一种基于序列遗传算法求解变主星偏移频率策略的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于序列遗传算法求解变主星偏移频率策略的方法，用于天基引力波探测器，所述天基引力波探测器包括三个卫星组成的卫星编队，每个卫星分别装载两个呈60

【技术实现步骤摘要】
一种基于序列遗传算法求解变主星偏移频率策略的方法


[0001]本专利技术涉及计算机
，特别涉及一种基于序列遗传算法求解变主星偏移频率策略的方法。

技术介绍

[0002]近年来，在天基引力波探测器探测过程，由于多普勒频移现象的存在，因此采用外差干涉测距的方式进行星间测距。星间测距的结果经过一系列的计算可以判断是否探测到引力波。外差干涉测距的核心是计算远端卫星光学平台发射而来的激光与本地光学平台发射的激光进行干涉而产生的拍频。远端卫星光学平台发射而来的激光会受到多普勒频移的影响，导致干涉产生的拍频是不稳定的。为了保证拍频落入合理的范围内，因此会采用在光学锁相环中加入偏移频率的方式以解决该问题。目前，天基引力波探测计划如LISA，Taiji等，通常采用三颗卫星组成一个卫星编队进行引力波探测。各个卫星上，分别装载有两个呈60
°
夹角放置的激光干涉光学平台，用于向位于同一颗卫星的临近光学平台和其他卫星的远端光学平台发射和接收激光。每个光学平台中都包含了弱光锁相环，用于对接收到的远端的激光进行弱光锁相处理并在此过程中加入人为设定的偏移频率。
[0003]由于天基引力波探测器通常由多个卫星构成，因此存在如下难题：1.变主星锁相方案的构建，2.基于选择后的锁相方案，各个光学锁相环中偏移频率的设定，或称之为偏移频率策略，3.采用何种算法高效的求解相应的偏移频率策略。由于每次更换锁相方案和偏移频率都会导致探测过程中断，因此制定锁相方案应尽可能不发生变化，且加在各个光学锁相环中的偏移频率在满足拍频约束的条件下应尽可能长的时间维持不变，即持续时间越长越好。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种基于序列遗传算法求解变主星偏移频率策略的方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提出了一种基于序列遗传算法求解变主星偏移频率策略的方法，用于天基引力波探测器，所述天基引力波探测器包括三个卫星组成的卫星编队，每个卫星分别装载两个呈60
°
夹角放置的激光干涉光学平台，所述方法包括：
[0006]以某个卫星的某个激光干涉光学平台为主星作为初始阶段，选取预先建立的该主星对应的锁相方案；
[0007]根据设定的目标函数，采用序列遗传算法求解本阶段满足递增式约束条件下不同时刻的偏移频率规划结果，直至不满足递增式约束条件，采用ε准则选取下一阶段的主星及锁相方案，重复该步骤，得到不同阶段不同时刻的偏移频率规划结果；直至到达设定的求解终止时间，输出不同阶段的主星序列以及偏移频率规划结果，从而得到变主星偏移频率策略。
[0008]作为上述方法的一种改进，所述激光干涉光学平台按照逆时针方向设置，分别为
A、B、C、D、E、F，其中激光干涉光学平台A和B在第一卫星，激光干涉光学平台C和D在第二卫星，激光干涉光学平台E和F在第三卫星。
[0009]作为上述方法的一种改进，所述方法具体包括：
[0010]步骤1)以某个卫星的某个激光干涉光学平台为主星作为初始阶段，选取预先建立的该主星对应的锁相方案；
[0011]步骤2)设定目标函数、遗传算法初始化参数和求解终止时间；
[0012]步骤3)设定递增式约束条件的开始时间为T1＝1，结束时间为T2＝T1；
[0013]步骤4)根据T1和T2以及锁相方案构建对应的递增式约束条件；
[0014]步骤5)采用遗传算法寻找满足步骤4)所构建约束条件的最优解；
[0015]步骤6)判断最优解是否收敛或无解，判断为是，转至步骤7)；否则，转至步骤5)；
[0016]步骤7)判断最优解是否存在可行解，判断为是，保存当前偏移频率规划结果与当前阶段所采用的主星及锁相方案，转至步骤8)；否则，判断T2是否等于1，判断为是，则更换其他的主星及锁相方案并转至步骤3)；判断T2不等于1，则采用ε准则选取下一阶段的主星及锁相方案，转至步骤9)；
[0017]步骤8)判断T2是否等于求解终止时间，判断为是，转至步骤10)；否则，对T2进行加1处理，转至步骤4)；
[0018]步骤9)判断T2是否等于求解终止时间，判断为是，进入步骤10)；否则，设定将T2赋值给T1，转至步骤4)；
[0019]步骤10)变主星偏移频率策略求解结束，保存主星序列、锁相方案以及各阶段的偏移频率规划结果。
[0020]作为上述方法的一种改进，所述步骤1)的锁相方案包括：以C为主星的L1锁相方案、以F为主星的L2锁相方案和以A为主星的L3锁相方案，其中，
[0021]所述L1锁相方案锁相后各个激光频率为：
[0022][0023]其中，f
A
、f
B
、f
C
、f
D
、f
E
和f
F
分别表示A、B、C、D、E和F激光干涉光学平台激光锁相后的激光频率，f0表示初始频率，设置为固定频率，f
BC
(t)、f
DE
(t)和f
AF
(t)分别表示第一卫星和第二卫星之间，第二卫星和第三卫星之间以及第三卫星和第一卫星之间随时间变化的多普勒频移，Δf
