[发明专利]一种卫星导航系统星间链路建链规划串级优化设计方法

摘要

本发明属于卫星导航系统星间链路领域，具体涉及一种卫星导航系统星间链路建链规划串级优化设计方法。本发明设计方法包括建链时序优化设计的和时隙长度的优化设计；建链时序优化设计时考虑自主导航加权精度因子和低网络负载下通信性能，同时对每个建链周期内的时隙个数和各时隙内的建链卫星进行优化；时隙长度优化设计时考虑高网络负载下通信性能，如丢包率和包含排队时延在内的全网平均时延，且考虑了保护带对于通信性能的影响。本发明准确反映的系统测量性能，能够保证系统丢包率满足设计需求，更能精确反映高网络负载下系统通信性能，对系统建模更加精确，能够更真实地反映系统性能；在兼顾系统测量和通信性能的前提下减小优化时间消耗。

主权项

1.一种卫星导航系统星间链路建链规划串级优化设计方法，其特征在于：包括建链时序的优化设计和时隙长度的优化设计；所述建链时序的优化设计具体包括步骤为：步骤S1，设置一个建链周期内时隙个数的时隙搜索范围和时隙搜索步长；步骤S2，遍历时隙搜索范围得到若干个时隙个数值；对于取每一个时隙个数值的情况，分别生成对应的初始建链矩阵，且设置建链矩阵约束条件为：只有相互可见的卫星之间能够建立星间链路；若卫星i在第j个时隙与卫星e_ij建链，则同一时隙卫星e_ij也与卫星i建链；每个卫星在同一时隙内最多只能与一个卫星建链；以初始建链矩阵作为迭代建链矩阵，设Q表示迭代次数，Q的初始值为1；步骤S3，从迭代建链矩阵中随机选取某个时隙的两颗卫星，并将选取的两颗卫星各自的建链卫星进行位置调换，产生新的建链矩阵，判断新的建链矩阵是否满足建链矩阵约束条件，若满足，转入步骤S4，否则重新进行步骤S3；步骤S4，对于新的建链矩阵和迭代建链矩阵，分别计算全网所有卫星在整个系统周期内的平均自主导航加权精度因子；若新的建链矩阵的平均自主导航加权精度因子小于迭代建链矩阵的平均自主导航加权精度因子，则转入步骤S5，否则，计算新的建链矩阵的接受概率γ：γ＝e^‑ΔF/Temp其中，ΔF为新的建链矩阵和迭代建链矩阵的平均自主导航加权精度因子差值，Temp为控制参数；在0～1范围内生成一个随机数r，若接受概率γ大于r，则接受新的建链矩阵，转入步骤S5，否则Q值自增加1，判断Q值是等于预设值，若是，进入步骤S6，否则返回步骤S3；步骤S5，将迭代建链矩阵更新为新的建链矩阵，将Temp减小为：Temp_new＝β·Temp_old,0＜β＜1其中，β是用于控制Temp减小速度的常数参数，Temp_old、Temp_new分别表示公式计算前后的Temp值；将Q值自增加1，判断Q值是否等于预设值，若是，进入步骤S6，否则返回步骤S3；步骤S6，根据步骤S2至步骤S5所获得的每个时隙对应的平均自主导航加权精度因子，选取平均自主导航加权精度因子最小值对应的时隙与建链矩阵，即建链时序的优化结果；所述时隙长度的优化设计具体步骤包括：步骤T1，设置时隙长度的搜索范围和时隙长度的搜索步长，按照时隙长度的搜索步长遍历时隙长度的搜索范围，确定时隙长度的取值范围；步骤T2，设置时隙长度约束条件：丢包率小于等于预先设置的容许最大丢包率；时隙长度大于预先设置的时隙内保护带长度；通过仿真评估方法得到每一个时隙长度对应的全网平均时延和丢包率，在丢包率小于等于预先设置的容许最大丢包率的前提下，时延最小的时隙长度即为时隙长度的优化结果。