[发明专利]一种基于遗传算法的低轨卫星系统频率复用规划方法

权利要求书

1.一种基于遗传算法的低轨卫星系统频率复用规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将低轨卫星系统的覆盖区域划分为若干层波位，其中最外层的一圈波位称为外层波位，其余层波位统称为内层波位；

步骤2：根据同频波位距离最远的原则设定内层波位的频率分配方案；

步骤3：对外层波位频率分配进行遗传算法迭代，包括设置优化参数、初始化种群、进行交叉-变异操作、进行选择操作以及更新全局最优。

2.根据权利要求1所述的基于遗传算法的低轨卫星系统频率复用规划方法，其特征在于，所述步骤3包括：

步骤3.1：设置优化参数，包括种群规模N、最大迭代次数G和变异个体数量P；

步骤3.2：初始化种群，种群中每个个体代表一种外层波位排布的方案，每个个体的基因都是下列集合A的一个全排列：

其中，Q_k为第k个频率在外层波束中的复用次数，J为外层波位的个数，同时也是每个个体的基因数，K为复用的频率数，第j位数字k表示第j个波位填充第k个频率，j＝1,2,...,J,k＝1,2,...,K；

生成多个集合A的随机全排列作为个体的基因，并选取N个适应度值小于门限N_t的个体作为初始化种群，初始化种群中适应度值最低的个体被设定为全局最优；

步骤3.3：进行交叉-变异操作，对于初始化种群中第n个个体，n＝1,2,…,N，记为个体a，在另外N-1个个体中随机选择一个个体，记为个体b，保留个体a和个体b的基因中相同的部分，记为集合Same；个体a的基因中与个体b不同的部分记为集合Diff0，在集合Diff0中随机选取两个基因调换顺序，得到集合Diff1，由集合Same和集合Diff1组合得到变异个体；如果个体a和个体b的基因相同，则随机选取两个基因调换顺序生成变异个体；计算变异个体的适应度值；重复这一步骤直到生成P个适应度值不大于原个体a的变异个体；

步骤3.4：进行选择操作，在步骤3.3中得到的P个变异个体中选取适应度值最小的个体替换原个体a，如果适应度值都相同，则随机选择一个个体替换原个体a；

步骤3.5：重复步骤3.3-步骤3.4，直到N个个体都完成操作，将适应度值最低的个体设定为新的全局最优；

步骤3.6：重复步骤3.3-步骤3.5，直到迭代次数达到最大，输出全局最优作为结果。

3.根据权利要求2所述的基于遗传算法的低轨卫星系统频率复用规划方法，其特征在于，所述适应度值的计算方法为：

某个体表示为：

A′＝[a₁,a₂,...,a_J]

式中，a_j∈{1,2,...,K}，且A′是集合A的一个全排列；

则适应度值表示为：

式中，W的大小确定方法为：设定W初始值为0，外圈波位上每存在一对相邻或间隔1个波位的同频波位，W增加1000；外圈波位上每存在一对间隔2个波位的同频波位，W增加1；

表示第j个波位填充第a_j个频率后所贡献的适应度值，取值根据内层波位的频率分配方案确定，如果第j个波位填充第a_j个频率后，与内层波位的第a_j个频率相邻，则如果第j个波位填充第a_j个频率后，与内层波位的第a_j个频率间隔1个波位，则如果第j个波位填充第a_j个频率后，与内层波位的第a_j个频率间隔2个波位，则如果第j个波位填充第a_j个频率后，与内层波位的第a_j个频率间隔3个或3个以上波位，则将所有的值表示成一个J×K的矩阵，称为外层波位适应度值矩阵。