[發明專利]一種基于遺傳算法的偽衛星布設方法

在審

• 申請號: 202010121319.5
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN111289999A
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 于先文;上官學帥;聞道秋
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01S19/11
• 分類號: G01S19/11;G06N3/12
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 許小莉

本發明公開了一種基于遺傳算法的偽衛星布設方法，屬于導航定位技術領域。利用遺傳算法的多變量尋優優勢，提出了顧及整個偽衛星覆蓋區域的基于遺傳算法的偽衛星布局方法，可大幅提高偽衛星覆蓋范圍內的定位精度與可用性。包括以下步驟：(1)根據布局環境建立布局模型，將布局區域內平均位置精度因子作為目標函數；(2)利用遺傳算法優化目標函數值；(3)輸出遺傳算法優化的最終偽衛星布局坐標與目標函數值。

技術領域：

本發明屬于導航定位技術領域，具體涉及采用遺傳算法優化覆蓋區域偽衛星布局的方法。

背景技術：

偽衛星系統可以在在城市、峽谷及室內等無法接收衛星導航信號的區域實現導航定位，其已得到越來越廣泛的應用。與衛星導航定位系統不同，偽衛星通常處于固定狀態，理論分析和實際應用均表明，其定位精度與偽衛星的布局具有嚴密的數學關系，因此，進行偽衛星布局優化具有重要的工程應用價值。

偽衛星布局問題實質為組合優化問題，對于某種偽衛星布設環境，難以采用函數求導或遍歷的方法得到偽衛星最優布局。目前有關偽衛星定位系統布局多是根據理論推導得到針對一些特殊點的最佳布局策略，對區域性最佳布局問題的建模和對模型解的推導過程復雜且不具有普遍適用性。針對目前偽衛星布局方法存在的以上問題，本發明提供了一種基于遺傳算法的偽衛星布局方法，具有較強的尋優效果及普遍適用性。

發明內容

為實現偽衛星系統布局優化，本發明提出一種基于遺傳算法的偽衛星布設方法，該方法可優化偽衛星系統布局、提高偽衛星系統定位性能。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于遺傳算法的偽衛星布設方法，具體包括以下步驟：

步驟一、偽衛星布局建模，將布局區域內平均位置精度因子作為目標函數；

步驟二、利用遺傳算法優化目標函數值；

步驟三、輸出計算結果，包括獨立直角坐標系下偽衛星坐標和最終目標函數值。

作為本發明一種基于遺傳算法的偽衛星布設方法的進一步優選方案，在步驟一中，所述的偽衛星布局建模，將布局區域內平均位置精度因子作為目標函數包括以下步驟：

步驟1.1、根據布局環境建立獨立空間直角坐標系，將用戶所處平面劃分為p個均勻分布的格網點，建立偽衛星定位觀測矩陣：

式中，l_i,m_i,n_i分別為用戶到N顆偽衛星的方向余弦(1＜i＜N)；

步驟1.2、利用觀測矩陣計算則位置精度因子(PDOP)：

式中，T為矩陣轉置運算，為G^TG逆矩陣的第k個主對角線元素(k＝1,2,3)；

步驟1.3、建立目標函數：

式中，PDOP_j為覆蓋區域內j點處的位置精度因子，p為覆蓋區域內均勻分布的格網點數。

作為本發明一種基于遺傳算法的偽衛星布設方法的進一步優選方案，在步驟二中，所述的利用遺傳算法優化目標函數值包括以下步驟：

步驟2.1、編碼偽衛星坐標：采用二進制編碼將每個站點的坐標向量編碼為二進制編碼；

步驟2.2、初始化種群：隨機產生一個由s個個體組成的種群，每個個體包含N個布局站點坐標P_i(x_i,y_i,z_i)(i＝1,2,…N)，進化代數初始值u＝0；