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Principal component analysis and cluster analysis based orbit optimization for earth observation satellites

Journal of Chongqing University 2016年第3期15卷 83-94页

作者：卫晓娜 DONG Yun-feng LIU Feng-rui TIAN Lu HAO Zhao SHI Heng School of Astronautics Beihang University100191 BeijingP.R.China Department of Satellite Application System North China Institute of Computing Technology100083 BeijingP.R.China Measurement Technology Institute Chinese Flight Test Establishment710089 YenliangP.R.China Department of Computer Science and Technology Tsinghua University100084 BeijingP.R.China

This paper proposes a design optimization method for the multi-objective orbit design of earth observation satellites, for which the optimality of orbit performance indices with different units, such as: total coverage time, the frequency of coverage, average time per coverage and maximum coverage gap, etc. is required simultaneously. By introducing index normalization method to convert performance indices into dimensionless variables within the range of [0, 1], a design optimization method based on the principal component analysis and cluster analysis is proposed, which consists of index normalization method, principal component analysis, multiple-level cluster analysis and weighted evaluation method. The results of orbit optimization for earth observation satellites show that the optimal orbit can be obtained by using the proposed method. The principal component analysis can reduce the total number of indices with a non-independent relationship to save computing time. Similarly, the multiple-level cluster analysis with parallel computing could save computing time.

关键词： satellite orbit multi-objective optimization index normalization method principal component analysis cluster analysis

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