[发明专利]基于NSGA-II算法的星间链路构型优化设计方法

说明书

本发明提供了一种基于NSGA‑II算法的星间链路构型优化设计方法，属于卫星导航系统星间链路技术领域。该方法包括：确定影响星间链路构型的决策变量个数N；初始化种群，并对初始化的种群进行约束，建立星间链路；根据已设计的星间链路构型，以星间链路构型加权平均WAPDOP、总通信路由数TCR以及所有卫星硬件负载的方差VTHL为优化目标，构建多目标优化函数；根据所述多目标优化函数对星间链路设计构型进行优化。本发明通过构建星间链路网型的观测结构、负载能力及通信效率情况模型，来评估星间链路设计构型的性能，有效的提升了系统的性能，从而更好的完成自主导航任务，解决了目前北斗系统星间链路构型无法达到最优的问题。

技术领域

本发明属于卫星导航系统星间链路技术领域，尤其涉及一种基于NSGA-II算法的星间链路构型优化设计方法。

背景技术

北斗三号系统的星间链路其实就是卫星与卫星之间以及卫星与地面之间的通信链路，具有双向伪距测距功能，北斗三号采用了窄波束时分体制Ka波段的星间链路，并且星间链路天线采用了相控阵天线。窄波束星间链路具有指向切换灵活、高测距精度、高通信速率、抗干扰性能好以及低功耗等优势。

目前的星间链路路由拓扑多为网状的拓扑结构，这种拓扑结构相对比较简单固定，限制了网络的性能，尽管它能使各项指标达到最优，却很难对某些指标得到有效的控制。除此之外，现有的星间链路路由多用于卫星通信，对于北斗三号导航定位系统，由于其拓扑结构结构的限制，定位精度无法满足要求。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于NSGA-II算法的星间链路构型优化设计方法，解决了目前北斗系统星间链路构型无法达到最优的问题。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种基于NSGA-II算法的星间链路构型优化设计方法，包括以下步骤：

S1、确定影响星间链路构型的决策变量个数N；

S2、初始化种群，并对初始化的种群进行约束，建立星间链路；

S3、根据已设计的星间链路构型，以星间链路构型加权平均WAPDOP、总通信路由数TCR以及所有卫星硬件负载的方差VTHL为优化目标，构建多目标优化函数；

S4、利用所述多目标优化函数对星间链路设计构型进行优化，完成基于NSGA-II算法的星间链路构型优化设计。

本发明的有益效果是：本发明提供一种结合NSGA-II(多目标遗传优化算法)和某一历元卫星星座的所有卫星的坐标，演化为最优等级的星间链路网络拓扑结构方法，解决了目前北斗系统星间链路构型无法达到最优的问题，满足不了高速变化的拓扑结构，有效的提升了系统的性能，从而更好的完成自主导航任务。

进一步地，所述步骤S3包括以下步骤：

S301、计算设计星间链路构型加权平均WAPDOP中的N_Gs个GEO卫星和N_Is个IGSO卫星的观测结构PDOP值PDOP_G和PDOP_I；

S302、计算设计星间链路构型加权平均WAPDOP中的N_MS个MEO卫星的观测结构PDOP值PDOP_M；

S303、根据已设计的星间链路构型，计算得到星间链路构型加权平均WAPDOP；

S304、在测距周期内，构建星间链路的邻接矩阵A；

S305、根据邻接矩阵A中的数值情况，通过最短路径法计算得到任意两颗卫星之间的最短路径向量Sⁱ；

S306、根据最短路径向量Sⁱ，计算得到总通信路由数TCRN；