基于改进粒子群算法的卫星星座优化设计

面向区域覆盖的卫星星座设计是一个多约束的优化问题,提出一种基于改进粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)算法的中轨(Medium Earth Orbit,MEO)卫星星座优化设计方法。以最大化卫星星座对中国区域的平均覆盖率为目标,基于3+4P星座构型进行卫星星座优化设计,并采用改进PSO算法对卫星的轨道参数进行优化。通过仿真软件和卫星仿真工具包(Satellite Tool Kit,STK)互联进行算法验证,并将改进PSO算法、标准PSO算法和遗传算法(Genetic Algorithm,GA)的优化结果进行对比。仿真结果表明,改进PSO算法优化后的卫星星座对中国区域的覆盖率均值为95.34%,分别比标准PSO算法和GA算法高0.68%和9.55%,同时具有更高的平均覆盖重数和总覆盖时长。因此,基于改进PSO算法的卫星星座优化设计方法可以实现较好的覆盖性能。

GEO/IGSO混合区域导航星座的设计与优化算法

区域导航星座能够以较低成本和较短时间获得目标区域导航能力,且地球同步轨道是构建非极区区域导航星座的重要轨道类型。提出一种基于GEO(地球静止轨道)和IGSO(倾斜地球同步轨道)的区域导航星座设计方法。基于星下点轨迹特性构造对称星座设计参数和优化参数集,并考虑地球扁率长期摄动影响,计算星座轨道参数。以导航服务区的统计GDOP(几何精度因子)为目标函数,利用差分进化算法构建星座优化模型。以印度IRNSS的7星星座为例,仿真检验了设计和优化算法的正确性,讨论了IRNSS星座优化构型和轨道类型选取。本方法采用的对称星座设计参数少,能够提升GEO/IGSO混合区域导航星座的全局优化效率,为后续非对称星座快速提供最佳星数和构型设计。

基于遗传算法的低轨导航星座构形优化设计

针对现有导航系统中高轨卫星路径损耗大、星地延迟长等缺点,以及传统星座设计约束复杂、结果非最优的问题,采用遗传算法开展低轨导航星座构形优化设计。利用遗传算法对全球星系统(Globalstar)进行构型优化,验证了方法的正确性;结合低轨全球导航星座所受约束,分别使用传统覆盖带设计方法与遗传算法进行星座设计与构型优化。设计结果表明,遗传算法设计方法相较于传统的覆盖带法,星座卫星总数减少了5颗、轨道数减少6条、覆盖重数显著提升,位置精度因子(PDOP)值最大值由7.46降至2.62,可用覆盖率由99.3%以下提升到99.98%以上,验证了遗传算法进行低轨导航星座构型优化的有效性。

融合遗传蚁群算法的区域覆盖卫星星座优化算法

针对特定区域覆盖并密集重访的卫星星座优化设计问题,采用回归轨道和共星下点轨迹星座的设计方案,提出特定区域内重点地区权值排序覆盖并融合遗传蚁群算法优化求解卫星星座轨道参数的方法。分析区域覆盖星座的设计需求,建立回归轨道覆盖区域模型,利用遗传蚁群算法计算出最优轨道根数,使用共星下点轨迹星座求解算法求出所有星座参数。仿真实验结果表明优化设计的星座满足对于区域目标的覆盖时间和重访次数需求,并对重要地点按照权值排序进行了侧重性覆盖和重访,验证了算法的可行性。

基于遗传算法的寻优解卫星星座优化设计策略

卫星星座优化设计与直接部署卫星或普通迭代计算后部署卫星等方法不同,目的是在有限的资源中达到更好的星座观测效果。通过使用遗传算法(Genetic Algorithm),在卫星星座构型模型的基础上,得到星座种群内对目标观测实效性较强、重访周期较短的卫星个体,并使用较优的卫星个体生成Walker星座组网,实现了生成的星座对目标区域的高精度观测与覆盖。这种方法避免了复杂的计算与主观上的加权计算,在经济成本和观测效果相互制约的前提下,得到了更加高效的卫星星座构型设计策略。将此优化设计策略用于选定的卫星星座构型中,通过仿真实验表明,基于遗传算法优化后的“深圳一号”卫星星座相较于其优化前的部署,其对目标区域及全球区域的整体观测性能提升了90%以上。

一种GPS整周模糊度解可靠性的估计方法

用整周模糊度解可靠性的估计方法计算了一组静态GPS实测数据的定位结果,结果表明:用该方法进行快速精密定位所需定位时间最短,且简便、易行。在此基础上,利用卫星空中分布不同以及卫星个数不同的几组模拟观测数据的定位结果,验证了均匀的卫星分布更有利于快速求解整周模糊度。在卫星均匀分布的前提下,卫星个数越多,得到稳定整周模糊度解所需要的时间越短。

基于64-APSK编码的ECGP模型研究

光纤通道的非线性效应是光纤通信技术发展的最大阻碍,为解决此难题,几何整形(GS)与概率整形(PS)技术应运而生。以64-QAM星座图为例,若联合使用几何、概率整形技术,采用超高斯分布抵抗非线性效应影响,通过最优化理论即可生成最佳抗非线性效应星座图(ECGP),该模型较传统麦克斯韦概率整形有5.61%的性能提升,该星座图在理论上可使信道拥有最大的信噪比。