复杂航天任务优化设计方法研究及仿真软件研发

近期，实验室空间信息工程团队围绕航天领域复杂问题的智能求解方法，主要在对地观测共地面轨迹卫星星座设计、卫星覆盖性能计算、深空探测轨道优化设计、高维多目标优化算法、仿真软件研发等方面开展了一系列创新性的研究工作，主要进展如下：

①研究了共地面轨迹卫星星座设计方法。团队设计了相同地面轨迹和不同地面轨迹下的轨道参数计算方法，提出了一种J2带谐项摄动影响下的星座设计方法；团队也采用Bezout方程讨论了J2带谐项摄动影响下的轨道特性，通过将卫星地面轨迹上小的偏移转化成多个子区间，提出了一种新颖的共地面轨迹卫星重访时间计算方法；团队定义并计算了卫星能够覆盖目标的有效升交点经度区间，设计了一种混合整数线性规划和改进的0/1线性规划的优化模型，提出了一种有限资源约束下的半解析星座优化设计方法。在本研究方向上，团队共申请发明专利2项，发表SCI论文3篇，其中T2论文1篇，T3论文1篇，T4论文1篇。

②研究了卫星星座覆盖计算的方法。团队分析了星座对地覆盖几何特性，研究了基于Delaunay三角网和Voronoi图的星座空间几何构形划分方法，将星座对地覆盖问题简化为单星覆盖问题，在此基础上提出了星座对任意类型地面目标覆盖能力的精确、快速计算方法；团队也分析了卫星星座在地球表面投影点的空间几何构型，划分覆盖目标区域成多个相邻但不相交的球面区域，将多星联合覆盖问题精确地划分成多个单星覆盖问题，提出了一种精确高效的任意类型地面区域目标的连续性和间断性覆盖计算方法。在本研究方向上，团队共发表T4论文2篇，其中SCI论文1篇，EI论文1篇。

③研究了深空探测轨道优化设计方法。团队针对深空探测引力辅助轨道设计问题，设计了一种新颖的全局优化算法EP_DE；团队也针对航天轨道设计的搜索空间特征，设计出了局部搜索算法V_Search，该算法成功找到了欧空局先进概念组（Advanced Concept Team，ACT）设计的深空轨道优化问题数据库（GTOP）中最复杂的一个测试用例Messenger(full)的最新求解结果，打破了Martin Schlueter (Hokkaido University)针对该问题于四年前求得并保持了四年的最新记录。在本研究方向上，团队发表SCI论文1篇。

④研究了高维多目标优化算法。团队通过关联操作基于指标的多目标演化算法和基于参考点的多目标演化算法并进行融合，提出了一种指标和参考点共同指导的演化算法；团队也用解到超平面的垂直距离替换支配中原点到参考线上映射点的距离，提出了一个新的基于增强支配和密度选择的演化算法；团队针对高维多目标优化全局优化困难问题，将差分演化与局部搜索算子进行混合，提出了一个改进的文化差分演化算法来求解全局优化问题。在本研究方向上，团队共申请发明专利2项，发表SCI论文3篇，其中T2论文1篇，T3论文1篇，T4论文1篇。

⑤研发了航天任务设计优化与分析仿真软件平台。团队针对航天任务应用需求，设计了仿真软件体系结构，提出了层次化软件架构，研发了航天任务设计优化与分析仿真软件平台，并对轨道计算的精度进行了分析验证，撰写了轨道计算结果及精度分析报告，轨道计算的结果及精度已由第三方中国赛宝实验室于2017年9月进行了专门的测试，出具了正式的软件测试报告，软件已获得国家版权局授权的计算机软件著作权，软件平台入选并参加了中央军委装备发展部于2017年10月在北京主办的第三届军民融合发展高科技成果展览。