【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及伪卫星空间布局，特别涉及一种基于差分进化算法的伪卫星空间布局优化方法。
技术介绍
1、现在全球导航卫星系统(global navigation satellite system，gnss)定位在户外开阔地带已经可以做到较高精度的实时定位，但是在信号遮挡严重的区域，可见卫星数量少，尤其是在室内环境，接收机根本无法接收到gnss信号。为解决上述问题，各种gnss增强、辅助系统被提出和研究，伪卫星系统是行之有效的方案之一。所谓伪卫星就是指“地面卫星”，相当于把距离地球表面两万多公里的卫星安置在近地空间，它是一种能够发射和接收类似于gnss信号的设备。伪卫星系统不仅可以增强gnss系统，还可以在gnss拒止环境下进行独立定位。在一些gnss导航星完全不可见的情况下，可以用足够数量的伪卫星组成导航星座，进行独立的导航定位。最大的优点就是伪卫星的几何分布可预先进行设计。由于伪卫星系统具有gnss系统所不具备的优势，伪卫星在室内定位这一领域被广泛研究与应用。室内伪卫星定位要想获得较好的结果首要考虑的是伪卫星空间布局问题，良好的伪卫星空间布局可以获得较小的dop值，从而缩小用户测距误差ure的放大倍数，从而获得较为精准的定位结果。对于两万多公里外的gnss卫星而言，其自身位置随时间不断发生变化，空间构型也随之发生变化，人为很难干预控制。而对于伪卫星而言，若位置固定下来，其空间构型是不变的，人为可以干预控制，通过调整伪卫星的位置来改变其空间构型以获得较好的空间构型。室内伪卫星布设是个比较复杂的问题，需要根据具体环境而讨论，总体的思路
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于差分进化算法的伪卫星空间布局优化方法，将差分进化算法应用于伪卫星空间布局技术，有效地改善了伪卫星空间几何构型。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于差分进化算法的伪卫星空间布局优化方法，包括以下步骤：
3、步骤一、根据实际问题建模，确定实际室内空间的具体大小，包括室内空间的长、宽、高，根据实际情况，设计多组互不相同的伪卫星空间布局作为初始化种群，根据室内空间长宽高进行边界吸收操作对伪卫星坐标(x,y,z)进行约束；
4、步骤二、设置差分进化算法的初始化参数，包括室内空间长宽高、种群规模np、个体维度d、缩放因子f、交叉概率cr、最大迭代代数maxgen以及边界吸收操作伪卫星坐标限值设置；
5、步骤三、利用设置初始化参数的差分进化算法得到优化后的最优伪卫星空间布局；
6、步骤四、依照算法优化后的最优伪卫星空间布局对伪卫星进行实地布设。
7、优选的方案中，所述步骤二中，室内空间长宽高根据实际情况的空间尺寸确定；种群规模np为初始化种群中的空间布局种类数；每一种伪卫星空间布局代表一个个体，个体维度d等于每一个个体包含的伪卫星位置参数的三倍。
8、优选的方案中，所述步骤三中，包括以下步骤：
9、s301、计算待优化个体的目标函数值：将某一种伪卫星空间布局下的定位关注区域地面格网点pdop值总和的平均值作为目标函数，遍历定位关注区域地面格网点求其pdop值，再计算所有定位关注区域地面格网点的pdop值的和，最后再除以定位关注区域地面格网点数即为目标函数值，目标函数值越小的伪卫星空间布局个体向量就越优越，目标函数计算公式如下：
10、
11、其中，m为定位关注区域地面格网点数，(pdop)i为某一伪卫星空间布局下第i个地面格网点的pdop值；
12、s302、变异操作：将待优化的种群选择以下五种方式进行变异：
13、(a)“de/rand/1”：
14、(b)“de/best/1”：
15、(c)“de/rand-to-best/1”：
16、(d)“de/best/2”：
17、(e)“de/rand/2”：
18、式中，x为初始种群个体向量；v为变异后的种群个体向量；g代表循环的代数；索引是在[1,np]范围内随机生成的互斥整数，对于策略“de/rand/1”，np至少大于等于3，对于策略“de/best/1”、“de/rand-to-best/1”、“de/best/2”、“de/rand/2”，np分别至少大于等于2、2、4、5；缩放因子f是用于缩放差向量的正控制参数；xbest,g是一代群体中具有最佳适应度值的最佳个体向量；
19、s303、交叉操作：在初始个体向量x和变异个体向量v之间进行选择生成交叉个体向量u，采用二项式交叉生成交叉个体向量，具体公式如下：
20、
21、式中，jrand是在[1,d]范围内随机选择的整数；上式表明，当在[0，1]中生成的随机数小于等于交叉概率cr时或者j＝jrand时，在初始个体向量x和变异个体向量v中选择变异个体向量v作为交叉个体向量u，否则，选择初始个体向量x作为交叉个体向量u；
22、s304、边界吸收操作，对交叉个体向量u中的个体进行边界吸收操作，当交叉个体向量u中元素超过了设定的限值，则重新对该值进行设置，将其设定为离该值最近的上限或者下限，或者在上下限之间随机取值进行代替；
23、s305、选择操作，计算交叉后且进行边界吸收操作后的交叉个体向量u的每一个个体的目标函数值f(ui,g)，与初始种群个体向量x的每一个个体的目标函数值f(xi,g)进行比较，若初始种群个体向量x更优，则x中该个体向量保持不变，若交叉后且进行边界吸收操作后的交叉个体向量u更优，则将初始种群个体向量x替换为交叉个体向量u，将当代新得到的x进行下一代循环，上述操作用下式表示：
24、
25、s306、重复步骤s302～s305，当迭代次数达到maxgen时，停止迭代。
26、优选的方案中，所述步骤三中，所述s301中，某一种伪卫星空间布局下的地面格网点pdop值的计算方法如下：当某一种伪卫星空间布局固定下来之后，误差方程中的设计矩阵b如下式所示：
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1.一种基于差分进化算法的伪卫星空间布局优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于差分进化算法的伪卫星空间布局优化方法，其特征在于，所述步骤二中，室内空间长宽高根据实际情况的空间尺寸确定；种群规模NP为初始化种群中的空间布局种类数；每一种伪卫星空间布局代表一个个体，个体维度D等于每一个个体包含的伪卫星位置参数的三倍。
3.根据权利要求1所述的一种基于差分进化算法的伪卫星空间布局优化方法，其特征在于，所述步骤三中，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种基于差分进化算法的伪卫星空间布局优化方法，其特征在于，所述步骤三中，所述S301中，某一种伪卫星空间布局下的地面格网点pdop值的计算方法如下：当某一种伪卫星空间布局固定下来之后，误差方程中的设计矩阵B如下式所示：
【技术特征摘要】
1.一种基于差分进化算法的伪卫星空间布局优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于差分进化算法的伪卫星空间布局优化方法，其特征在于，所述步骤二中，室内空间长宽高根据实际情况的空间尺寸确定；种群规模np为初始化种群中的空间布局种类数；每一种伪卫星空间布局代表一个个体，个体维度d等于每一个个体包含的伪卫星位置参数的三倍。
【专利技术属性】
技术研发人员：张奎，曹勇，刘晖，王国辉，沈继洲，黄明，程远龙，吴静，张家托，姚文燚，杨武，陈雪锋，吕婷，黄鑫，马孙超，戴陈梦子，杨磊，孙方剑，
申请(专利权)人：湖北能源集团罗田平坦原抽水蓄能有限公司，
类型：发明
国别省市：
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