【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及衛(wèi)星設(shè)備系統(tǒng)任務(wù)規(guī)劃和資源管理領(lǐng)域，具體而言，涉及一種基于目標(biāo)先驗(yàn)信息的星載天線波位調(diào)度規(guī)劃方法。
技術(shù)介紹
1、衛(wèi)星具有瞬時(shí)覆蓋范圍廣、全天候等顯著優(yōu)勢(shì)，是信息獲取、遠(yuǎn)程通信重要的手段之一。隨著信息化應(yīng)用的需求和發(fā)展，天線技術(shù)呈寬帶化、高增益、窄波束等發(fā)展趨勢(shì)，其中天線波位調(diào)度規(guī)劃是影響信息獲取與傳遞的重要前提和關(guān)鍵因素。
2、在實(shí)際應(yīng)用中，衛(wèi)星常常面臨各種各樣的任務(wù)需求，為了充分發(fā)揮系統(tǒng)性能，需要面向具體應(yīng)用需求設(shè)計(jì)高效的波位調(diào)度算法以遂行工作任務(wù)。由于低軌衛(wèi)星高速運(yùn)動(dòng)，波位覆蓋范圍隨衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)和姿態(tài)變化而快速變化，對(duì)于多頻點(diǎn)多目標(biāo)信息獲取與傳遞，如何設(shè)計(jì)高效的波位調(diào)度規(guī)劃方案是系統(tǒng)任務(wù)規(guī)劃中需重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)旨在提供一種基于目標(biāo)先驗(yàn)信息的星載天線波位調(diào)度規(guī)劃方法，以高效完成面向多頻點(diǎn)多目標(biāo)的波位調(diào)度規(guī)劃。
2、本專利技術(shù)提供的一種基于目標(biāo)先驗(yàn)信息的星載天線波位調(diào)度規(guī)劃方法，包括如下步驟：
3、步驟1，輸入用于調(diào)度規(guī)劃的信息，基于所述信息執(zhí)行步驟2～6；
4、步驟2，計(jì)算工作頻率對(duì)應(yīng)的空域聚類閾值；
5、步驟3，基于所述空域聚類閾值構(gòu)建多目標(biāo)的無(wú)向圖和鄰接矩陣；
6、步驟4，將所述無(wú)向圖拆分為多個(gè)子圖，形成所有目標(biāo)的完備覆蓋，所述子圖即為目標(biāo)聚類簇；
7、步驟5，對(duì)所述目標(biāo)聚類簇進(jìn)行重新排序，得到目標(biāo)聚類簇掃描順序；
8、步驟6，按照所述目標(biāo)
9、在一些實(shí)施例中，步驟1中，所述用于調(diào)度規(guī)劃的信息包括：
10、衛(wèi)星設(shè)備可設(shè)置的工作頻率，工作頻率對(duì)應(yīng)的帶寬、波位數(shù)量，所有波位指向的離軸角、起始方位角、方位角間隔、波束寬度，以及波束駐留時(shí)間δt；
11、m個(gè)目標(biāo)的頻域和空域信息，多個(gè)目標(biāo)的工作頻率和在wgs84坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)；
12、任務(wù)起始時(shí)間t1，在wgs84坐標(biāo)系下，衛(wèi)星設(shè)備在t1時(shí)刻對(duì)應(yīng)的位置、速度、衛(wèi)星設(shè)備姿態(tài)信息；所述衛(wèi)星設(shè)備姿態(tài)信息包括偏航角、俯仰角和滾動(dòng)角。
13、在一些實(shí)施例中，步驟2中，對(duì)于衛(wèi)星設(shè)備的每一個(gè)工作頻率fi，根據(jù)其法線指向的波位覆蓋范圍直徑計(jì)算該工作頻率對(duì)應(yīng)的空域聚類閾值di，表示為：
14、
15、α＝arccos(((r+h)2+r2-dist2))/(2r(r+h)))
16、rθ＝rαπ/180
17、di＝2rθ
18、其中，r是地球半長(zhǎng)軸，θ表示工作頻率半波束寬度最小值，h是衛(wèi)星軌道高度，α是星下波位覆蓋半徑對(duì)應(yīng)地心連線張角。
19、在一些實(shí)施例中，步驟3包括：
20、將所有目標(biāo)作為節(jié)點(diǎn)以構(gòu)建包含m個(gè)節(jié)點(diǎn)的無(wú)向圖g，并基于空域聚類閾值計(jì)算任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間是否存在邊連接；
21、計(jì)算m×m維的鄰接矩陣e，該鄰接矩陣e中元素取值為0或1，當(dāng)且僅當(dāng)節(jié)點(diǎn)之間存在邊時(shí)取值為1。
22、在一些實(shí)施例中，任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間是否存在邊連接需要滿足如下兩個(gè)條件：
23、條件一：在頻域上，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)工作頻率可被衛(wèi)星設(shè)備的同一工作頻率及對(duì)應(yīng)帶寬覆蓋；
24、條件二：在空域上，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的距離小于衛(wèi)星設(shè)備工作頻率對(duì)應(yīng)的空域聚類閾值。
25、在一些實(shí)施例中，步驟4中，初始化子圖數(shù)目u＝0，剩余節(jié)點(diǎn)集為r＝{1,…,m}和循環(huán)變量m＝1，執(zhí)行以下步驟求解多個(gè)子圖以獲得所有目標(biāo)的完備覆蓋：
