本發(fā)明屬于通信，具體涉及一種多目標優(yōu)化基站布局方法。

背景技術(shù)：

1、由于陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)不僅可以在衛(wèi)導(dǎo)拒止環(huán)境下獨立為用戶提供服務(wù)，還可以與衛(wèi)導(dǎo)進行融合定位來提升衛(wèi)導(dǎo)的定位精度，因此為了滿足在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不可用時的導(dǎo)航定位需求，近年來陸基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。

2、在實際應(yīng)用過程中，為了提高陸基導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度，需要針對基站的布局進行優(yōu)化，進而降低系統(tǒng)在服務(wù)范圍內(nèi)的精度因子。此外，由于基站的發(fā)射功率存在上限，因此每個基站的信號傳播范圍是受限的。然而，傳統(tǒng)的基站布局優(yōu)化方法往往僅針對精度因子這一單個優(yōu)化目標對基站布局進行優(yōu)化，并沒有同時考慮系統(tǒng)的信號覆蓋范圍，不適應(yīng)于實際的應(yīng)用場景。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種多目標優(yōu)化基站布局方法，首先確定基站布設(shè)區(qū)域邊界，確定系統(tǒng)覆蓋區(qū)域邊界；然后確定優(yōu)化過程中所使用的精度因子函數(shù)和信號場強函數(shù)；接下來設(shè)置多目標優(yōu)化算法的初始參數(shù)；之后將精度因子計算方程和信號場強計算方程作為多目標優(yōu)化算法的適應(yīng)值函數(shù)進行迭代循環(huán)；得到最終的帕累托前沿解集，根據(jù)實際地型環(huán)境從帕累托解集中選擇布局方案進行導(dǎo)航基站的布置，至此完成基站布局。本發(fā)明通過引入系統(tǒng)信號覆蓋范圍，可以在實現(xiàn)優(yōu)化精度因子分布的同時，提升陸基導(dǎo)航系統(tǒng)的覆蓋范圍。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

3、步驟1：確定基站布設(shè)區(qū)域邊界，確定系統(tǒng)覆蓋區(qū)域邊界；

4、步驟2：確定優(yōu)化過程中所使用的精度因子函數(shù)fdop和信號場強函數(shù)fe；

5、步驟3：設(shè)置多目標優(yōu)化算法的初始參數(shù)；

6、步驟4：將精度因子計算方程和信號場強計算方程作為多目標優(yōu)化算法的適應(yīng)值函數(shù)進行迭代循環(huán)；

7、步驟5：得到最終的帕累托前沿解集，根據(jù)實際地型環(huán)境從帕累托解集中選擇布局方案進行導(dǎo)航基站的布置，至此完成基站布局。

8、進一步的，所述步驟1具體為：

9、步驟1-1：測量可以進行基站布局的范圍區(qū)域確定邊界點的經(jīng)緯度坐標進而得到布設(shè)區(qū)域邊界點矩陣

10、步驟1-2：設(shè)定系統(tǒng)功能覆蓋范圍邊界點進而得到覆蓋區(qū)域邊界點矩陣

11、進一步的，所述步驟2具體為：

12、步驟2-1：基于偽距定位算法的精度因子函數(shù)為：

13、

14、其中，h11、h22、h33為矩陣h的對角元素；

15、h＝(gtg)-1

16、

17、其中，(xi,yi,zi)為總數(shù)為n的導(dǎo)航基站中的第i個基站在地心地固坐標系中的坐標，得到的fdop即為(x,y,z)處的精度因子；ri表示基站i在(x,y,z)處的觀測矢量的長度；ix、iy、iz分別表示ri對x、y、z的偏導(dǎo)在(x,y,z)處的值；

18、步驟2-2：中長波電磁信號在傳輸過程中的信號場強計算函數(shù)為：

19、

20、其中er和et分別表示使用millington方法得到的正向計算的場強和反向計算的場強。

21、進一步的，所述步驟3中的初始參數(shù)包括：優(yōu)化迭代次數(shù)t、種群個體數(shù)量n、優(yōu)化目標數(shù)量m、每個布局方案的基站數(shù)量dim、以及覆蓋區(qū)域中的取樣點數(shù)量sp。

