一种Seed预生成式遗传算法求解偏移频率策略的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种Seed预生成式遗传算法求解偏移频率策略的方法，用于天基引力波探测器中偏移频率策略的求解；所述天基引力波探测器包含三颗卫星；每颗卫星包含有两个激光干涉光学平台；所述方法包括：制定可行的锁相方案切换序列；根据经验设定初始拍频上限；采用Seed预生成式遗传算法求解该锁相方案切换序列下求解的偏移频率无法到达设定的求解终止时间，从而得到在该锁相方案切换序列下可以支持的最低拍频上限以及相应的偏移频率策略；所述偏移频率策略包括每颗卫星内部两个光学平台之间的偏移频率，以及相邻两颗卫星之间相邻光学平台之间的偏移频率。本发明专利技术的优势在于：避免了不必要的运算，规避了传统遗传算法求解效率低的缺点。效率低的缺点。效率低的缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种Seed预生成式遗传算法求解偏移频率策略的方法及系统


[0001]本专利技术属于计算机
，具体涉及一种Seed预生成式遗传算法求解偏移频 率策略的方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，天基引力波探测已经成为物理学界的热点问题。在超长臂长的天基引 力波探测任务中，由于星间多普勒频移的存在，导致用于测量引力波信号的拍频信 号在一定范围内波动。由于相位计带宽的限制，不受控制的拍频频率会超出相位计 的探测带宽，进而导致科学探测信号的中断。为了使拍频落入合理的测量范围内， 通常采用在弱光锁相环中加入人工偏移频率的方式，使得拍频可以被相位计探测。 另外，由于采用是外差干涉的方式测量拍频信号，因此需要避免零差干涉现象。除 此之外，也需要避免低频激光相对强度噪声对拍频信号的干扰。因此，拍频频率的 下限同样需要被限制。锁相方案的选择会影响人工偏移频率的设定，并且会影响偏 移频率的可持续时间。目前天基引力波探测任务有LISA计划、太极计划和天琴计 划等。在太极计划中，目前采用5MHz作为拍频频率的下限，不过实际上最低的拍 频频率下限可以达到3MHz。拍频频率的上限通常设定为25MHz，然而在实际过程 中，虽然已经有能力制造高带宽的相位计，但相位计的带宽的增大不可避免的会带 来更大的读出噪声，因此从降低噪声提高精度的角度，降低相位计拍频上限是有必 要的。从另一方面讲，拍频上限过低通常会导致偏移频率在任务中需要频繁变化进 而导致科学观测的中断。因此需要在任务的各个阶段设定合理的锁相方案，在此基 础上对拍频上限合理的规划以平衡降低噪声和最小化偏移频率改变次数这两个优化 目标。
[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.可选锁相 方案的制定，2.各个阶段最优锁相方案的选择，3.基于已选锁相方案，最低拍频频 率上限的设定以及各个弱光锁相环中偏移频率的设定，或称之为偏移频率策略，4. 采用何种算法高效的求解相应的偏移频率策略。更换锁相方案和偏移频率都会导致 科学探测信号的中断，因此锁相方案和偏移频率应尽可能不变或至少满足实际工况 的最低持续时间。另外，由于越高的拍频频率上限会导致更大的相位读出噪声，因 此需要通过求解得到满足最低偏移频率持续时间的最低的拍频频率上限。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术进行最低拍频频率上限的设定以及各个弱光锁 相环中偏移频率的设定计算效率不高的缺陷。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提出了一种Seed预生成式遗传算法求解偏移频率策 略的方法，用于天基引力波探测器中偏移频率策略的求解；所述天基引力波探测器 包含三颗卫星，三颗卫星呈等边三角形放置；每颗卫星包含有两个激光干涉光学平 台；
[0006]所述方法包括：
[0007]步骤1：制定锁相方案切换序列；
[0008]步骤2：设定初始拍频上限；
