卫星总体设计是一个涉及多种学科的复杂系统工程。传统设计模式未能考虑学科间的耦合关系,使得设计水平受到了一定制约。随着我国发射任务的日益频繁以及人们对航天器性能要求的不断提高,传统设计方法效率低下且往往需要较长的设计周期,愈加难以满足现代化设计的要求。采用多学科设计优化(Multidisciplinary Design Optimization,MDO)技术提高设计水平和设计效率成为了卫星总体设计发展的趋势。对地观测卫星能够获取地球系统的详细数据和信息,在国民经济、社会发展和国家安全中发挥着不可或缺的作用,已成为世界各国竞相发展的重要技术。因此,本文针对对地观测卫星多学科设计优化问题,主要从卫星多学科设计建模方法、基于动态代理模型技术的MDO策略两方面开展工作,主要内容包括:(1)对卫星总体设计(尤其是对地观测卫星总体设计)的发展概况、MDO的关键技术研究现状以及卫星总体MDO的研究进展进行综述。(2)以中巴地球资源卫星为例,梳理了对地观测卫星总体设计中的数据流关系,综合考虑轨道、有效载荷、电源、姿态和轨道控制以及结构等学科的设计变量、约束条件以及建模分析方法,以卫星观测性能最优为目标建立对地观测卫星MDO模型,为后续工作奠定了基础。(3)在简要介绍常用的试验设计方法、代理模型方法以及约束处理方法的基础上,深入开展动态代理模型技术研究。针对高效全局优化方法(EGO)求解约束优化问题困难的缺陷,通过引入自适应罚函数不断调整罚系数的大小来处理高精度约束(当获得满足约束的可行解时减小罚系数使下一次优化迭代更倾向于改善最优性,反之增大罚系数使下一次优化迭代更倾向于提高可行性),提出了基于自适应罚函数的高效全局优化策略(C-EGO),通过标准测试算例,与约束追峰采样方法(CiMPS)和遗传算法(GA)进行了性能对比研究,研究结果表明C-EGO在收敛性与优化效率方面具有较为明显的优势。(4)针对卫星设计优化中的离散变量优化问题,提出了一种基于动态径向基函数代理模型的离散变量近似优化策略(DTR-DRBF)。引入参数映射技术,将离散变量映射到整数空间,通过整数构造代理模型,利用整数遗传算法对代理模型进行优化直至收敛。此外,DTR-DRBF还采用了序列Maximin拉丁超方试验设计方法增强采样结果的空间均布性和投影均匀性,从而提高算法的效率。通过标准工程算例对DTR-DRBF的综合性能进行了测试,验证了该方法的有效性与工程实用性。(5)建立了对地观测卫星多学科设计优化模型,使用本文提出的C-EGO动态优化策略求解该多学科优化问题,获得了满足约束条件的总体设计方案,说明了该优化策略的有效性。在上述总体设计方案的基础上,建立了复合材料卫星结构优化模型,使用DTR-DRBF进行结构优化设计,获得了满足约束的最优方案,使卫星中心承力筒的质量下降了26.68%。