22、進一步的，所述步驟4具體為：

23、步驟4-1：種群中第i個個體的表示方法為其中k表示本次進行基站布局的基站個數(shù)；則第t次迭代時的整個種群表示為進而通過優(yōu)化算法生成子代種群

24、步驟4-2：在得到子代種群之后，檢查每個子代個體是否處于基站布設(shè)區(qū)域內(nèi)部，若處于邊界外部，則在基站布設(shè)區(qū)域內(nèi)部隨后生成一個新的個體；

25、步驟4-3：在覆蓋區(qū)域內(nèi)部均勻取sp個計算地點uj＝(xi,yi,zi),1≤j≤sp，將子代種群xt+1和每個計算地點帶入精度因子函數(shù)fdop和信號場強函數(shù)fe得到每一個個體的適應(yīng)值和

26、步驟4-3-1：在進行第i個個體的精度因子適應(yīng)值計算時，遍歷計算每個計算地點uj＝(xi,yi,zi)關(guān)于每個個體xi的精度因子最后求平均

27、步驟4-3-2：在進行第i個個體的場強適應(yīng)值計算時，遍歷計算每個計算地點uj＝(xi,yi,zi)關(guān)于每個個體xi的信號場強每有一個計算地點的信號場強大于場強門限elimit，則減1，初始值為零；

28、步驟4-4：將子代個體xt+1與最優(yōu)帕累托解集xp進行非支配排序，得到不同等級的帕累托前沿，根據(jù)不同個體的帕累托等級，更新最優(yōu)帕累托解集；

29、步驟4-5：當?shù)螖?shù)達到t時，停止迭代。

30、本發(fā)明的有益效果如下：

31、本發(fā)明與傳統(tǒng)的基于精度因子的單目標基站布局優(yōu)化方法相比，通過引入系統(tǒng)信號覆蓋范圍，可以在實現(xiàn)優(yōu)化精度因子分布的同時，提升陸基導(dǎo)航系統(tǒng)的覆蓋范圍。

技術(shù)特征：

1.一種多目標優(yōu)化基站布局方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多目標優(yōu)化基站布局方法，其特征在于，所述步驟1具體為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多目標優(yōu)化基站布局方法，其特征在于，所述步驟2具體為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多目標優(yōu)化基站布局方法，其特征在于，所述步驟3中的初始參數(shù)包括：優(yōu)化迭代次數(shù)t、種群個體數(shù)量n、優(yōu)化目標數(shù)量m、每個布局方案的基站數(shù)量dim、以及覆蓋區(qū)域中的取樣點數(shù)量sp。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多目標優(yōu)化基站布局方法，其特征在于，所述步驟4具體為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種多目標優(yōu)化基站布局方法，首先確定基站布設(shè)區(qū)域邊界，確定系統(tǒng)覆蓋區(qū)域邊界；然后確定優(yōu)化過程中所使用的精度因子函數(shù)和信號場強函數(shù)；接下來設(shè)置多目標優(yōu)化算法的初始參數(shù)；之后將精度因子計算方程和信號場強計算方程作為多目標優(yōu)化算法的適應(yīng)值函數(shù)進行迭代循環(huán)；得到最終的帕累托前沿解集，根據(jù)實際地型環(huán)境從帕累托解集中選擇布局方案進行導(dǎo)航基站的布置，至此完成基站布局。本發(fā)明通過引入系統(tǒng)信號覆蓋范圍，可以在實現(xiàn)優(yōu)化精度因子分布的同時，提升陸基導(dǎo)航系統(tǒng)的覆蓋范圍。

技術(shù)研發(fā)人員：賀成艷,劉家威,陶明亮,張兆林,韓闖,王伶
受保護的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2