26、步驟4.1：對(duì)于節(jié)點(diǎn)m，若m∈r則執(zhí)行步驟4.2；否則跳轉(zhuǎn)至步驟4.4；
27、步驟4.2：令子圖數(shù)目u＝u+1以及構(gòu)建子圖gu＝{m}；若則說(shuō)明節(jié)點(diǎn)m未與其他節(jié)點(diǎn)相連接，跳轉(zhuǎn)至步驟4.3；否則，對(duì)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)m′≠m,m′∈r，若節(jié)點(diǎn)m′與子圖中的任一節(jié)點(diǎn)m″∈gu均存在邊連接，即e(m′,m″)＝1，則將節(jié)點(diǎn)m′添加至子圖gu中；
28、步驟4.3：從剩余節(jié)點(diǎn)集中去掉子圖中包含的節(jié)點(diǎn)，即更新r＝r\gu；
29、步驟4.4：令m＝m+1，若m≤m，則跳轉(zhuǎn)至步驟4.1；否則退出當(dāng)前循環(huán)，跳轉(zhuǎn)至步驟5。
30、在一些實(shí)施例中，步驟5包括如下子步驟：
31、步驟5.1：在wgs84坐標(biāo)系下，計(jì)算目標(biāo)聚類簇的中心坐標(biāo)；
32、步驟5.2：在wgs84坐標(biāo)系下，計(jì)算衛(wèi)星設(shè)備在t1時(shí)刻對(duì)應(yīng)的位置和目標(biāo)聚類簇的中心坐標(biāo)之間的距離du；
33、步驟5.3：基于衛(wèi)星位置、速度和姿態(tài)信息，將目標(biāo)聚類簇的中心坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為星上本體坐標(biāo)系坐標(biāo)
34、步驟5.4：基于距離du和坐標(biāo)計(jì)算對(duì)應(yīng)的離開視場(chǎng)距離，并基于離開視場(chǎng)距離將目標(biāo)聚類簇編號(hào)添加至掃描順序列表m中。
35、在一些實(shí)施例中，步驟5.4包括：
36、按照步驟2的計(jì)算方法，根據(jù)衛(wèi)星掃描范圍覆蓋角度θs計(jì)算和判斷滿足條件：
37、條件1：
38、條件2：
39、若滿足上述條件之一，則計(jì)算對(duì)應(yīng)的離開視場(chǎng)距離為
40、
41、在一些實(shí)施例中，步驟5.4中，計(jì)算獲得的目標(biāo)聚類簇離開視場(chǎng)的距離ou按從小到大順序?qū)呙桧樞蛄斜韒重新排序。
42、在一些實(shí)施例中，初始化k＝1和u＝1，步驟6包括如下子步驟：
43、步驟6.1：基于在起始時(shí)間t1對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星設(shè)備位置和速度，使用軌道外推方法預(yù)報(bào)在tk時(shí)刻的衛(wèi)星設(shè)備位置和速度；
44、步驟6.2：在wgs84坐標(biāo)系下，計(jì)算tk時(shí)刻的衛(wèi)星設(shè)備位置與目標(biāo)聚類簇gu中心對(duì)應(yīng)的方向矢量；
45、步驟6.3：基于預(yù)報(bào)至tk時(shí)刻的衛(wèi)星設(shè)備位置、速度和衛(wèi)星設(shè)備姿態(tài)信息，計(jì)算wgs84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至衛(wèi)星軌道坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣rw,o以及衛(wèi)星軌道坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至衛(wèi)星本體坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣ro,b；其中，對(duì)于衛(wèi)星軌道坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至衛(wèi)星本體坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣ro,b；
46、步驟6.4：基于旋轉(zhuǎn)矩陣rw,o和旋轉(zhuǎn)矩陣ro,b，將wgs84坐標(biāo)系下衛(wèi)星設(shè)備位置與目標(biāo)聚類簇gu中心對(duì)應(yīng)的方向矢量轉(zhuǎn)換至衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下離軸角和方位角
47、步驟6.5：掃描第u個(gè)目標(biāo)聚類簇所使用的衛(wèi)星設(shè)備工作頻率；首先，根據(jù)該工作頻率對(duì)應(yīng)的波位指向離軸角取值，計(jì)算離最近的波位離軸角取值；然后，根據(jù)該工作頻率第j*圈波位的方位角步進(jìn)和起始方位角，計(jì)算離最近的波位方位角取值；
48、步驟6.6：輸出當(dāng)前時(shí)刻選擇的最優(yōu)波位，包括所述波位離軸角取值和波位方位角取值；
49、步驟6.7：更新u＝u+1，若u≤u，則更新時(shí)間為tk+1＝tk+δt以及k＝k+1，然后跳轉(zhuǎn)至步驟6.1繼續(xù)執(zhí)行；否則，退出循環(huán)，當(dāng)前工作任務(wù)結(jié)束。
50、綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本專利技術(shù)的有益效果是：
