空间技术的迅猛发展和应用需求的日益增强,对卫星高质量的快速总体设计提出了更高的要求。卫星的布局方案设计作为卫星总体设计的重要内容,直接关系着卫星总体性能、研制成本以及设计水平。本文以微纳卫星为研究对象,从问题建模、几何建模和优化求解三个方面对卫星布局优化设计方法开展了系统性的研究,形成了一套完整的多目标布局优化设计方法,并以“天拓一号”卫星为案例进行了布局方案优化设计。首先,研究了卫星布局优化设计问题的建模。针对卫星总体质量分布特性的设计要求,建立了单目标的卫星布局优化基本模型;首次引入了热有效面积方法来近似描述微纳卫星温度场均匀性设计要求,在基本模型的基础上建立了一个多目标的卫星布局优化模型,为后续布局优化算法的设计提供了模型支撑。其次,研究了卫星布局组件的几何建模方法,主要探讨了有限包络圆法、水平集函数法和Phi函数法三种几何建模方法在卫星布局优化设计中的应用。针对现有布局干涉算法限制了矩形组件必须正交放置的问题,分别基于以上三种建模方法提出了相应的布局干涉算法,理论上可以处理任意形状组件在任意角度放置时的干涉计算问题。首次在卫星布局优化设计问题中提出了建立CMA约束来控制组件之间的最小距离,并分别基于以上三种干涉算法发展了相应的最小距离控制方法。通过算例分析验证了上述方法的有效性,并通过对比说明了方法各自的优缺点。然后,研究了卫星布局优化设计问题的求解算法。以粒子群算法为基础,通过结合序列二次规划算法提出了两种单目标的布局优化算法,其中重点研究了基于梯度加速的粒子群优化算法。在该算法的基础上,结合智能Pareto前沿生成机制,即智能正交约束,提出了一种基于粒子群的智能多目标布局优化算法。算例测试验证了上述算法的有效性和鲁棒性。最后,以“天拓一号”卫星为对象,对上述布局优化设计方法进行了应用研究。根据卫星总体设计要求和特殊组件的布局规则,综合考虑卫星的质量分布特性和温度场性能两个设计因素,建立了多目标多约束的布局优化设计模型。分别基于有限包络圆方法和Phi函数法来处理布局设计中的几何约束,并采用智能多目标布局优化算法对“天拓一号”布局方案的多目标优化设计问题进行求解,结果较好地验证了所提方法的可行性和有效性,并获得了性能指标优异的智能分布的Pareto最优布局方案解集。论文对卫星布局优化设计方法中的两项关键技术进行了深入的研究,形成了一套较为系统的多目标布局设计方法,并探讨了其在“天拓一号”卫星布局方案设计中的应用,可为后续新型微纳卫星的布局方案设计提供借鉴和指导。