AB
、Δf
CD
和Δf
EF
分别表示第一卫星内部，第二卫星内部以及第三卫星内部两个光学平台之间所加入的人工偏移频率，Δf
BC
和Δf
DE
分别表示B和C两个激光干涉光学平台之间以及D、E两个激光干涉光学平台之间所加入的人工偏移频率；
[0024]由激光干涉光学平台D生成：D和E两个激光干涉光学平台之间的拍频由激光干涉光学平台C生成：B和C两个激光干涉光学平台之间的拍频由激光干涉光学平
台A生成：A和F两个激光干涉光学平台之间的拍频由激光干涉光学平台F生成：A和F两个激光干涉光学平台之间的拍频根据下式得到：
[0025][0026]约束条件为：
[0027][0028]其中，LB表示约束的下限，UB表示约束的上限；
[0029]所述L2锁相方案锁相后各个激光频率为：
[0030][0031]其中，Δf
AF
表示A和F两个激光干涉光学平台之间所加入的人工偏移频率；由激光干涉光学平台E生成：D和E两个激光干涉光学平台之间的拍频由激光干涉光学平台F生成：A和F两个激光干涉光学平台之间的拍频由激光干涉光学平台B生成：B和C两个激光干涉光学平台之间的拍频由激光干涉光学平台C生成：B和C两个激光干涉光学平台之间的拍频根据下式得到：
[0032][0033]约束条件为：
[0034][0035]所述L3锁相方案锁相后各个激光频率为：
[0036][0037]由激光干涉光学平台A生成：A和F两个激光干涉光学平台之间的拍频由激光干涉光学平台B生成：B和C两个激光干涉光学平台之间的拍频由激光干涉光学平台D生成：D和E两个激光干涉光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于序列遗传算法求解变主星偏移频率策略的方法，用于天基引力波探测器，所述天基引力波探测器包括三个卫星组成的卫星编队，每个卫星分别装载两个呈60
°
夹角放置的激光干涉光学平台，所述方法包括：以某个卫星的某个激光干涉光学平台为主星作为初始阶段，选取预先建立的该主星对应的锁相方案；根据设定的目标函数，采用序列遗传算法求解本阶段满足递增式约束条件下不同时刻的偏移频率规划结果，直至不满足递增式约束条件，采用ε准则选取下一阶段的主星及锁相方案，重复该步骤，得到不同阶段不同时刻的偏移频率规划结果；直至到达设定的求解终止时间，输出不同阶段的主星序列以及偏移频率规划结果，从而得到变主星偏移频率策略。2.根据权利要求1所述的基于序列遗传算法求解变主星偏移频率策略的方法，其特征在于，所述激光干涉光学平台按照逆时针方向设置，分别为A、B、C、D、E、F，其中激光干涉光学平台A和B在第一卫星，激光干涉光学平台C和D在第二卫星，激光干涉光学平台E和F在第三卫星。3.根据权利要求2所述的基于序列遗传算法求解变主星偏移频率策略的方法，其特征在于，所述方法具体包括：步骤1)以某个卫星的某个激光干涉光学平台为主星作为初始阶段，选取预先建立的该主星对应的锁相方案；步骤2)设定目标函数、遗传算法初始化参数和求解终止时间；步骤3)设定递增式约束条件的开始时间为T1＝1，结束时间为T2＝T1；步骤4)根据T1和T2以及锁相方案构建对应的递增式约束条件；步骤5)采用遗传算法寻找满足步骤4)所构建约束条件的最优解；步骤6)判断最优解是否收敛或无解，判断为是，转至步骤7)；否则，转至步骤5)；步骤7)判断最优解是否存在可行解，判断为是，保存当前偏移频率规划结果与当前阶段所采用的主星及锁相方案，转至步骤8)；否则，判断T2是否等于1，判断为是，则更换其他的主星及锁相方案并转至步骤3)；判断T2不等于1，则采用ε准则选取下一阶段的主星及锁相方案，转至步骤9)；步骤8)判断T2是否等于求解终止时间，判断为是，转至步骤10)；否则，对T2进行加1处理，转至步骤4)；步骤9)判断T2是否等于求解终止时间，判断为是，进入步骤10)；否则，设定将T2赋值给T1，转至步骤4)；步骤10)变主星偏移频率策略求解结束，保存主星序列、锁相方案以及各阶段的偏移频率规划结果。4.根据权利要求3所述的基于序列遗传算法求解变主星偏移频率策略的方法，其特征在于，所述步骤1)的锁相方案包括：以C为主星的L1锁相方案、以F为主星的L2锁相方案和以A为主星的L3锁相方案，其中，所述L1锁相方案锁相后各个激光频率为：
其中，f
A
、f
B
、f
C
、f
D
、f
E
和f
F
分别表示A、B、C、D、E和F激光干涉光学平台激光锁相后的激光频率，f0表示初始频率，设置为固定频率，f
BC
(t)、f
DE
(t)和f
AF
(t)分别表示第一卫星和第二卫星之间，第二卫星和第三卫星之间以及第三卫星和第一卫星之间随时间变化的多普勒频移，Δf
AB
、Δf
CD
和Δf
EF
分别表示第一卫星内部，第二卫星内部以及第三卫星内部两个光学平台之间所加入的人工偏移频率，Δf
BC
和Δf
DE
分别表示B和C两个激光干涉光学平台之间以及D、E两个激光干涉光学平台之间所加入的人工偏移频率；由激光干涉光学平台D生成：D和E两个激光干涉光学...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佳锋，马晓珊，彭晓东，高辰，赵梦园，强丽娥，张玉珠，唐文林，杨震，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：