【技术实现步骤摘要】
本申请涉及卫星通信的，特别是一种适用于星载多波束天线的波束多色复用优化规划方法。
技术介绍
1、卫星通信具有通信距离远、覆盖范围广等优点，并逐渐成为实现全球无缝通信及互联网空中高速通道的必不可少的手段。但是由于无线宽带和多媒体用户及应用市场的迅速扩大，卫星通信系统对无线电频谱资源的需求越来越大，为了解决频率资源不足的问题，卫星通信系统需要引入频率复用技术。频率复用(多色复用)技术通过控制同频复用距离来帮助通信系统减少内部小区之间的干扰，增大系统容量。
2、对于星载多波束应用而言，由于覆盖区内存在通信业务的不均衡，比如机场、港口等区域业务量大，山区、远海等区域业务量很小，因此等波束宽度均匀连续覆盖会造成业务量大的波束通信饱和、而业务量小的波束几乎闲置。近年来，随着多波束天线技术的发展，非均匀离散覆盖的概念被提了出来并得到了初步应用，其波束排布为非规则的。对于这种非规则的波束排布，贝尔实验室的频率规划方式不再适用。而采用穷举法，不仅效率低，还很难得到最优复用规划。
技术实现思路
1、本申请针对大规模波束数量、多种覆盖场景的多波束天线覆盖布局，提供一种适用于星载多波束天线的波束多色复用优化规划方法。通过波束覆盖信息和多色复用要求得到邻接矩阵，构建智能优选模型，进行优选搜素算法，得到优化的多色复用规划。解决了大规模多波束天线多色复用规划的快速、精确、优化设计问题，满足最少用色数量、最小同色波束间距最大化的多色复用规划。
2、第一方面，提供了一种适用于星载多波束天线的
3、根据波束覆盖信息和可容忍的最小同色波束间距得到邻接矩阵；
4、运用粒子群算法建立智能优选模型，对模型中的属性进行初始化；
5、根据邻接矩阵，智能优选模型中随机初始化的多组波束排序，运用回溯算法对每个粒子的解进行优选搜索，以复色数量为优化目标得到个体极值和全局优化解；
6、更新个体的速度和位置，不断迭代直到用色数量达到最少且兼顾最小同色波束间距最大化，结束优化并完成波束多色复用规划。
7、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述波束覆盖信息包括波束编号、波束位置；根据波束编号、波束位置等波束覆盖信息，计算出两两波束之间的距离dij；与给定的可容忍的最小同色波束间距dobj进行比较，若dij>dobj，则认为第i个波束和第j个波束不相邻，否则相邻，最后将相邻波束标记为‘1’、非相邻波束默认标记为‘0’，得到邻接矩阵。
8、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，对模型中的属性进行初始化，包括：定义波束排序为变量，粒子速度为v，粒子包数为opt.nparticle，每个粒子包的自变量个数opt.d为波束数量，优化迭代次数为opt.niterative，最大/小权重为wmax/wmin，学习因子为c1/c2；根据波束数量和粒子包数随机初始化多组波束排序作为粒子群的位置x。
9、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述方法包括对波束进行多色复用规划：根据粒子群的位置x确定每个粒子的波束排序，以每种排序下对应的邻接矩阵作为约束，进行多色复用规划：首先为第一个波束赋予color 1；判定第二个波束与color 1波束是否相邻，若相邻则赋予color 2、不相邻则赋予color 1；顺序判定第n个波束与已赋予color的波束是否相邻，若均相邻则赋予新的color，若存在不相邻则将不相邻的color波束中间距最小的color赋予第n个波束，得到复色数量fv、同色波束号、每类同色波束最小间距信息。
10、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，在opt.nparticle个粒子完成多色复用规划后，根据每个粒子的复色数量fv选出全局最小复色数量fmin，并得到fmin对应规划的同色波束最小间距。
11、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，定义最小适应度为fmin，平均适应度为全局中个体复色数量的平均值favg，favg＝∑fv/opt.nparticle；
12、构建目标函数f＝favg-fmin，若f＝0成立则得到全局最小复色数量，结束优化并完成波束多色复用规划，否则更新个体的速度和位置，返回继续进行优选搜索，通过不断迭代优化直到满足要求。
13、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，对个体的速度vi和位置xi的更新由以下公式确定：
14、如果fv<＝favg，则wi＝wmax，否则wi＝wmin+(fv-fmin)*(wmax-wmin)/(favg-fmin)；
