CN109002618A - 一种星载综合电子系统自动化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种快速、面向量产的星载综合电子系统自动化设计方法，属于航天航空的总体设计技术领域。本发明的系统包括五个功能仓储库，分别存储了n₁～n₅类统一尺寸标准化板卡，每一个仓储库内的板卡之间可以直插互联；本发明的方法包括：S1、根据需求，确定综合电子系统的可靠性总体指标R_sys、重量指标M_sys和单位质量的发射费用s；S2、根据确定的R_sys、M_sys和s，获取综合电子系统整体的可靠性评价指标R、重量评价指标W和价格评价指标M；S3、根据获取的R、W和M，获取综合电子系统整体的综合评价指标J；S4、以J最小化为目标，对五个仓储库中各类标准化板卡的数量进行优化，根据优化结果，从五个仓储库中选择对应的标准化板卡，进而实现快速集成。

Description

一种星载综合电子系统自动化设计方法

技术领域

本发明涉及一种星载综合电子系统的设计方法，特别涉及一种可根据卫星任务与具体指标、基于预先生产的标准化星载综合电子功能模块实现综合电子系统的整体快速自动化设计方法，属于航天航空的总体设计技术领域。

背景技术

商业卫星对卫星的价格和货期敏感，但是传统的定制/半定制的卫星研制模式限制了卫星综合电子系统通过预先批量生产来分摊研发成本、降低单个造价与缩短交付周期(类似汽车、航空领域的典型做法)。这其实与卫星这一产品本身的技术特点有关，不同的卫星之间即使功能完全一样，但如果拟部署的轨道不同、预期的在轨寿命不同，甚至地面站支持程度不同都会导致星载综合电子系统的设计呈现重大差异。近年来卫星研制技术领域中逐渐意识到功能模块化和标准化是降低卫星研制成本的有效途径，但是目前仍然缺乏如何基于这些预生产的标准化模块实现星载综合电子系统的快速自动化设计方法，这限制了模块化星载综合电子系统在快速性、灵活性方面潜力的进一步发挥。

发明内容

针对上述不足，本发明提供一种快速、面向量产的星载综合电子系统自动化设计方法。

本发明的一种星载综合电子系统自动化设计方法，所述星载综合电子系统包括恒温、恒湿、恒压的五个仓储库：星务模块仓储库1、控制模块仓储库2、测控模块仓储库3、固存模块仓储库4和数传模块仓储库5；

五个仓储库分别存储了n₁～n₅类统一尺寸标准化板卡，每一个仓储库内的板卡之间可以直插互联；

所述设计方法包括如下步骤：

S1、根据需求，确定综合电子系统的可靠性总体指标R_sys、重量指标M_sys和单位质量的发射费用s；

S2、根据确定的可靠性总体指标R_sys、重量指标M_sys和单位质量的发射费用s，获取综合电子系统整体的可靠性评价指标R、重量评价指标W和价格评价指标M；

S3、根据获取的综合电子系统整体的可靠性评价指标R、重量评价指标W和价格评价指标M，获取综合电子系统整体的综合评价指标J；

S4、以综合电子系统整体的综合评价指标J最小化为目标，对五个仓储库中各类标准化板卡的数量进行优化，根据优化结果，从五个仓储库中选择对应的标准化板卡，进而实现快速集成。

优选的是，所述S2中，综合电子系统整体的可靠性评价指标R：

n_j表示各仓储库中存储的标准化板卡的类别数量，R_j,i表示第j个仓储库中i个类别的可靠性评价指标，num_j,i表示第j个仓储库中i个类别的数量；

综合电子系统整体的重量评价指标W：

W_j,i表示第j个仓储库中i个类别的重量评价指标；

综合电子系统整体的价格评价指标M：

优选的是，所述S3中，综合电子系统整体的综合评价指标J；

J＝999999×[η(R)+μ(W)]+M

其中，η(R)表示可靠性评价指标R的评价函数，

μ(W)表示重量评价指标W的评价函数，

优选的是，所述S4中，对五个仓储库中各类标准化板卡的数量进行编码：

采用五维编码，其中第j维中第i个编码表示：第j个仓储库中第i类标准化板卡的数量，编码的值为大于等于0的整数，且小于num_max，num_max表示同类标准化板卡允许的冗余数量上限，j＝1,2,…,5，i＝1,2…n_j。

