短暂性和局部性的观测需求，是未来国家安全所关心的重要问题。传统空间系统以提供战略服务为目的，技术复杂、成本昂贵，难以有效对这类事件进行情报保障。因此，迫切需要构建高效、快速响应的空间系统（Operationally Responsive Space，ORS），以满足多样化的应急任务需求，实现对应急目标的快速响应。当前，以低成本、低风险、短研制周期、快速发射、快速响应为特点的小卫星逐渐成为空间系统的重要组成部分，一系列新技术、新概念、新管理方式在小卫星中的成熟应用，为ORS的发展提供了技术支持。
在应用需求和技术支持的背景下，本书将ORS作为常规空间系统的有益补充，以快响小卫星为主要研究对象，以充分发挥我国航天资源在应对各种突发事件下的空间观测优势为目的，综合运用多目标优化与决策技术，深入研究面向任务的ORS卫星部署优化中存在的问题及关键技术，提出了相应的求解方法。
本书结合我国ORS体系结构研究现状、组成部分和实际应用需求，研究了面向任务的三种快速响应模式：快速发射模式是在当前空间系统无法提供对应急任务的响应要求时，快速发射一颗小卫星在一定周期内进行应急观测：在轨重构模式通过调整在轨运行的多颗卫星间的相对位置，从而提高对短周期、临时任务的响应能力；多星组网模式是基于在轨重构、补网发射的卫星，旨在针对．移动目标实现多种载荷协同观测，多颗成像卫星能力互补。
本书针对快速发射卫星的轨道部署优化，设计了基于规则的简单任务规划来满足用户观测偏好，进而对轨道方案进行效能评估。求解部署优化问题时，提出了考虑局部搜索的自适应差分进化算法，实现了以较小的时间成本实现了对□优点的局部搜索。
本书针对在轨重构模式下的轨道部署优化，提出了处理维数可变的多目标差分进化算法，设计了基于多个子种群的初始化方法、基于估计分布的变异算子和自适应的交叉算子，确保算法在提高搜索能力的同时还保持种群多样性和分布的均匀性。针对算法产生的多个非支配解，本书设计了考虑用户决策偏好的可视化决策方法，验证了通过在轨重构模式来提高对应急目标响应能力的有效性和可行性。
本书围绕移动目标的应急观测，提出了多星组网模式下的卫星部署优化方法，考虑目标移动过程中对方案效能带来的不确定性，将对移动目标的观察描述为一个对潜在区域内随机目标的观测问题，构建了考虑鲁棒性的多阶段效能评估模型，定义了一种新的占优支配关系，基于此提出了面向决策偏好的多目标差分进化算法，在求解卫星配置和轨道部署优化时，能以更少的迭代次数，使算法收敛到满足用户偏好的局部P areto前沿。
本书在编撰、形成和出版过程中，得到了国防科技大学系统工程学院的全力支持，得到了国防工业出版社的大力帮助。在此，向他们一并表示由衷的谢意。

本书结合我国快速响应空间体系研究现状、组成部分和实际应用需求，系统地介绍了快速响应空间部署优化相关知识，主要内容包括：面向不同应急场景下的快速发射、在轨重构和多星组网三种快速响应模式和应用流程；三种快速响应模式下的效能评估和部署优化模型；针对不同快速响应模式特点的优化与决策方法。
作为系统深入研究快速响应空间体系应用的专著，本书主要面向快速响应空间论证、设计、评估等相关专业的研究生，也可作为从事快速响应空间系统运行管理的工程技术人员参考书。