基于改进的NSGA-II的卫星星座构型分层优化策略

针对卫星星座系统一体化设计方法运算开销庞大的缺陷,提出了卫星星座构型分层优化策略,其核心是改进了非支配排序算法的非劣性分层遗传算法(NSGA-II).新的非支配排序算法结合了Jensen的递归方法和快速排序法的优点,其鲁棒性优于递归方法和快速排序法,改进的NS-GA-II算法其计算复杂度O(MNlog N)也远小于原NSGA-II算法的O(MN2).最后,将新的优化策略用于区域导航卫星星座构型的优化设计,并利用Matlab和Satellite Tool Kit(STK)对星座进行了仿真.仿真结果表明,设计的导航星座位置定位精度平均值达到2.73,采用新的优化策略的运算开销为采用原优化策略的13.3%,大大降低了卫星星座构型优化设计的运算开销,为卫星星座系统一体化设计方法的实用化建立了良好的基础.     

低轨卫星星座通信系统星间路径选择

现有的低轨卫星星座路由算法在选择星间路径时,根据算法特征分别选用最短传输延时路径(LDP)和最小跳数路径(LHP),但是对选用LHP的合理性缺乏详细分析。针对低轨卫星星座系统中LDP与LHP的关系问题,该文通过遍历仿真验证,LDP属于LHP集合,且LHP集合中各条路径传输延时差别不大,可以用LHP代替LDP以降低计算复杂度,便于路由算法的分布式实现。此外,基于LHP传输延时的变化特征,提出了星间路径选择的策略,减少了路由切换次数,为进一步优化分布式路由算法奠定了基础。     

基于Flower星座的区域卫星导航系统

在Flower星座设计方法的基础上,提出了一种新的区域卫星导航系统设计方法.利用2个Flower星座,通过Flower星座模型精确计算导航Flower星座(NFC)中每个卫星的6个轨道参数,得到一个区域卫星导航系统NFC.NFC可以分阶段部署,开始由8颗卫星组成,补充发射6颗卫星以后组成完整的系统.对中国区域的几何精度因子(GDOP)仿真证明,NFC的平均GDOP值为2.113.与国内已经提出的几种区域导航系统及GPS,GLONASS,Galileo等全球卫星导航系统相比,NFC的GDOP性能与Galileo系统相当,远优于其他系统.NFC较高的导航精度和经济性证明基于Flower星座的区域卫星导航系统设计方法是有效的.     

基于人工免疫的星座卫星通信系统资源调配算法

资源调配是星座卫星通信系统应用管理技术中亟待研究的关键技术之一。文中首先分析了星座卫星通信系统中触发资源调配的主要因素;然后,从通信任务效能系数和通信系统满足度两个重要指标出发,分别提出了通用的面向卫星资源和面向通信任务的资源调配数学模型;通过数学模型对星座卫星资源调配的扩展性、灵活性等特点进行了分析,运用免疫系统的自适应、自学习、自组织等特性,提出了一种具有模糊处理时间的免疫调配算法。仿真实验和理论分析表明,算法解决了其他调配算法空间、时间复杂度高和收敛速度慢等问题,提高了局部搜索解空间的效率。     

国外新兴卫星互联网星座的发展

 2015年,以OneWeb和SpaceX为代表的"新兴卫星互联网星座"不断涌现。本文回顾了20世纪90年代至今"卫星互联网星座"的发展历程,分析了不同时期各个星座的发展特点,探讨了影响卫星互联网星座成功与否的关键因素。从市场定位、盈利方式、卫星制造、发射、融资等方面分析了新兴互联网星座的优势和风险,并预测了其未来可能的机遇与挑战。分析表明,新兴互联网星座的发展不会是历史的简单重复,将对未来卫星通信产业、卫星运营、卫星制造和传统航天企业的发展带来重要影响。结合中国卫星通信产业发展情况提出了相关启示和建议。     

基于改进蚁群算法的区域伪卫星增强GPS星座优化设计

为实现信号遮挡严重区域伪卫星增强GPS系统的最优导航定位性能,提出了增强星座优化模型及基于改进蚁群算法的实现方法.首先,根据恶劣定位环境可见GPS卫星时空分布不均的特点,基于精度、可用性、连续性等导航性能指标以及系统投入成本和工程地质、地形条件建立增强星座的优化模型.然后,针对该模型主要评价指标的特点,利用改进的蚁群算法实现伪卫星最优位置的搜索.结合具有典型峡谷特征的小湾电站2号山梁相关实验,从多角度给出建立优化模型的准则及其对搜索算法的影响.实验结果表明,经优化设计后该区域的导航定位性能提高了35%～70%,能够满足形变监测系统的设计要求.     

