[發(fā)明專利]一種導(dǎo)航星座在軌備份方案優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010438044.8
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111680360A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡敏;王許煜;趙玉龍;李玖陽;肖龍龍;李菲菲;張學(xué)陽;云朝明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊(duì)航天工程大學(xué)
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20;G01S19/03
• 代理公司: 北京元周律知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11540
• 代理人: 史冬梅

本發(fā)明公開了一種導(dǎo)航星座在軌備份方案優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括根據(jù)導(dǎo)航星座的參數(shù)確定在軌備份星的軌位優(yōu)化模型的優(yōu)化變量、目標(biāo)函數(shù)以及約束條件；基于在軌備份星的軌位優(yōu)化模型，利用多目標(biāo)優(yōu)化算法獲得在軌備份星的最優(yōu)軌位；結(jié)合在軌備份星的最優(yōu)軌位，確定在軌備份星替換故障衛(wèi)星的替換優(yōu)化模型，根據(jù)替換優(yōu)化模型確定最優(yōu)的替換方法。本發(fā)明能顯著提高導(dǎo)航星座服務(wù)性能，增強(qiáng)其穩(wěn)定性和魯棒性，且能夠在短時(shí)間內(nèi)以較低的能量完成故障衛(wèi)星的替換。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種導(dǎo)航星座在軌備份方案優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，屬于導(dǎo)航星座技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

導(dǎo)航星座為了滿足系統(tǒng)對可用性、連續(xù)性和完整性的嚴(yán)格要求，通常會在空間部署若干顆備份衛(wèi)星，若星座中有衛(wèi)星發(fā)生失效，則通過在軌備份衛(wèi)星變軌對其進(jìn)行替換。如GPS(Global Positioning System)星座將備份衛(wèi)星部署在故障概率最大的衛(wèi)星附近形成‘衛(wèi)星對’，以便其中的一顆衛(wèi)星發(fā)生故障時(shí)，備份衛(wèi)星能夠在較短時(shí)間內(nèi)，通過軌道機(jī)動來實(shí)現(xiàn)對故障衛(wèi)星的快速替換，從而降低對用戶的影響。在軌備份方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)系到整個(gè)導(dǎo)航星座運(yùn)行期間的服務(wù)性能，同時(shí)還涉及到空間軌道資源的維護(hù)利用等問題，因此必須對在軌備份方案進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

本申請的目的在于，提供導(dǎo)航星座在軌備份方案優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，以解決現(xiàn)有導(dǎo)航星座存在的運(yùn)行器件服務(wù)性能差的技術(shù)問題。

本發(fā)明的導(dǎo)航星座在軌備份方案優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括：

根據(jù)導(dǎo)航星座的參數(shù)確定在軌備份星的軌位優(yōu)化模型的優(yōu)化變量、目標(biāo)函數(shù)以及約束條件；

基于所述在軌備份星的軌位優(yōu)化模型，利用多目標(biāo)優(yōu)化算法獲得在軌備份星的最優(yōu)軌位；

結(jié)合所述在軌備份星的最優(yōu)軌位，確定在軌備份星替換故障衛(wèi)星的替換優(yōu)化模型，根據(jù)所述替換優(yōu)化模型確定最優(yōu)的替換方法。

優(yōu)選地，根據(jù)導(dǎo)航星座的參數(shù)確定在軌備份星的軌位優(yōu)化模型的優(yōu)化變量、目標(biāo)函數(shù)以及約束條件，具體為：

將每個(gè)軌道面上在軌備份星的軌位作為所述軌位優(yōu)化模型的優(yōu)化變量；

根據(jù)星座位置精度衰減因子值和設(shè)定仰角范圍內(nèi)的可見衛(wèi)星數(shù)確定的所述軌位優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)；

將在軌備份星的軌位角度作為所述軌位優(yōu)化模型的約束條件。

優(yōu)選地，所述每個(gè)軌道面上在軌備份星的軌位以編碼形式表征，所述編碼采用浮點(diǎn)數(shù)編碼。

優(yōu)選地，根據(jù)星座位置精度衰減因子值和設(shè)定仰角范圍內(nèi)的可見衛(wèi)星數(shù)確定的所述軌位優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)，具體為：

采用網(wǎng)格分析法對所述導(dǎo)航星座的服務(wù)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分；

獲取每一時(shí)刻下，所有網(wǎng)格點(diǎn)的星座位置精度衰減因子值和可見衛(wèi)星數(shù)；

獲取設(shè)定仿真時(shí)間段內(nèi)，所述服務(wù)區(qū)域內(nèi)所述星座位置精度衰減因子值的平均值和所述可見衛(wèi)星數(shù)的平均值；

根據(jù)所述星座位置精度衰減因子值的平均值和所述可見衛(wèi)星數(shù)的平均值確定所述軌位優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)。

優(yōu)選地，所述基于所述在軌備份星軌位優(yōu)化模型，利用多目標(biāo)優(yōu)化算法獲得在軌備份星的最優(yōu)軌位，具體為：

基于所述在軌備份星軌位優(yōu)化模型，利用非支配排序遺傳算法獲得在軌備份星的最優(yōu)軌位。

優(yōu)選地，結(jié)合所述在軌備份星的最優(yōu)軌位，確定所述在軌備份星替換故障衛(wèi)星的替換優(yōu)化模型，根據(jù)所述替換優(yōu)化模型確定最優(yōu)的替換方法，具體為：

根據(jù)故障衛(wèi)星的相位和所述在軌備份衛(wèi)星的相位之間的關(guān)系，確定在軌備份衛(wèi)星的替換模式；所述替換模式包括相位超前替換和相位滯后替換；