[0009]步骤3：按照锁相方案切换序列，根据设定的目标函数，采用Seed预生成式遗 传算法循环求解所有时间片内满足动态约束条件下不同时刻的偏移频率规划结果； 多次重复本步骤，计算得到在该锁相方案切换序列下可以支持的最低拍频上限以及 相应的偏移频率策略；
[0010]所述偏移频率策略包括每颗卫星内部两个光学平台之间的偏移频率，以及相邻 两颗卫星之间相邻光学平台之间的偏移频率。
[0011]作为上述方法的一种改进，所述步骤1具体包括：
[0012]所述锁相方案切换序列包括3种锁相顺序和6种锁相主光学平台，共组成18种 锁相方案；
[0013]设定3颗卫星分别编号为卫星1、卫星2、卫星3；A，B，C，D，E，F六个光 学平台逆时针放置；
[0014]三种锁相顺序分别记为Seq1，Seq2，Seq3；
[0015]第一种锁相顺序Seq1为选择一个光学平台作为主光学平台，其余5个光学平台 为从光学平台；锁相过程中，在主光学平台的一侧有2个从光学平台，另一侧有另 外3个光学平台；主光学平台激光频率保持恒定不变，主光学平台两侧从光学平台 的激光由近及远依次锁相到接收到的邻近光学平台发射的激光上；
[0016]第二种锁相顺序Seq2为选择一个光学平台作为主光学平台，其余5个光学平台 为从光学平台；锁相过程中，在主光学平台的一侧有1个从光学平台，另一侧有另 外4个光学平台；主光学平台激光频率保持恒定不变，主光学平台两侧从光学平台 的激光由近及远依次锁相到接收到的邻近光学平台发射的激光上；
[0017]第三种锁相顺序Seq3为选择一个光学平台作为主光学平台，其余5个光学平台 为从光学平台；锁相过程中，在主光学平台的一侧有0个从光学平台，另一侧有另 外5个光学平台；主光学平台激光频率保持恒定不变，主光学平台一侧从光学平台 的激光由近及远依次锁相到接收到的邻近光学平台发射的激光上；
[0018]所述18种锁相方案，分别是<Seq1，主光学平台A>，<Seq1，主光学平台B>， <Seq1，主光学平台C>，<Seq1，主光学平台D>，<Seq1，主光学平台E>，<Seq1， 主光学平台F>，<Seq2，主光学平台A>，<Seq2，主光学平台B>，<Seq2，主光学 平台C>，<Seq2，主光学平台D>，<Seq2，主光学平台E>，<Seq2，主光学平台F>， <Seq3，主光学平台A>，<Seq3，主光学平台B>，<Seq3，主光学平台C>，<Seq3， 主光学平台D>，<Seq3，主光学平台E>，<Seq3，主光学平台F>。
[0019]作为上述方法的一种改进，设定主光学平台所在卫星为卫星1，其余两颗卫星 分别为卫星2和卫星3；其中邻近主光学平台一侧的卫星为卫星3，另一颗卫星为卫 星2；
[0020]锁相顺序Seq1的拍频计算方式如下：
[0021][0022]其中，t表示时间；分别表示4个随时间 变化的拍频信号的计算方式，表示5个不随时间 变化的拍频信号计算方式；MOB表示所选用的主光学平台；Δf
(1,2)
表示卫星1与卫 星2相邻光学平台之间的偏移频率；Δf
(1,3)
表示卫星1与卫星3相邻光学平台之间的 偏移频率；Δf
(3,3)
表示卫星3内部两个光学平台之间的偏移频率；Δf
(1,1)
表示卫星1内 部两个光学平台之间的偏移频率；Δf
(2,2)
表示卫星2内部两个光学平本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Seed预生成式遗传算法求解偏移频率策略的方法，用于天基引力波探测器中偏移频率策略的求解；所述天基引力波探测器包含三颗卫星，三颗卫星呈等边三角形放置；每颗卫星包含有两个激光干涉光学平台；所述方法包括：步骤1：制定锁相方案切换序列；步骤2：设定初始拍频上限；步骤3：按照锁相方案切换序列，根据设定的目标函数，采用Seed预生成式遗传算法循环求解所有时间片内满足动态约束条件下不同时刻的偏移频率规划结果；多次重复本步骤，计算得到在该锁相方案切换序列下可以支持的最低拍频上限以及相应的偏移频率策略；所述偏移频率策略包括每颗卫星内部两个光学平台之间的偏移频率，以及相邻两颗卫星之间相邻光学平台之间的偏移频率。2.