优选的是，所述S4中，当优化失败，转入S1，调整综合电子系统的可靠性总体指标R_sys和重量指标M_sys的值。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

本发明的有益效果在于，本发明基于预生产的标准化功能模块，实现针对不同性能与可靠性指标的星载综合电子系统的快速自动化设计，能够辅助工程人员对综合电子系统的快速设计与最优集成，实现量产。该方法可以在保证可靠性指标满足任务需求的前提下，综合电子系统的造价和发射成本最低。

附图说明

图1为本发明的星载综合电子系统的原理示意图；

图2为S4中第j维编码的示意图，1,2,…n_j表示仓储库j中存储的标准化板卡的类别，方框中为对应类别的编码。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的一种星载综合电子系统自动化设计方法，所述星载综合电子系统包括恒温、恒湿、恒压的五个仓储库：星务模块仓储库1、控制模块仓储库2、测控模块仓储库3、固存模块仓储库4和数传模块仓储库5；

如图1所示，五个仓储库分别存储了n₁～n₅类160mm×200mm的统一尺寸标准化板卡，板卡采用统一的160触点4排板对板连接器，可以实现多个板卡的直插互联；以星务模块仓储库1为例，其中的n₁类板卡中任何一类都可以独立实现星务管理功能，但是彼此之间设计与元器件选用标准不同，因此具有不同的指标[M_1,i M_1,i R_1,i]i＝1,2,…,n₁。其他仓储库的情况与星务模块仓储库1类似。所述设计方法包括如下步骤：

S1、根据用户的需求由工程师确定综合电子系统的可靠性总体指标R_sys、重量指标M_sys和单位质量的发射费用s；综合电子系统的可靠性必须满足大于等于R_sys的条件，综合电子系统的重量必须满足小于等于M_sys的条件；单位质量的发射费用s根据当前的运载火箭报价确定；

S2、根据确定的可靠性总体指标R_sys、重量指标M_sys和单位质量的发射费用s，获取综合电子系统整体的可靠性评价指标R、重量评价指标W和价格评价指标M；

S3、根据获取的综合电子系统整体的可靠性评价指标R、重量评价指标W和价格评价指标M，获取综合电子系统整体的综合评价指标J；

S4、以综合电子系统整体的综合评价指标J最小化为目标，对五个仓储库中各类标准化板卡的数量进行优化，根据优化结果，从五个仓储库中选择对应的标准化板卡，进而实现快速集成。

本实施方式的设计方法可以在保证可靠性指标满足任务需求的前提下，综合电子系统的造价和发射成本最低。工程人员按照该设计方法的输出结果可以实现综合电子系统的快速设计与最优集成。

优选实施例中，本实施方式的S2中，综合电子系统整体的可靠性评价指标R：

n_j表示各仓储库中存储的标准化板卡的类别数量，R_j,i表示第j个仓储库中i个类别的可靠性评价指标，num_j,i表示第j个仓储库中i个类别的数量；同一个仓储库的板卡具有相同的功能，因此彼此之间是互为冗余的关系，通过增加数量可以提高可靠性。

综合电子系统整体的重量评价指标W：

W_j,i表示第j个仓储库中i个类别的重量评价指标；

综合电子系统整体的价格评价指标M：

其中价格评价指标包含了成本造价和发射费用sW两个部分，发射费用与重量评价指标W相关。

优选实施例中，本实施方式的S3中，综合电子系统整体的综合评价指标J；

J＝999999×[η(R)+μ(W)]+M

其中，η(R)表示可靠性评价指标R的评价函数，

μ(W)表示重量评价指标W的评价函数，

在设计中以J的最小化为目标，因此为了保证可靠性约束和重量约束一定满足，因此对η(R)+μ(W)乘上大系数999999。如果实现了J的最小化，则一定是可靠性约束和重量约束满足，且价格评价指标M最小。

