论文部分内容阅读
在现实生活中,多目标优化问题广泛地存在于工程、航天、科技、经济等领域。多目标优化问题的多个目标通常是相互冲突、相互竞争的,对其中一个目标优化必须以其他目标作为代价。例如,在设计新产品时,我们既要考虑使产品具有较好的功能,又要考虑使其制造成本最低,同时还要考虑产品的可制造性、可靠性、可维修性等,这些设计目标的改善有可能是相互抵触的(如好的可维修性有可能会引起可靠性降低),这就需要在这些设计目标之间取一折衷结果。再例如投资问题,一般我们都是希望所投入的资金量最少,并且希望在短时间内所获得的收益最大。这种在给定区域上多于一个数值目标并且目标之间存在内在冲突的最优化问题就称为多目标优化问题(Multiobjective Optimization Problem)。近年来多目标优化设计技术蓬勃发展,在理论和实际应用中都取得了很大的成功,其重要之一就是Scatter Search优化技术。因此开展Scatter Search优化技术研究在学术上和工程实际中都具有重大意义。本文基于星座优化设计的实际需要和特点,把多目标的Scatter Search算法AbYSS(Archive-Based hYbrid Scatter Search)用于星座优化设计中,解决星座优化设计问题。首先分析了研究Scatter Search算法和卫星星座优化设计的重要意义,接着介绍了与ScatterSearch算法的模板,模板包括多样性种群产生方法、解的改进方法、建立更新参考集方法、子集产生方法、组合方法。随后,从Scatter Search算法的模式、正交Scatter Search算法、多目标Scatter Search算法、星座的物理模型、星座的优化参数和优化目标等方面做了较为系统的研究工作。本文的主要研究成果可归纳如下:(1)深入学习研究单目标Scatter Search算法和多目标Scatter Search算法,通过引入正交设计克服单目标Scatter Search算法在初始种群存在随机性、可行区域分布不均匀性、收敛速度慢的缺点,得到正交的Scatter Search算法。算法实验结果表明新算法有效地克服了原算法的不足,并且易于跳出局部最优,找到一些更优的解。(2)深入分析星座优化设计的优化参数和优化目标,对优化参数进行编码,应用多目标Scatter Search算法(AbYSS)解决星座优化设计问题。结果分析表明此算法在解决星座优化设计中是有效的,优化速度和优化效果比NSGA-Ⅱ都要好,得到一条比较光滑而均匀的Pareto前沿。(3)为把优化结果以可视化形式表达出来,研发了一个星座仿真平台,以实时动态显示星座的构型、运行过程和对地面的覆盖情况。对方便决策者进行快速有效地作出决策具有一定的现实指导意义。总之,论文为Scatter Search算法和星座优化设计进行了全面深入的分析和讨论,不仅提出了有效的改进措施,拓宽了其应用领域,而且有效地解决了星座优化设计问题。论文最后对所做工作进行了总结,并提出了进一步研究的方向。