【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航天卫星管控领域，更具体地涉及一种基于蚁群算法的星座组网规划方法。
技术介绍
1、通信卫星通过转发无线电信号，为不同对象间的通信建立桥梁，它具有频带较宽、传输容量较大、灵活性强、扩展性良好等众多优点。相较于高轨通信卫星而言，低轨通信卫星距离地面近、延时低，且更为廉价，但是由于单个卫星对地面的覆盖范围有限，要想实现全球覆盖，只能通过大规模卫星星座。而卫星数量的增加也令数据量飞速增加，要将众多卫星上的数据传输回地面，需要通过星间链路等方式对众多卫星进行连接，形成星间组网，再将地面站与其可见的卫星进行连接，形成星地组网，卫星数据通过星间链路和星地链路传输回地面。因此，对于低轨大规模星座，星地组网算法非常关键。
技术实现思路
1、本专利技术旨在提供一种基于蚁群算法的星座组网规划方法。面向卫星组网约束，结合卫星和地面站组网情况，根据资源设备冲突判定规则，对给出的最新组网任务进行编排，规划出最优的组网方案，能够有效地解决组网规划问题，从而能够为星座提供建链时间长、资源利用率高、链路鲁棒的星地组网方案。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种基于蚁群算法的星座组网规划方法，包括以下步骤：
4、步骤1、接收任务规划软件发送的已安排组网方案、待规划的星地组网元任务和约束检验规则；
5、步骤2、根据约束检验规则，剔除与已安排组网方案冲突的星地组网元任务；
6、步骤3、对冲突剔除后的星地组网元任务使用蚁群算法
7、进一步的，所述步骤3具体过程为：
8、步骤301，构造矩阵reachedmatrix，所有元素初始值均为0，构造矩阵conflictmatrix，根据星地组网元任务的冲突情况对各个元素赋初始值；其中，reachedmatrix表示蚂蚁到达过的节点，即已经选择的星地组网任务，conflictmatrix表示蚂蚁无法到达的节点，即冲突禁忌表；
9、步骤302，进行参数初始化，包括：对蚂蚁种群数量m、信息素挥发度ρ和最大迭代次数maxiterations初始化，并设t时刻路径(i,j)上残留的信息素均为0以及当前迭代次数iterations＝0；
10、步骤303，将任意蚂蚁a的出发点随机设置在且的节点i上，并更新reachedmatrix矩阵和conflictmatrix矩阵；
11、其中，表示蚂蚁a是否到达过i节点，即蚂蚁a是否选择了星地组网任务i，具体取值如下：
12、
13、表示蚂蚁a能否前往i节点，具体取值如下：
14、
15、步骤304，蚂蚁在运动过程中根据各条路径上残留的信息素决定移动方向，并根据转移概率不断选择下一节点，移动到且的节点j上，直到没有可以选择的节点；并更新reachedmatrix矩阵和conflictmatrix矩阵，更新迭代次数：iterations＝iterations+1；
16、其中，转移概率的计算公式如下：
17、
18、式中，alloweda为且的节点，表示t时刻蚂蚁a在路径(i,j)上残留的信息素；
19、步骤305，每完成一次迭代后，计算所有蚂蚁的评价值，并对各路径上残留的信息素进行更新；
20、其中，路径(i,j)上的信息素根据以下公式进行更新：
21、
22、其中，
23、valuea为蚂蚁a的评价值；
24、步骤306，判断是否满足iterations＝maxiterations，如果满足，则已经达到最大迭代次数，停止迭代；否则，返回步骤303；
25、步骤307，选择评价值最高的解作为最终最优解。
26、进一步的，所述步骤305中评价值的计算具体为：
27、a)组网总时长计算：取所有安排成功的组网任务的最早开始时间earlytime和最晚结束时间latetime，计算得到组网时长为gontinuenettime＝latetime-earlytime；
28、b)n颗卫星的建链时长总和计算：针对每一个卫星，计算组网的最早时间和最晚时间，对组网时间求和，具体如下，其中latetimei表示卫星i的建链最晚结束时间，earlytimei表示卫星i的建链最早开始时间；
29、c)同一时间与地面站建链的卫星数量计算：选取一些时刻，计算此时建链的卫星数量，并求和得到satellitenum；
30、d)同一时间与卫星建链的地面站数量计算：选取一些时刻，计算此时建链的地面站数量，并求和得到stationnum；
31、e)资源整体使用情况resourcestatus使用所有安排的星地组网任务的建链时长之和来表征，计算方式为：其中latetimej表示建链任务j的建链最晚结束时间，earlytimej表示建链任务j的建链最早开始时间；
32、则组网评价值value的计算方法为：value＝a×continuenettime+b×sumnettime+c×statellitenum+d×stationnum+e×resourcestatus，其中，a、b、c、d和e分别为组网总时长、卫星建链时长总和、同一时间建链卫星数量、同一时间建链地面站数量以及资源整体使用情况的权重值。
33、本专利技术具有以下有益效果：
34、本专利技术结合卫星和地面站组网情况，进行建链资源约束检验消解任务冲突，采用智能优化算法中的蚁群算法实现建链资源的优化分配，为构建连续、稳定的星地网络确定所需要的资源。
35、面对大规模星座组网这种np难问题，本专利技术使用启发式蚁群算法完成大规模低轨星座组网建链资源的优化，能够在合理的时间内为大规模低轨星座组网提供稳定、鲁棒的较优方案。
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1.一种基于蚁群算法的星座组网规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于蚁群算法的星座组网规划方法，其特征在于，所述步骤3具体过程为：
3.根据权利要求2所述的一种基于蚁群算法的星座组网规划方法，其特征在于，所述步骤305中评价值的计算具体为：
【技术特征摘要】
1.一种基于蚁群算法的星座组网规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于蚁群算法的星座组网规划方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：付东，韩丽，张建磊，冯阳，韩伟，卢兴，郭亚丽，马培媛，马英哲，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：
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