15、vi＝wi*vi+c1*rand()*(pbesx-xi)+c2*rand()*(gbestx-xi)
16、xi＝xi+vi；
17、wi为每个粒子的权重，pbesx为个体最佳位置即每个粒子的最佳波束排序，gbestx为群体最佳位置即所有粒子的最佳波束排序。
18、与现有技术相比，本申请提供的方案至少包括以下有益技术效果：
19、1、本专利技术提出了一种用于非规则波束排布的多色复用规划方法，通过算法优化，得到用色数量最少且兼顾最小同色波束间距最大化的多色复用规划。
20、2、本专利技术提出了一种回溯算法结合粒子群算法的多色复用规划方法，根据波束覆盖信息和多色复用要求计算得到邻接矩阵，构建智能优选模型，进行优选搜素算法，最终获得易于工程实现的用色数量最少且兼顾最小同色波束间距最大化的多色复用规划。
21、3、本专利技术提出的优化设计方法具有很强的适用性，可以应用到规则蜂窝排布、非规则排布等多种覆盖情况。
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1.一种适用于星载多波束天线的波束多色复用优化规划方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述波束覆盖信息包括波束编号、波束位置；根据波束编号、波束位置等波束覆盖信息，计算出两两波束之间的距离dij；与给定的可容忍的最小同色波束间距dobj进行比较，若dij>dobj，则认为第i个波束和第j个波束不相邻，否则相邻，最后将相邻波束标记为‘1’、非相邻波束默认标记为‘0’，得到邻接矩阵。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对模型中的属性进行初始化，包括：定义波束排序为变量，粒子速度为v，粒子包数为opt.NParticle，每个粒子包的自变量个数opt.D为波束数量，优化迭代次数为opt.NIterative，最大/小权重为wmax/wmin，学习因子为c1/c2；根据波束数量和粒子包数随机初始化多组波束排序作为粒子群的位置X。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法包括对波束进行多色复用规划：根据粒子群的位置X确定每个粒子的波束排序，以每种排序下对应的邻接矩阵作为约束，进行多色复用规划：首先为
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在opt.NParticle个粒子完成多色复用规划后，根据每个粒子的复色数量fv选出全局最小复色数量fmin，并得到fmin对应规划的同色波束最小间距。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，定义最小适应度为fmin，平均适应度为全局中个体复色数量的平均值favg，favg＝∑fv/opt.NParticle；
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对个体的速度vi和位置xi的更新由以下公式确定：
...【技术特征摘要】
1.一种适用于星载多波束天线的波束多色复用优化规划方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述波束覆盖信息包括波束编号、波束位置；根据波束编号、波束位置等波束覆盖信息，计算出两两波束之间的距离dij；与给定的可容忍的最小同色波束间距dobj进行比较，若dij>dobj，则认为第i个波束和第j个波束不相邻，否则相邻，最后将相邻波束标记为‘1’、非相邻波束默认标记为‘0’，得到邻接矩阵。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对模型中的属性进行初始化，包括：定义波束排序为变量，粒子速度为v，粒子包数为opt.nparticle，每个粒子包的自变量个数opt.d为波束数量，优化迭代次数为opt.niterative，最大/小权重为wmax/wmin，学习因子为c1/c2；根据波束数量和粒子包数随机初始化多组波束排序作为粒子群的位置x。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法包括对波束进行多色复用规划：根据粒子群的位置x确定...
【专利技术属性】
技术研发人员：张卫兵，王思奇，崔镇，张龙，施锦文，万继响，陶啸，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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