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随着空间技术的不断提高和应用需求的不断发展,对卫星的稳健性和可靠性提出了越来越高的要求。论文从提高卫星设计质量的角度出发,对不确定性多学科设计优化(Uncertainty Multidisciplinary Design Optimization,UMDO)的理论及应用进行了系统研究,初步形成了一套完整的不确定性MDO方法,并将其应用于可接受在轨服务小卫星总体设计优化问题中。首先,研究了不确定性理论。阐述了不确定性MDO基本概念,研究了不确定性分类与建模方法、不确定性分析方法和约束可靠性等效处理方法,为实现不确定性MDO对不确定性因素进行合理有效的管理、分析和计算提供了技术途径。其次,研究了试验设计与近似建模方法。提出了基于最优拉丁超立方设计的序贯分组试验设计方法,以及基于序贯分组试验设计和Kriging函数的改进序贯近似建模方法。该方法能够在保证近似精度的要求下减少建模所需的样本数量,从而有效地解决复杂系统近似建模的计算复杂性问题。然后,研究了不确定性MDO优化过程。以并行子空间优化过程为基础,提出了基于探测加点和限制记忆法的加速响应面逼近策略,以及基于对策论的混合子空间组织方法。在此基础上集成不确定性设计优化方法,形成了基于对策论的混合子空间不确定性MDO优化过程GBCSSUO(Game theory Based CompositeSubSpace Uncertainty Optimization)。通过GBCSSUO的有效组织,能够使不确定性MDO的计算复杂度得以降低,优化效率得到提高。最后,以可接受在轨服务小卫星为对象,对不确定性MDO在卫星总体设计中的应用进行研究。根据对地观测和可接受在轨服务的任务需求,初步设计了小卫星总体方案,建立了总体设计学科模型及其不确定性模型。采用GBCSSUO对总体多学科设计优化问题进行集成实现与优化求解,结果较好的验证了GBCSSUO的可行性和有效性,并给出了满足稳健性和可靠性要求的较优的总体设计方案。论文对不确定性MDO理论进行了系统研究,并将其应用于可接受在轨服务小卫星的总体设计优化中,为促进不确定性MDO方法在卫星总体设计中的应用提供了一套较好的思路和方法,为提高卫星总体设计水平奠定了良好的基础。论文在卫星总体设计中引入可接受在轨服务的设计思想,对可接受在轨服务卫星的总体设计进行了初步探索,对我国开展可接受在轨服务卫星的研究具有一定参考价值。