(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110291680.7 (22)申请日 2021.03.18 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 112906286 A (43)申请公布日 2021.06.04 (73)专利权人 中国人民解 放军国防科技大 学 地址 410073 湖南省长 沙市开福区砚瓦池 正街47号 (72)发明人 范才智　李春雷　罗青　 (74)专利代理 机构 湖南兆弘专利事务所(普通 合伙) 43008 专利代理师 谭武艺 (51)Int.Cl. G06F 30/25(2020.01) G06F 30/27(2020.01)G06N 3/00(2006.01) G06N 3/12(2006.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/06(2020.01) (56)对比文件 CN 111144048 A,2020.0 5.12 US 795251 1 B1,201 1.05.31 CN 111460579 A,2020.07.28 CN 110533263 A,2019.12.0 3 审查员 毛晓羽 (54)发明名称 基于NSGA -II算法的全 方向隐身卫星外 形多 目标优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于NSGA ‑II算法的全 方 向隐身卫星外形多目标优化方法， 本发明将 NSGA—II算法运用于卫星隐身外形的设计中， 可 实现对卫星隐身外形的多目标优化， 具体步骤包 括以单优化变量参数确定隐身卫星的外形， 确定 隐身卫星外形优化的目标函数和约束条件， 利用 NSGA‑II算法求卫星外形的优化参数的最优解 集， 在最优解集中根据需求选择最终应用的解， 根据最终应用的解确定所要设计的隐身卫星的 外形， 通过上述优化， 能够有效解决现有的隐身 卫星外形隐身方向狭窄， 容易在空间态势感知设 备全方位探测下暴露位置的问题， 使得设计得到 的卫星外 形具有隐身 方向宽、 不容易在空间态势 感知设备全方位探测下暴露位置的优点。 权利要求书2页 说明书7页 附图1页 CN 112906286 B 2022.10.28 CN 112906286 B 1.一种基于NSGA ‑II算法的全方向隐身卫星外形多目标优化方法， 其特 征在于， 包括： 1)以单优化变量 参数确定隐身卫星的外形； 2)确定隐身卫星外形优化的目标函数和约束条件， 最终确定的约束条件为R≤h≤αH， 其中， h为上半部 分抛物线的高度， H为卫星的总高度、 且为包络空间的高度， R为卫星的最大 半径、 且为包络空间的半径， α 为大于预设阈值且小于1的系数； 最 终确定的目标函数包括卫 星的顶端方向的雷达散射截面RCS值、 地基探测威胁方向的雷达散射截面 RCS的平均值以及 天基探测威胁方向的雷达 散射截面RCS的极大值共三个目标函数； 3)利用NSGA ‑II算法求卫星外形的优化 参数的最优解 集； 4)在最优解 集中根据需求选择最终应用的解； 5)根据最终应用的解确定所要设计的隐身卫星的外形。 2.根据权利 要求1所述的基于NSGA ‑II算法的全方向隐身卫星外形多目标优化方法， 其 特征在于， 步骤1)包括： 1.1)确定隐身卫星为旋转体外形， 母线为上半部分的抛物线和下半部分的椭圆形两段 参数化的二次多 项式， 且所述母线绕轴心旋转形成卫星旋转体外形； 1.2)根据最大化利用包络空间的条件， 将两段参数化的二次多项式转换为通过卫星的 上半部分抛物线的高度h表达其它各个多 项式系数的解析表达式。 3.根据权利 要求2所述的基于NSGA ‑II算法的全方向隐身卫星外形多目标优化方法， 其 特征在于， 步骤1.1)中椭圆形两段参数化的二次多 项式的函数表达式为： z＝‑ax2+b 0≤x≤R 上式中， z为z轴坐标值， x为x轴坐标值， a,b,c,d分别为系数， R为 卫星的最大半径。 4.