根据权利要求1所述的Seed预生成式遗传算法求解偏移频率策略的方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：所述锁相方案切换序列包括3种锁相顺序和6种锁相主光学平台，共组成18种锁相方案；设定3颗卫星分别编号为卫星1、卫星2、卫星3；A，B，C，D，E，F六个光学平台逆时针放置；三种锁相顺序分别记为Seq1，Seq2，Seq3；第一种锁相顺序Seq1为选择一个光学平台作为主光学平台，其余5个光学平台为从光学平台；锁相过程中，在主光学平台的一侧有2个从光学平台，另一侧有另外3个光学平台；主光学平台激光频率保持恒定不变，主光学平台两侧从光学平台的激光由近及远依次锁相到接收到的邻近光学平台发射的激光上；第二种锁相顺序Seq2为选择一个光学平台作为主光学平台，其余5个光学平台为从光学平台；锁相过程中，在主光学平台的一侧有1个从光学平台，另一侧有另外4个光学平台；主光学平台激光频率保持恒定不变，主光学平台两侧从光学平台的激光由近及远依次锁相到接收到的邻近光学平台发射的激光上；第三种锁相顺序Seq3为选择一个光学平台作为主光学平台，其余5个光学平台为从光学平台；锁相过程中，在主光学平台的一侧有0个从光学平台，另一侧有另外5个光学平台；主光学平台激光频率保持恒定不变，主光学平台一侧从光学平台的激光由近及远依次锁相到接收到的邻近光学平台发射的激光上；所述18种锁相方案，分别是<Seq1，主光学平台A>，<Seq1，主光学平台B>，<Seq1，主光学平台C>，<Seq1，主光学平台D>，<Seq1，主光学平台E>，<Seq1，主光学平台F>，<Seq2，主光学平台A>，<Seq2，主光学平台B>，<Seq2，主光学平台C>，<Seq2，主光学平台D>，<Seq2，主光学平台E>，<Seq2，主光学平台F>，<Seq3，主光学平台A>，<Seq3，主光学平台B>，<Seq3，主光学平台C>，<Seq3，主光学平台D>，<Seq3，主光学平台E>，<Seq3，主光学平台F>。3.根据权利要求2所述的Seed预生成式遗传算法求解偏移频率策略的方法，其特征在于：设定主光学平台所在卫星为卫星1，其余两颗卫星分别为卫星2和卫星3；其中邻近主光学平台一侧的卫星为卫星3，另一颗卫星为卫星2；
锁相顺序Seq1的拍频计算方式如下：其中，t表示时间；分别表示4个随时间变化的拍频信号的计算方式，表示5个不随时间变化的拍频信号计算方式；MOB表示所选用的主光学平台；Δf
(1,2)
表示卫星1与卫星2相邻光学平台之间的偏移频率；Δf
(1,3)
表示卫星1与卫星3相邻光学平台之间的偏移频率；Δf
(3,3)
表示卫星3内部两个光学平台之间的偏移频率；Δf
(1,1)
表示卫星1内部两个光学平台之间的偏移频率；Δf
(2,2)
表示卫星2内部两个光学平台之间的偏移频率；f
d1
(t)表示卫星1与卫星2之间随时间变化的多普勒频移；f
d2
(t)表示卫星3与卫星2之间随时间变化的多普勒频移；f
d3
(t)表示卫星1与卫星3之间随时间变化的多普勒频移；锁相顺序Seq2的拍频计算方式如下：其中，Δf
(2,3)
表示卫星2与卫星3相邻光学平台之间的偏移频率；锁相顺序Seq3的拍频计算方式如下：
4.根据权利要求1所述的Seed预生成式遗传算法求解偏移频率策略的方法，其特征在于，所述初始拍频上限f
upper
设定为25MHz。5.根据权利要求3所述的Seed预生成式遗传算法求解偏移频率策略的方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：步骤3
‑
1：设定时间片开始时刻Start＝1，结束时刻End＝Start；步骤3
‑
2：根据步骤1中采用的锁相方案切换序列选择当前阶段的锁相主光学平台；步骤3
‑
3：根据步骤1中采用的锁相方案切换序列选择当前阶段的锁相顺序；步骤3
‑
4：根据当前开始时刻Start和结束时刻End，构建用于See...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佳锋，赵梦园，马晓珊，高辰，杨震，彭晓东，
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：