[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

本發明提供了一種基于NSGA?II算法的星間鏈路構型優化設計方法，屬于衛星導航系統星間鏈路技術領域。該方法包括：確定影響星間鏈路構型的決策變量個數N；初始化種群，并對初始化的種群進行約束，建立星間鏈路；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TCR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；根據所述多目標優化函數對星間鏈路設計構型進行優化。本發明通過構建星間鏈路網型的觀測結構、負載能力及通信效率情況模型，來評估星間鏈路設計構型的性能，有效的提升了系統的性能，從而更好的完成自主導航任務，解決了目前北斗系統星間鏈路構型無法達到最優的問題。

技術領域

本發明屬于衛星導航系統星間鏈路技術領域，尤其涉及一種基于NSGA-II算法的星間鏈路構型優化設計方法。

背景技術

北斗三號系統的星間鏈路其實就是衛星與衛星之間以及衛星與地面之間的通信鏈路，具有雙向偽距測距功能，北斗三號采用了窄波束時分體制Ka波段的星間鏈路，并且星間鏈路天線采用了相控陣天線。窄波束星間鏈路具有指向切換靈活、高測距精度、高通信速率、抗干擾性能好以及低功耗等優勢。

目前的星間鏈路路由拓撲多為網狀的拓撲結構，這種拓撲結構相對比較簡單固定，限制了網絡的性能，盡管它能使各項指標達到最優，卻很難對某些指標得到有效的控制。除此之外，現有的星間鏈路路由多用于衛星通信，對于北斗三號導航定位系統，由于其拓撲結構結構的限制，定位精度無法滿足要求。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供的一種基于NSGA-II算法的星間鏈路構型優化設計方法，解決了目前北斗系統星間鏈路構型無法達到最優的問題。

為了達到以上目的，本發明采用的技術方案為：

本方案提供一種基于NSGA-II算法的星間鏈路構型優化設計方法，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TCR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；

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。

本發明的有益效果是：本發明提供一種結合NSGA-II(多目標遺傳優化算法)和某一歷元衛星星座的所有衛星的坐標，演化為最優等級的星間鏈路網絡拓撲結構方法，解決了目前北斗系統星間鏈路構型無法達到最優的問題，滿足不了高速變化的拓撲結構，有效的提升了系統的性能，從而更好的完成自主導航任務。

進一步地，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；