题目：星座多目标多学科优化设计与全寿命飞行任务规划

星座系统规模庞大，组成复杂，系统的研制、生产、运营管理需要大量人力、物力和财力，并且系统建设周期长，存在较大的不确定性因素和风险。就星座系统而言，星座设计结果可在很大程度上对星座的部署、运营和维护产生决定性影响，需要对其给予足够的重视和充分的研究。星座全寿命飞行任务规划主要包括以下研究内容：星座构型优化、星座部署、卫星发射入轨、站位保持、星座重构、星座补星、寿命结束卫星离轨机动等，在星座飞行任务规划过程中，需要对上述各方面都进行分析计算。本文主要在星座设计与全寿命飞行任务规划两个方面做了较为细致的研究工作。 对星座方案的品质指标评价体系作了系统的论述，星座的品质指标可分为静态性能指标、动态性能指标和费用指标三个部分，本文中的静态性能指标包括覆盖性能、导航精度、通信容量、观测分辨率，动态性能指标包括星间链路性能、星座服务可用性，费用指标包括卫星成本、发射费用、地面运营维护费用。通过星座方案品质指标评价体系的建立，确定了星座方案权衡取舍的选择标准。 星座构型的描述是星座设计过程中非常重要的一个环节，它通过星座中各颗卫星的轨道要素来描述，这就涉及到轨道设计方法，故轨道设计方法是星座构型描述的基础。本文对与星座构型相关的轨道设计方法作了总结，包括回归轨道、太阳同步轨道、临界轨道、临界太阳同步回归轨道，然后描述了几种常见的星座构型，包括星座通用构型、Walker星座、椭圆轨道星座、地球同步轨道星座、混合轨道星座等。 对优化计算方法与多学科设计优化方法作了较为全面的阐述，介绍了多种优化算法的基本思想并提出了对部分算法进行改进的措施。在对较多种类优化算法进行尝试和实践的基础上形成了具有一定规模的优化算法工具箱OptiTool，OptiTool的内容可分为单目标线性优化算法、单目标非线性优化算法、多目标优化算法、多学科设计优化方法等四个部分。 对遥感卫星总体设计过程和设计参数优化任务，遥感卫星各分系统的概念设计等作了详细论述。将复杂系统优化设计理论与方法引入到星座系统设计中，对全球导航星座和全球通信星座进行多目标优化设计的实例研究，对区域遥感星座进行多学科优化设计的实例研究，并对星座多目标多学科优化设计结果进行深入分析，对所得结论作出了相应的归纳总结。 对星座全寿命飞行任务规划中的各部分内容均作了详细讨论，介绍了相关概念、原理和算法步骤。重点介绍了星座的部署组网策略，其中包括星座部署优化设计与运载器优选。 在对星座全寿命周期内从构型设计到寿命终止卫星离轨机动等主要事件进行深入研究的基础上，开发了基于客户/服务器体系，可用于星座全寿命飞行任务规划的仿真系统CDT(Constellation Design Tool)，CDT在Visual C++环境下开发，具有友好的操作界面，用户通过客户端进行操作，服务器承担计算和数据存储的任务。介绍了CDT的功能要求，给出了CDT的设计方案、软件结构、运行模块组合、数据库设计方法等，最后用CDT完成了一个全球导航星座全寿命飞行任务规划的实例研究。