1.一种基于NSGA‑II算法的星间链路构型优化设计方法,其特征在于,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。
2.根据权利要求1所述的基于NSGA‑II算法的星间链路构型优化设计方法,其特征在于,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NGs个GEO卫星和NIs个IGSO卫星的观测结构PDOP值PDOPG和PDOPI;
S302、计算设计星间链路构型加权平均WAPDOP中的NMS个MEO卫星的观测结构PDOP值PDOPM;
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i短路径向量S;
i
S306、根据最短路径向量S,计算得到总通信路由数TCRN;
S307、根据邻接矩阵A,计算得到每个卫星的总硬件负载THL;
S308、根据每个卫星的总硬件负载THL,计算得到所有卫星硬件负载的均差MTHL;
S309、根据所有卫星硬件负载的均差MTHL,计算得到所有卫星硬件负载的方差VTHL;
S3010、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。
3.根据权利要求2所述的基于NSGA‑II算法的星间链路构型优化设计方法,其特征在于,所述步骤S301包括以下步骤:S3011、根据设计的星间链路构型,找出与每个GEO卫星建链的所有卫星的伪随机噪声PRN号,并依据伪随机噪声PRN号找到对应的3个位置坐标参数与1个接收机钟差参数,设计矩阵B:其中,un、vn和ωn表示伪随机噪声PRN号对应的3个位置坐标参数,n表示与GEO卫星建立链路的卫星个数,1表示接收钟参数的系数,Q表示为位置参数的协因数矩阵,qxy为第x颗GEO卫星与第y颗GEO卫星的协因数,x表示GEO卫星的个数,且x=1,2,...,NGS,NGS表示GEO卫星的总数,PDDPx表示NGS个GEO卫星的PDOP值;
S3012、根据NGS个GEO卫星的PDOP值,计算得到所有GEO卫星的PDOP值的总和PDOPG:S3013、计算得到NIS个IGSO卫星的PDOP值,并根据NIS个IGSO卫星的PDOP值,计算得到所有IGSO卫星的PDOP值的总和PDOPI:k=1,2,...,NIS
其中,NIS表示IGSO卫星的总数,k表示IGSO卫星的个数。
4.根据权利要求2所述的基于NSGA‑II算法的星间链路构型优化设计方法,其特征在于,所述步骤S302中观测结构PDOP值PDOPM的表达式如下:u=1,2,...,NMS
其中,NMS表示MEO卫星的总数,u表示MEO卫星的个数。
5.根据权利要求4所述的基于NSGA‑II算法的星间链路构型优化设计方法,其特征在于,所述步骤S303中加权平均WAPDOP的表达式如下:其中,min表示最小值,PDOPG表示NGs个GEO卫星的观测结构PDOP值,PDOPI表示NIs个IGSO卫星的观测结构PDOP值,PDOPM表示NMS个MEO卫星的观测结构PDOP值。
6.根据权利要求1所述的基于NSGA‑II算法的星间链路构型优化设计方法,其特征在于,所述步骤S304中邻接矩阵A的表达式如下:NS=NGS+NIS+NMS
i=1,2,...,Nt
j=1,2,...,Nl
其中,apq表示卫星p与卫星q的建链情况,sij表示第i个时隙的第j条星间链路的信号发射星的伪随机噪声PRN号,rij表示第i个时隙的第j条星间链路的信号接收星的伪随机噪声PRN号,1表示为卫星p与卫星q成功建链,0表示卫星与自己建链,∞表示为两颗卫星未能成功建链,NS表示为整个星座中的所有不同轨道卫星数。
7.根据权利要求1所述的基于NSGA‑II算法的星间链路构型优化设计方法,其特征在于,所述步骤S306中总通信路由数TCRN的最小化的表达式如下:其中,min表示最小值, 表示伪随机噪声PRN号为m的卫星与伪随机噪声PRN号为n的卫星之间的最短路径,NS表示整个星座中的所有不同轨道卫星数。
8.根据权利要求1所述的基于NSGA‑II算法的星间链路构型优化设计方法,其特征在于,所述步骤S307中每个卫星硬件负载THL的表达式如下:其中,THLp表示卫星p的总硬件负载,dpq表示卫星p和卫星q间的实际星间距离,dmax表示两颗卫星可视条件下最大星间距离,apq表示卫星p和卫星q建链情况,若apq=1表示卫星p和卫星q可见,两者之间建立了星间链路,NS表示整个星座中的所有不同轨道卫星数;
所述步骤S308中所有卫星硬件负载的均差MTHL的表达式如下:其中,NS表示整个星座中的所有不同轨道卫星数,THLp表示卫星p的总硬件负载。
9.根据权利要求1所述的基于NSGA‑II算法的星间链路构型优化设计方法,其特征在于,所述步骤S309中所有卫星硬件负载的方差VTHL的表达式如下:其中,NS表示整个星座中的所有不同轨道卫星数,THLp表示卫星p的总硬件负载,MTHL表示所有卫星硬件负载的均差。
10.根据权利要求1所述的基于NSGA‑II算法的星间链路构型优化设计方法,其特征在于,所述步骤S4包括以下步骤:S401、根据多目标优化函数对初始化种群进行非支配排序,以初始化种群进行Pareto分级;
S402、计算每一等级种群的个体的拥挤度;
S403、根据计算得到的拥挤度,确定选择、交叉及变异算子;
S404、利用精英选择策略,生成新的种群;
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S405、设置进化代数Gen以及阈值 作为终止条件,并判断所述阈值 是否大于10 ,若是,则令进化代数为Gen+1,并返回步骤S603,否则,完成基于NSGA‑II算法的星间链路构型优化设计。