[發明專利]基于NSGA-II算法的星間鏈路構型優化設計方法

有效

• 申請號: 202210204481.2
• 申請日: 2022-03-02
• 公開（公告）號: CN114578398B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 龔曉穎;黃丁發;馮威
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01S19/37
• 分類號: G01S19/37;G01C21/24
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 陳航

1.一種基于NSGA-II算法的星間鏈路構型優化設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、確定影響星間鏈路構型的決策變量個數N；

S2、初始化種群，并對初始化的種群進行約束，建立星間鏈路；

S3、根據已設計的星間鏈路構型，以星間鏈路構型加權平均WAPDOP、總通信路由數TCRN以及所有衛星硬件負載的方差VTHL為優化目標，構建多目標優化函數：

式中，表示多目標優化函數，表示加權平均PDOP，表示總通信路由數，表示總硬件負載方差；

S4、利用所述多目標優化函數對星間鏈路設計構型進行優化，完成基于NSGA-II算法的星間鏈路構型優化設計。

2.根據權利要求1所述的基于NSGA-II算法的星間鏈路構型優化設計方法，其特征在于，所述步驟S3包括以下步驟：

S301、計算設計星間鏈路構型加權平均WAPDOP中的N_Gs個GEO衛星和N_Is個?IGSO衛星的觀測結構PDOP值PDOP_G和PDOP_I；

S302、計算設計星間鏈路構型加權平均WAPDOP中的N_MS個MEO衛星的觀測結構PDOP值PDOP_M；

S303、根據已設計的星間鏈路構型，計算得到星間鏈路構型加權平均WAPDOP；

S304、在測距周期內，構建星間鏈路的鄰接矩陣A；

S305、根據鄰接矩陣A中的數值情況，通過最短路徑法計算得到任意兩顆衛星之間的最短路徑向量Sⁱ；

S306、根據最短路徑向量Sⁱ，計算得到總通信路由數TCRN；

S307、根據鄰接矩陣A，計算得到每個衛星的總硬件負載THL；

S308、根據每個衛星的總硬件負載THL，計算得到所有衛星硬件負載的均差MTHL；

S309、根據所有衛星硬件負載的均差MTHL，計算得到所有衛星硬件負載的方差VTHL；

S3010、以星間鏈路構型加權平均WAPDOP、總通信路由數TCRN以及所有衛星硬件負載的方差VTHL為優化目標，構建多目標優化函數。

3.根據權利要求2所述的基于NSGA-II算法的星間鏈路構型優化設計方法，其特征在于，所述步驟S301包括以下步驟：

S3011、根據設計的星間鏈路構型，找出與每個GEO衛星建鏈的所有衛星的偽隨機噪聲PRN號，并依據偽隨機噪聲PRN號找到對應的3個位置坐標參數與1個接收機鐘差參數，設計矩陣B：

其中，、和表示偽隨機噪聲PRN號對應的3個位置坐標參數，表示與GEO衛星建立鏈路的衛星個數，1表示接收鐘參數的系數，表示為位置參數的協因數矩陣，為第顆GEO衛星與第顆GEO衛星的協因數，表示GEO衛星的個數，且，表示GEO衛星的總數，表示個GEO衛星的PDOP值；

S3012、根據個GEO衛星的PDOP值，計算得到所有GEO衛星的PDOP值的總和：

S3013、計算得到個IGSO衛星的PDOP值，并根據個IGSO衛星的PDOP值，計算得到所有IGSO衛星的PDOP值的總和：

其中，表示IGSO衛星的總數，表示IGSO衛星的個數。

4.根據權利要求2所述的基于NSGA-II算法的星間鏈路構型優化設計方法，其特征在于，所述步驟S302中觀測結構PDOP值PDOP_M的表達式如下：

其中，表示MEO衛星的總數，表示MEO衛星的個數。

5.根據權利要求4所述的基于NSGA-II算法的星間鏈路構型優化設計方法，其特征在于，所述步驟S303中加權平均WAPDOP的表達式如下：

其中，表示最小值，表示N_Gs個GEO衛星的觀測結構PDOP值，表示N_Is個IGSO衛星的觀測結構PDOP值，表示N_MS個MEO衛星的觀測結構PDOP值。