一种基于进化算法的卫星多点连续数传切换时刻自主决策方法与流程

本发明涉及航空航天，特别涉及一种基于进化算法的卫星多点连续数传切换时刻自主决策方法。

背景技术：

1、随着吉林一号系列星座卫星在轨数量逐渐增多，业务量越来越大。卫星拍摄数据需在最短时间内快速通过地面站传到地面，因此卫星单轨凝视数传业务需求量日益增大。境内卫星凝视数传所能使用的地面站数量有限、卫星数量的增加，导致每颗卫星每天进行凝视数传业务的时间有限。现阶段急需规划出合适的策略，保证单一卫星在一轨时间内对多个地面站连续凝视数传时间最长，进而实现最大数据量的下传。

2、现阶段卫星数量多，数传任务频繁，卫星在一轨内只对一个地面站进行凝视数传。选取一颗535km轨道卫星，从2022.8.1 04:00:00至2022.8.7 04:00:00之间，对三亚和喀什地面站进行凝视数传，具体情况见图1。只考虑阳照区，统计连续数传情况，对各地面站理想数传时长见表1。通过stk仿真可知，在一轨理论上存在对两个及以上地面站连续数传的能力，7天内理论上两个地面站一轨内总数传平均时长为831.3807s。现阶段缺少多点连续数传方法，单一卫星一轨内单次数传时长约420s，远远低于stk仿真中的两地面站平均数传总时长。因此采用合适决策优化方法，使得卫星具备自主对多地面站连续数传能力，可以在最大程度上提高卫星与地面站间数据传输效率。

3、表1stk仿真理想情况下数传情况

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技术实现思路

1、本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种基于进化算法的卫星多点连续数传切换时刻自主决策方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

3、一种基于进化算法的卫星多点连续数传切换时刻自主决策方法，包括以下步骤：

4、步骤1：通过设定合理的性能指标作为优化参数，采用遗传算法进行初步大范围最优解搜索；

5、步骤2：在遗传算法求解的基础上引入模拟退火算法，通过仿真对优化算法的精度和收敛速度进行评估；

6、步骤3：对多轨下连续多点数传问题进行大范围优化仿真，对算法的合理性和可行性进行科学验证。

7、在上述技术方案中，步骤1具体为：

8、基于卫星动力学模型，引入stk仿真卫星在轨数据作为simulink仿真入轨初始参数；

9、设定性能指标为：jt＝α×timea站+β×timeb站；

10、其中，α和β分别为对a、b两站的凝视权重；

11、定义在偏差角度稳定小于1°情况下，进行凝视数传；设置性能指标、引入入轨时间和转向时间，求解最优入轨时间和多地面站凝视切换时间，使得性能指标最大。

12、在上述技术方案中，步骤2具体为：

13、采用模拟退火算法，优化变量为任务切换时刻与第一次进入凝视点间的时间差、数传点切换时刻两个变量，设置初始温度开始模拟，选取每个温度下迭代次数以及温度衰减系数。

14、在上述技术方案中，步骤3具体为：

15、针对优先级不同情况下的多点数传指向决策优化问题，应用退火算法和/或遗传算法对指向决策、任务切换决策和数传点切换决策分别进行优化，判断退火算法和/或遗传算法的实际应用可行性。

16、在上述技术方案中，α和β分别0.9和1.1。

17、本发明具有以下有益效果：

18、本发明的基于进化算法的卫星多点连续数传切换时刻自主决策方法，采用进化算法，对卫星多点连续凝数传过程中，凝视数传所选不同地面站的切换时机进行优化；卫星从对日/对地三轴稳定模式切换至凝视成像的任务切换决策；以及从对第一个地面站凝视成像转换至对第二个地面站凝视成像过程中，凝视点切换时刻的决策。通过对上述两个决策问题进行优化，得到多点数传的最优任务决策。

技术特征：

1.一种基于进化算法的卫星多点连续数传切换时刻自主决策方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于进化算法的卫星多点连续数传切换时刻自主决策方法，其特征在于，步骤1具体为：

3.根据权利要求1所述的基于进化算法的卫星多点连续数传切换时刻自主决策方法，其特征在于，步骤2具体为：

4.根据权利要求1所述的基于进化算法的卫星多点连续数传切换时刻自主决策方法，其特征在于，步骤3具体为：

5.根据权利要求1-4中的任意一项所述的基于进化算法的卫星多点连续数传切换时刻自主决策方法，其特征在于，α和β分别0.9和1.1。

技术总结本发明涉及一种基于进化算法的卫星多点连续数传切换时刻自主决策方法，包括步骤：通过设定合理的性能指标作为优化参数，采用遗传算法进行初步大范围最优解搜索；在遗传算法求解的基础上引入模拟退火算法，通过仿真对优化算法的精度和收敛速度进行评估；对多轨下连续多点数传问题进行大范围优化仿真，对算法的合理性和可行性进行科学验证。本发明采用进化算法对卫星多点连续凝数传过程中凝视数传所选不同地面站的切换时机进行优化；卫星从对日/对地三轴稳定模式切换至凝视成像的任务切换决策；以及从对第一个地面站凝视成像转换至对第二个地面站凝视成像过程中，凝视点切换时刻决策。通过对上述决策问题进行优化，得到多点数传的最优任务决策。技术研发人员：张思奇受保护的技术使用者：长光卫星技术股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/5