卫星星座通信系统的切换数据登记策略

为了解决切换信息实时性以及数据库信息查询快捷性的问题,结合卫星星座通信系统的特点,提出了利用切换申请携带实时切换数据,并存入专门设置的切换数据寄存器的思想.解决了依赖位置管理数据库提供的非实时数据信息时,可能带来的反复交互问题,并且避免了相对繁琐的数据库查询过程,达到用很小的信令开销换取明显性能改善的目的.并从代价与效率入手,用仿真的方法验证了这种改进的切换数据登记策略的可行性、实时性与有效性.     

基于多目标进化算法的低轨区域通信星座优化设计

研究利用进化算法实现低轨区域通信星座的多目标优化设计。首先分析、确定低轨星座优化的轨道控制参数，然后将基于Pareto最优概念的多目标进化算法引入星座优化中。结合星座覆盖性能的评价准则，给出了一种利用非劣分层遗传算法(NSGA—Ⅱ)实现星座轨道控制参数优化的框架。最后对具体实例进行了优化仿真，结果表明，该方法可以获得一组分布合理的Pareto解，为星座方案决策提供了有力的支持。     

中国区域卫星定位系统星座布局的选择

基于转发式卫星导航定位系统的思路,以与导航定位精度有密切关系的星座的位置精度衰减因子（Position Dilution of Precision,PDOP）在中国区域的分布和变化为主要评判依据,分析讨论由静止通信卫星和倾斜轨道同步通信卫星组成转发式中国区域定位系统星座的初步计划．我们重点考虑倾斜轨道同步卫星的3个主要的轨道参数,即轨道倾角、偏心率及升交点赤经的变化对PDOP的影响,通过仿真计算研究了该区域导航定位系统优良星座的布局方案．对多种星座布局分析比较的初步结果表明,设置3颗位于一组使‘8’字形星下点共迹的倾斜轨道同步通信卫星,它们的轨道倾角约为50°,卫星升交点的赤经差为120°,且其星下点轨迹的对称中心处在115°E附近,与4颗或5颗分布于约60°E至165°E轨位处的静止通信卫星组成转发式中国区域卫星定位系统的星座,可以满足对中国陆地和海疆的有效覆盖,可获得相对高精度的导航定位结果．给出了3个相对优秀的星座结构的初步结果,并讨论了有关的问题．     

卫星定位误差的最优星座选择剖析

在分析定位误差的基础上,研究了星座最佳几何配置,以及几何位置相对较好、星的个数较少的4颗卫星的定位问题,并给出了星座的最佳几何分布与定位误差的关系仿真.结果表明,在卫星星座中,星的高度与分布的均匀性是决定星座几何精度的衰减因子,顶座星、底座星的仰角与方位角之差则是几何精度衰减因子的影响因素.通过计算和实验发现,在GPS系统的定位过程中,有一组最优的、由4颗卫星组成的几何配置星座,此时对应的几何精度衰减因子最小,为1.581 2.     

考虑波束限制的改进导航星座星间链路方案

导航卫星星座系统由于卫星间的相对运动使卫星的相互可见关系不断变化,这给链路选择带来了挑战.本文研究具有同轨及异轨星间链路的导航星座网络,综合考虑星间链路状态,通过比较最短路径方案和K短路径方案,提出了一种考虑波束限制的适用于导航卫星星座的星间链路优化方案,并进行仿真研究,最后得出了有用的结果.     

