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面向对地观测卫星系统顶层设计的试验设计方法研究

作　者: 荆显荣
导　师: 陈英武
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 管理科学与工程
关键词: 对地观测卫星系统试验设计正交设计均匀设计拉丁方设计、稳健设计
分类号: V423.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 69次
引　用: 1次
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内容摘要

对地观测卫星系统(Earth Observation Satellite System,简称EOSS)是获取太空信息的主要渠道,在军事活动和国民经济建设中发挥着日益重要的作用。随着我国经济和技术的发展,我国卫星的数量和水平也在日益增加。因此,在卫星的概念设计阶段就应合理设计卫星的轨道和载荷,以实现对地观测卫星系统的观测效能的最大化。卫星的轨道参数和关键载荷参数与观测效能之间没有解析的表达式,这给卫星系统的设计者带来了很大的麻烦,借助于仿真优化的思路可以很好地解决该问题。试验设计是仿真优化的一个模块,一方面提供对地观测卫星系统设计空间有代表性的设计点,以便减少仿真实验的次数,另一方面可以提高试验点和观测效能之间的观测效能近似模型的求解精度。对地观测卫星系统的设计空间涉及变量众多,且变量取值范围很大,且变量对观测效能的影响不明确,试验设计方法很适合该问题的研究。本文以重点战略区域目标、应急任务和国土普查等观测需求作为任务,将其转化为对地观测卫星系统的可以量化的指标集。分析总结了对地观测卫星系统的设计因素集,主要包括轨道因素和关键载荷因素,并将轨道摄动等噪声因素考虑进来。在此基础上,建立了面向对地观测卫星系统顶层设计的试验设计框架。在优化设计初期,利用正交设计生成对地观测卫星的方案,经过STK仿真后,对试验结果利用极差分析和逐步回归技术进行敏感性分析,缩小设计空间,并得到因素的影响程度排序;在优化设计中期,在初期分析结果的基础上,利用均匀设计和拉丁方设计生成对地观测卫星系统的设计方案,为仿真优化提供较好的输入;在优化设计后期,考虑轨道摄动等噪声因素的影响,对得到较好的设计方案进行稳健设计,使对地观测卫星系统的设计方案的稳健性也较好。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-10
第一章绪论  10-17
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-14
    1.2.1 EOSS 设计的国内外现状  11-13
    1.2.2 试验设计的国内外现状  13-14
  1.3 论文主要研究工作和创新点  14-15
  1.4 论文组织结构  15-17
第二章 EOSS 顶层设计的试验设计框架  17-31
  2.1 EOSS 顶层设计的特点  17-18
  2.2 EOSS 顶层设计的指标集和因素集  18-26
    2.2.1 指标集  18-20
    2.2.2 因素集  20-26
    2.2.3 总结  26
  2.3 EOSS 顶层设计的试验设计框架  26-31
    2.3.1 试验设计的一般步骤  26-28
    2.3.2 EOSS 顶层设计的试验设计的框架  28-31
第三章 EOSS 优化设计初期-正交设计&敏感性分析  31-50
  3.1 正交设计特点及其构造方法  31-33
    3.1.1 正交设计的特点  31-32
    3.1.2 正交设计的构造方法  32-33
  3.2 正交设计表构造  33-40
    3.2.1 有限域方法构造正交表  33-38
    3.2.2 混合水平正交表构造  38-40
    3.2.3 优良性准则  40
  3.3 敏感性分析  40-44
    3.3.1 Matlab 和STK 仿真平台  41-42
    3.3.2 无量纲极差分析技术  42-43
    3.3.3 逐步回归分析技术  43-44
  3.4 EOSS 顶层设计正交设计建模与分析  44-49
    3.4.1 正交设计对EOSS 顶层设计的建模  44-46
    3.4.2 正交设计对EOSS 顶层设计的数据分析  46-49
  3.5 本章小结  49-50
第四章 EOSS 优化设计中期—均匀、拉丁方设计  50-66
  4.1 均匀设计与拉丁方的背景  50-51
  4.2 总均值模型  51-53
    4.2.1 拉丁方设计总均值模型  51-52
    4.2.2 均匀设计总均值模型  52-53
  4.3 EOSS 顶层设计拉丁方设计建模  53-60
    4.3.1 优良性准则  53-54
    4.3.2 改进的ESE 算法  54-56
    4.3.3 EOSS 顶层设计拉丁方建模  56-60
  4.4 EOSS 顶层设计均匀设计建模  60-65
    4.4.1 均匀性测度  60-61
    4.4.2 好格子点法  61-62
    4.4.3 EOSS 顶层设计均匀设计建模  62-65
  4.5 本章小结  65-66
第五章 EOSS 优化设计后期—稳健试验设计  66-78
  5.1 稳健设计  66-72
    5.1.1 稳健设计的提出  66-67
    5.1.2 稳健设计的基本理论  67-72
  5.2 EOSS 稳健设计的优化指标和设计变量  72-73
    5.2.1 EOSS 稳健设计的优化指标  72
    5.2.2 EOSS 稳健设计的设计变量  72-73
  5.3 EOSS 顶层设计的稳健试验设计建模  73-77
  5.4 本章小结  77-78
第六章结束语  78-80
  6.1 本文工作总结  78
  6.2 进一步的研究与展望  78-80
致谢  80-81
参考文献  81-85
作者在学期间取得的学术成果  85

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