[发明专利]一种姿热耦合优化设计系统及方法

权利要求书

1.一种姿热耦合优化设计系统，其特征在于，包括：

软件接口模块：提供了热控分析软件自动运行的接口；

卫星热模型：按照卫星目前的总体布局、热耗、工作模式等已知输入条件和姿态假设值，在热控分析软件上建立卫星热分析模型；

共轭梯度计算模块：根据目标温度场与实际接收的卫星热模型计算的温度场，利用共轭梯度法逆计算惯性定向姿态的太阳矢量；

所述软件接口模块接收共轭梯度计算模块计算得到的姿态数据，将姿态数据传递给热控分析软件，对热控分析软件进行初始化并启动分析软件；获取热控分析软件计算的温度场结果，将温度场结果反馈给共轭梯度计算模块。

2.根据权利要求1所述姿热耦合优化设计系统，其特征在于，所述共轭梯度计算模块的运算过程包括：

设惯性定向姿态时卫星本体坐标下太阳矢量为P1、P2、P3，其中P3由P1、P2决定，地球矢量取为初始姿态相应的值，姿态矢量为：

P^T＝[P₁,P₂] (1)

定义函数S

S(P)＝[Y-T(P)]^T[Y-T(P)] (2)

其中Y是卫星温度场目标值，T(P)是P姿态矢量下卫星的温度场；

目标是求得函数S的最小值

3.根据权利要求2所述姿热耦合优化设计系统，其特征在于，所述共轭梯度计算模块每一步迭代过程中，根据包括目标温度场、实际接收的卫星热模型计算的温度场、卫星热模型温度变化梯度在内的条件，求得新的惯性定向姿态太阳矢量：

P^k+1＝P^k-β^kd^k (4)

其中，β^k是搜寻步长，d^k是下降方向；

d^k＝▽S(P^k)+γ^kd^k-1 (5)

其中γ^k是共轭系数；

4.一种姿热耦合优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.设初始姿态太阳矢量为P⁰，定义k＝0；

S2.软件接口模块将初始姿态太阳矢量P⁰传递给卫星热模型，启动热分析软件中的热模型求解P^k姿态下卫星温度场，得到T(P^k)；

S3.软件接口模块将T(P^k)反馈给共轭梯度计算模块，共轭梯度计算模块根据收敛准则S(P^k+1)＜ε判断是否收敛，若收敛则停止修正过程，并计算满足太阳矢量为P^k的完整姿态数据，将该姿态数据通过软件接口模块传递给热模型，计算最终的卫星温度场；若不收敛，则继续步骤S4；

S4.计算参数条件：求解P^k姿态下的温度场梯度函数P^k姿态下的S函数梯度共轭系数γ^k、下降方向d^k、搜寻步长β^k；

S5.根据步骤S4中的参数条件得到新姿态太阳矢量P^k+1，更改卫星热模型姿态数据中的太阳矢量；

S6.定义k＝k+1，并返回执行步骤S2。

5.根据权利要求4所述姿热耦合优化设计方法，其特征在于，所述步骤S4中通过有限差分方法数值求解获得。

6.根据权利要求4所述姿热耦合优化设计方法，其特征在于，所述步骤S4中共轭系数γ^k的计算方程为：