卫星位置误差相关时的三星编队系统时差定位精度

为使三星编队卫星系统的时差定位数学模型更真实地反映现实,该文充分考虑编队星座系统联合观测定轨中存在的卫星位置误差相关性的特点,首次从星座系统整体出发,将单星误差变量转换为可反映误差相关性的具有明确物理意义的星间距离等独立变量,推导出辐射源定位精度的数学模型,并对星座系统整体漂移、几何构形畸变、星座平面旋转、翘动误差对定位精度影响进行分析和数值计算,指出引起星座翘动的非相关误差因素对定位精度影响最大、相关性误差对精度影响最小,并给出了满足系统定位精度达到4km、等精度曲线包含星下点附近直径为3000km区域的条件。     

星座网络关键链路代价增量路由算法

全球通信业务量大且分布不均衡的客观因素,使得卫星网络资源利用率较低的问题日趋严重。为了解决这个问题,提出了一种面向星座网络的关键链路路由算法。该算法在业务统计模型下,以传播时延和当前链路负载状态为链路代价选出候选路径。在此基础上引入关键链路的概念并建立关键链路代价增量预测模型,最终从候选路径中选择代价增量最小的为最优路由。算法还采用拥塞控制策略发现拥塞,减轻拥塞链路的负载,选择重新设计部分业务的路由。实验结果表明,算法在平均路径阻塞概率、吞吐率、路径时延以及负载均衡方面均有较好的提升;在满足时延要求的前提下,能够有效地分配网络资源,提高网络利用率,是一种较好的卫星网络路由算法。     

用并行遗传/Powell/蚁群混合算法求解卫星舱布局问题

卫星舱布局优化设计问题数学上属NP-hard问题．较有效的求解途径之一是研究混合算法,为此构造了并行混合PGA-Powell-蚁群算法（简称PGPAHA）．该算法以并行遗传算法为基本框架,根据各子群体收敛速率的快慢来决定它们之间迁移的时机,在收敛后期加入Powell法作为并行遗传算法的算子来加快收敛速度,并利用蚁群优化算法提高计算的精度．最后应用该算法求解了简化的三维带性能约束的国际商用通讯卫星的卫星舱布局设计问题,数值实验结果表明,该算法与并行遗传算法（PGA）相比,在计算精度、计算效率及计算稳定性方面较优。     

框架面板式构型卫星冲击响应特性分析方法

框架面板式构型卫星火工品作动时产生的高量级、高频响冲击载荷会导致星上单机设备的损伤,然而板杆耦合的力学特性导致冲击载荷的传递及衰减特性差异很大,分析评估关键部件的响应准确性差.本文通过直接积分法和模态叠加法对框架面板式构型卫星进行瞬态响应分析,比对两种求解方法优缺点并分析影响计算结果精度和时长的可能因素.仿真数据表明,对于爆炸冲击这类作用时间极短、高频成分占激起响应较大比重的载荷,模态叠加法虽然可以通过截断模态选取范围,调整时间步长解决直接积分法计算量大、运算次数多、计算时间长的问题,但易忽略高阶模态、影响计算结果的准确性.通过与地面试验验证结果比对,直接积分法更适应于框架面板式构型卫星的冲击响应分析.     

遗传算法在近圆轨道编队设计中的应用

椭圆参考轨道的卫星编队队形设计比圆参考轨道要困难得多,有时很难找到符合队形要求的初始条件。基于L aw den方程,给出了利用遗传算法设计椭圆参考轨道情形下的星下点圆形编队设计方法。由于参考轨道为大偏心率椭圆轨道时不存在圆形星下点队形,只讨论了参考轨道为小偏心率椭圆的情形。与对圆参考轨道的C-W方程初始条件进行修正的方法相比,该方法有更高的设计精度。最后使用脉冲推力模型求解了椭圆参考轨道编队的能量最省队形重构的轨迹规划问题。结果表明,遗传算法可以很好地应用于小偏心率参考轨道编队的队形和重构轨迹设计中。     

动力分析实测强震加速度时域选取的优化算法

为缩短强震台监测的加速度时程动力分析时间,提出了加速度时域选取的优化算法.首先,运用希尔伯特-黄变换求得实测加速度能量在时域内的表达形式;然后,根据能量时程曲线,以保留总能量95%为基准,对低能量时段进行过滤;最后,对非低能量时段进行拼接处理,得到优化加速度时程.将该优化算法运用于＂5.12＂汶川地震卧龙台所测强震加速...