51、本專利技術(shù)通過(guò)將目標(biāo)作為無(wú)向圖中的節(jié)點(diǎn)，并基于目標(biāo)的頻域和空域信息構(gòu)建圖的本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于目標(biāo)先驗(yàn)信息的星載天線波位調(diào)度規(guī)劃方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于目標(biāo)先驗(yàn)信息的星載天線波位調(diào)度規(guī)劃方法，其特征在于，步驟1中，所述用于調(diào)度規(guī)劃的信息包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于目標(biāo)先驗(yàn)信息的星載天線波位調(diào)度規(guī)劃方法，其特征在于，步驟2中，對(duì)于衛(wèi)星設(shè)備的每一個(gè)工作頻率Fi，根據(jù)其法線指向的波位覆蓋范圍直徑計(jì)算該工作頻率對(duì)應(yīng)的空域聚類閾值di，表示為：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于目標(biāo)先驗(yàn)信息的星載天線波位調(diào)度規(guī)劃方法，其特征在于，步驟3包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于目標(biāo)先驗(yàn)信息的星載天線波位調(diào)度規(guī)劃方法，其特征在于，任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間是否存在邊連接需要滿足如下兩個(gè)條件：
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于目標(biāo)先驗(yàn)信息的星載天線波位調(diào)度規(guī)劃方法，其特征在于，步驟4中，初始化子圖數(shù)目u＝0，剩余節(jié)點(diǎn)集為R＝{1,…,M}和循環(huán)變量m＝1，執(zhí)行以下步驟求解多個(gè)子圖以獲得所有目標(biāo)的完備覆蓋：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于目標(biāo)先驗(yàn)信息的星載天線波位調(diào)度規(guī)劃方法，其特征在于，
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于目標(biāo)先驗(yàn)信息的星載天線波位調(diào)度規(guī)劃方法，其特征在于，步驟5.4包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于目標(biāo)先驗(yàn)信息的星載天線波位調(diào)度規(guī)劃方法，其特征在于，步驟5.4中，計(jì)算獲得的目標(biāo)聚類簇離開視場(chǎng)的距離ou按從小到大順序?qū)呙桧樞蛄斜鞰重新排序。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于目標(biāo)先驗(yàn)信息的星載天線波位調(diào)度規(guī)劃方法，其特征在于，初始化k＝1和u＝1，步驟6包括如下子步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于目標(biāo)先驗(yàn)信息的星載天線波位調(diào)度規(guī)劃方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于目標(biāo)先驗(yàn)信息的星載天線波位調(diào)度規(guī)劃方法，其特征在于，步驟1中，所述用于調(diào)度規(guī)劃的信息包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于目標(biāo)先驗(yàn)信息的星載天線波位調(diào)度規(guī)劃方法，其特征在于，步驟2中，對(duì)于衛(wèi)星設(shè)備的每一個(gè)工作頻率fi，根據(jù)其法線指向的波位覆蓋范圍直徑計(jì)算該工作頻率對(duì)應(yīng)的空域聚類閾值di，表示為：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于目標(biāo)先驗(yàn)信息的星載天線波位調(diào)度規(guī)劃方法，其特征在于，步驟3包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于目標(biāo)先驗(yàn)信息的星載天線波位調(diào)度規(guī)劃方法，其特征在于，任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間是否存在邊連接需要滿足如下兩個(gè)條件：
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于目標(biāo)先驗(yàn)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張栩琪，廖驥，周彬，楊光，熊釷林，余銀，董自通，劉永旭，宋曉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十九研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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