根据权利 要求3所述的基于NSGA ‑II算法的全方向隐身卫星外形多目标优化方法， 其 特征在于， 步骤1.2)的步骤包括： 假设火箭内部装载卫星的包络空间是高为H， 半径为卫星 的最大半径R的圆柱体， 为最大化利用包络空间和减少正向RCS回波， 则母线应 当分别经过A (0,h)、 B(R,0)、 C(0,h ‑H)三点， 其中h为上半部分抛物线的高度， 将A(0,h)、 B(R,0)、 C(0,h ‑ H)三点代入椭圆形两段参数化的二次多项式的函数表达式， 得到通过卫星的上半部 分抛物 线的高度h表达其它各个多 项式系数的解析表达式： 上式中， z为z轴坐标值， x为x轴坐标值， h为上半部分抛物线的高度， H为卫星的总高度、 且为包络空间的高度， R为 卫星的最大半径、 且为包络空间的半径。 5.根据权利 要求1所述的基于NSGA ‑II算法的全方向隐身卫星外形多目标优化方法， 其 特征在于， 步骤3)中利用NSGA ‑II算法求卫星外形的优化 参数的最优解 集的步骤 包括： 3.1)用指定长度n的二进制编码串来表示上半部分抛物线的高度h， 并将上半部分抛物 线的高度h的定义域离散为多个均等的区域， 得到包括两个端点在内多个离散点； 针对上半权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 112906286 B 2部分抛物线的高度h定义域的最小值h1到最大值H1依次进行二进制编码， 从而实现对优化 问题的编码， 使得解空间和优化 算法的搜索空间就具有一 一对应关系； 3.2)将三个目标函数组成的数组F作为 NSGA‑II算法的种群内粒子的适应度函数； F＝[f1(x) f2(x) f3(x)] 上式中， f1(x),f2(x),f3(x)分别为 三个目标函数； 根据Pareto占优关系将种群内的粒子进行分层排序， 选择排序层级靠前的粒子进入下 一代， 且若粒子之间距离小于拥挤距离d， 后一个粒子不进入下一代种群； 确定每代种群粒 子数为N、 进化代数 X以及重复次数； 3.3)执行NSGA ‑II算法反复执行交叉、 排序、 选择， 提高群体Pareto层级最终得到卫星 外形的优化 参数的最优解 集。 6.根据权利 要求5所述的基于NSGA ‑II算法的全方向隐身卫星外形多目标优化方法， 其 特征在于， 步骤3.2)中拥挤距离d的函数表达式为： 上式中， H为卫星的总高度、 且为包络空间的高度， R为卫星的最大半径、 且为包络空间 的半径， n 为表示上半部分抛物线的高度h的二进制编码串长度。 7.根据权利 要求5所述的基于NSGA ‑II算法的全方向隐身卫星外形多目标优化方法， 其 特征在于， 步骤3.3)包括： 3.3.1)构建迭代池： 随机初始化 N个粒子作为初代粒子， 形成初代的迭代池； 3.3.2)判断是否达到终止条件， 终止条件为迭代次数等于预设阈值， 若达到终止条件， 则结束迭代， 将迭代池内粒子对应的优化参数作为最 终得到的卫星外形的优化参数的最优 解集； 否则， 跳转执 行下一步 3.3.3)随机交叉： 将迭代池内的粒子的通过基因随机交叉生成N/2个子粒子； 3.3.4)构建选择池： 将交叉的父代粒子与其子代粒子共3N/2个例子共同组成选择池； 3.3.5)将选择池内的粒子进行Pareto分层排序： 当以目标函数的数值大为优的情况 下， 若粒子A相 对粒子B满足： A的各个目标均大于等于B对应的目标函数、 A的各个目标不全 部等于B对应的目标函数， 则称A粒子Pareto占优B粒子； 若A粒子Pareto占优B粒子， 则A粒子 的层级高于B粒子， 若A粒子未能Pareto占优B粒子， 且B粒子未能Pareto占优A粒子,则A粒子 与B粒子层级相等； 根据Pareto占优关系对种群内的粒子进行分层排序； 3.3.6)针对选择池内的粒子， 按照层级和拥挤距离选择N个粒子构成新的迭代池， 跳转 执行步骤3.3.2)。 8.一种基于NSGA ‑II算法的全方向隐身卫星外形多目标优化装置， 包括相互连接的微 处理器和存储器， 其特征在于， 所述微处理器被编程或配置以执行权利要求1～7中任意一 项所述基于NSGA ‑II算法的全方向隐身卫星外形多目标优化方法的步骤。 9.一种计算机可读存储介质， 其特征在于， 所述计算机可读存储介质中存储有被编程 或配置以执行权利要求 1～7中任意一项所述基于NSGA ‑II算法的全方向隐身卫星外形多目 标优化方法的计算机程序。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 112906286 B 3