优选实施例中，本实施方式的S4中，对五个仓储库中各类标准化板卡的数量进行编码：

采用五维编码，其中第j维中第i个编码表示：第j个仓储库中第i类标准化板卡的数量，编码的值为大于等于0的整数，且小于num_max，num_max表示同类标准化板卡允许的冗余数量上限，j＝1,2,…,5，i＝1,2…n_j，编码形式如图2所示；

优选实施例中，本实施方式的S4中，调用遗传算法以综合评价指标J最小化为目标对编码进行优化，如果可以成功得到优化结果，则优化输出的结果是最优编码，按照编码定义就可以从五个仓储库中选择对应的标准化板卡，进而实现快速集成；如果不能得到优化结果，即遗传算法优化失败，则说明可靠性M_sys和重量R_sys两个指标定义不合理，需要工程人员修改后重新优化。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (5)

1.一种星载综合电子系统自动化设计方法，其特征在于，所述星载综合电子系统包括恒温、恒湿、恒压的五个仓储库：星务模块仓储库(1)、控制模块仓储库(2)、测控模块仓储库(3)、固存模块仓储库(4)和数传模块仓储库(5)；

五个仓储库分别存储了n₁～n₅类统一尺寸标准化板卡，每一个仓储库内的板卡之间可以直插互联；

所述设计方法包括如下步骤：

S1、根据需求，确定综合电子系统的可靠性总体指标R_sys、重量指标M_sys和单位质量的发射费用s；

S2、根据确定的可靠性总体指标R_sys、重量指标M_sys和单位质量的发射费用s，获取综合电子系统整体的可靠性评价指标R、重量评价指标W和价格评价指标M；

S3、根据获取的综合电子系统整体的可靠性评价指标R、重量评价指标W和价格评价指标M，获取综合电子系统整体的综合评价指标J；

S4、以综合电子系统整体的综合评价指标J最小化为目标，对五个仓储库中各类标准化板卡的数量进行优化，根据优化结果，从五个仓储库中选择对应的标准化板卡，进而实现快速集成。

2.根据权利要求1所述的星载综合电子系统自动化设计方法，其特征在于，所述S2中，综合电子系统整体的可靠性评价指标R：

n_j表示各仓储库中存储的标准化板卡的类别数量，R_j,i表示第j个仓储库中i个类别的可靠性评价指标，num_j,i表示第j个仓储库中i个类别的数量；

综合电子系统整体的重量评价指标W：

W_j,i表示第j个仓储库中i个类别的重量评价指标；

综合电子系统整体的价格评价指标M：

3.根据权利要求2所述的星载综合电子系统自动化设计方法，其特征在于，所述S3中，综合电子系统整体的综合评价指标J；

J＝999999×[η(R)+μ(W)]+M

其中，η(R)表示可靠性评价指标R的评价函数，

μ(W)表示重量评价指标W的评价函数，

4.根据权利要求1所述的星载综合电子系统自动化设计方法，其特征在于，所述S4中，对五个仓储库中各类标准化板卡的数量进行编码：

采用五维编码，其中第j维中第i个编码表示：第j个仓储库中第i类标准化板卡的数量，编码的值为大于等于0的整数，且小于num_max，num_max表示同类标准化板卡允许的冗余数量上限，j＝1,2,…,5，i＝1,2…n_j。

5.根据权利要求1所述的星载综合电子系统自动化设计方法，其特征在于，所述S4中，当优化失败，转入S1，调整综合电子系统的可靠性总体指标R_sys和重量指标M_sys的值。