中国空间科学技术 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (5): 101-109.doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0078
何志谦1,2,康会峰1,2,夏广庆2,3,*,周鹤3
HE Zhiqian1,2,KANG Huifeng1,2,XIA Guangqing2,3,*, ZHOU He3
摘要: 针对区域遥感卫星星座设计中存在覆盖性能和星座成本之间的权衡问题,利用区域覆盖卫星星座和Walker星座的特点,建立了以平均重访时间短、卫星数量最少为目标函数的星座模型。涉及的优化变量包括卫星轨道高度、倾角、轨道面数量、每个轨道面的卫星数量和相位因子。针对传统算法求解卫星星座优化问题存在收敛速度慢和容易陷入局部最优等不足,提出了一种改进小龙虾优化算法IMOCOA(Improved Multi-objective Crayfish Optimization Algorithm),IMOCOA算法将折射反向学习策略融入种群初始化过程,以实现解的个体分布更均匀,以及在位置更新中引入非线性收敛因子的策略来提升全局寻优能力。通过ZDT(Zitzler-Deb-Thiele)系列多目标测试函数在收敛性和多样性两个方面的评价结果表明,IMOCOA算法优于NSGA-2、MOPSO和MSSA算法,其在IGD、GD和HV以及SP上的最优指标比其他三种算法分别提升了54.4%、78.7%、3.6%和27.3%,验证了IMOCOA算法相比其他三种算法在收敛速度、收敛稳定性和多样性上的优势。对目标区域遥感卫星星座优化设计中采用IMOCOA算法,求解在满足重访时间要求下卫星数量最少的问题,仿真结果表明选用3颗卫星可以实现对目标区域平均1.57h重访覆盖,进一步验证了IMOCOA算法在求解此类问题上的有效性。针对仿真时间过长的问题,在以后的工作中可以考虑引入强化学习对模型进行训练并预测,从而提升优化效率,同时基于改进小龙虾优化算法的区域星座设计方法可为将来的低轨星座建设提供参考。