1.一种导航系统数据上注路由规划方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:获取规划周期内参与数据上注的节点星集合和目的星集合以及节点星的配置参数要求,所述目的星是指数据最终上注的卫星,所述节点星是指从地面站将数据开始上注的境内星;步骤2:根据节点星集合和目的星集合计算得到任意节点星到目的星的最短路径序列;步骤3:根据节点星集合和目的星集合以及任意节点星到目的星的最短路径序列构建立地面数据上注路由优化问题的整数规划模型;所述整数规划模型是:目标函数为: (1)约束条件为: (2) (3) (4) (5) (6) (7)其中,目标函数表示最小化各目的星到节点星的平均传输路径长度; 、 为两个决策变量, x ij 表示目的星 i 数据是否选择节点星 j 来转发,值为 1 代表选择,值为 0 代表不选择, y j 表示节点星 j 是否被选用,值为 1 代表选用,否则为 0,均为 0-1 变量, i 表示目的星序号, j 表示节点星序号,m表示目的星的数量,n表示节点星的数量;最短路径长度 l ij 表示目的星 i 与节点星 j 之间的最短传输时延;式2表示各目的星必须且只能选择一颗节点星;式3表示只有选用的节点星才能被目的星选择用于星间中转;式4限制了各选用的节点星的中转能力; c j 为节点星j的中转能力;式5表示节点星的选用数量约束; P为可选用的节点星数量上限;步骤4:对所述整数规划模型进行求解;步骤5:输出求解得到的路由规划方案。
2.根据权利要求1所述的路由规划方法,其特征在于,步骤4中对所述整数规划模型进行求解的方法是基于基因表达式的混合遗传规划算法。
3.根据权利要求2所述的路由规划方法,其特征在于,基于基因表达式的混合遗传规划算法具体为:步骤4.1:按照基因表达式编码随机生成 个染体色,形成初始种群,所述染色体由单个或多个基因组成,基因是指一组固定长度的线性字符表达式,基因内部分为头部片段和尾部片段,头部片段由函数字符和参数字符组成,尾部片段由参数字符组成,所述参数字符为最短路径序列中路径的特征参数;步骤4.2:依次计算种群中每个个体的适应度;步骤4.3:种群内部进行选择、交叉、变异操作;步骤4.4:生成新一代种群;步骤4.5:判断是否满足终止条件,若满足,则输出最优结果;若不满足,则返回步骤4.2。
4.根据权利要求3所述的路由规划方法,其特征在于,步骤4.2中计算个体适应度的方法是:步骤4.2.1:将所述基因表达式解码为数学方方程式;步骤4.2.2:获取最短路径序列中各路径的各项特征参数值,带入所述数学方方程式中,将方方程式的计算结果作为各路径的评分;步骤4.2.3:按照路径的评分高低顺序形成新的路径序列;步骤4.2.4:将评分高的路径优先进行目的星路径分配,并对分配的路径进行约束检查删除不可行路径得到可行的路由方案;步骤4.2.5:将可行的路由方案代入目标函数中,得到所有目的星的传输路径长度之和,将其作为个体的适应度值。
5.根据权利要求3所述的路由规划方法,其特征在于,步骤4.1中的函数字符包括 ,所述特征参数包括:WN:路径长度;WAVE:路径相关的目的星对所有节点星的路径长度均值;WVAR:路径相关的目的星对所有节点星的路径长度方差;WMAX:路径相关的目的星对所有节点星的路径长度最大值;WMIN:路径相关的目的星对所有节点星的路径长度最小值;NAVE:路径相关的节点星对所有目的星的路径长度均值;NVAR:路径相关的节点星对所有目的星的路径长度方差;NMAX:路径相关的节点星对所有目的星的路径长度最大值;NMIN:路径相关的节点星对所有目的星的路径长度最小值;NCAP:路径相关的节点星剩余中转容量;NRLY:路径相关的节点星是否可用。
6.根据权利要求3所述的路由规划方法,其特征在于,步骤4.1的基因表达式编码中,若头部片段长度为 h,则尾部片段的长度 t 必须满足:t ≥ h(n − 1) + 1 ;其中 n 为头部片段中所有函数的最大输入参数个数。
7.根据权利要求4所述的路由规划方法,其特征在于,步骤4.2.1中对基因表达式解码的方法是:步骤4.2.1.1,将基因解码为语法树,从基因的第一个字符开始,将其作为语法树的根节点,接着按照从左至右,从上至下的顺序,将语法树中函数节点的子节点依次补齐,当树中全部叶子节点都为参数节点时,解码完成;步骤4.2.1.2,将语法树解码为数学方方程式,解码的总体顺序为从叶子节点到根节点,从语法树的左下角开始,用父节点的运算符将子节点的方方程式按照运算规则连接成为新的方方程式,然后向右向上依次遍历所有节点。
8.根据权利要求4所述的路由规划方法,其特征在于,步骤4.2.4中对分配的路径进行约束检查删除不可行路径得到可行的路由方案集的方法是:步骤4.2.1.1:选择路径序列中的首条路径,检查节点星数量和中转能力约束;步骤4.2.1.2:若违反任意一条约束,则删除此路径,返回步骤4.2.1.1;否则,将此路径分配给路径所对应的目的星,并删除路径序列中与此路径具有相同境外目的星的路径;步骤4.2.1.3:若路径序列不为空,则更新各路径的特征参数,重新完成路径评分并返回步骤4.2.1.1;否则,路径分配完成,输出问题的可行路由方案。
9.根据权利要求1至8任一项所述的路由规划方法,其特征在于,步骤2中根据节点星集合和目的星集合计算得到任意节点星到目的星的最短路径序列的方法是广度优先搜索算法。
10.一种导航系统数据上注路由规划系统,其特征在于,包括以下模块:信息获取模块:用于获取规划周期内参与数据上注的节点星集合和目的星集合以及节点星的配置参数要求,所述目的星是指数据最终上注的卫星,所述节点星是指从地面站将数据开始上注的境内星;最短路径序列计算模块:用于根据信息获取模块所获取的节点星集合和目的星集合计算得到任意节点星到目的星的最短路径序列;整数规划模型构建模块:用于根据节点星集合和目的星集合以及任意节点星到目的星的最短路径序列构建立地面数据上注路由优化问题的整数规划模型;所述整数规划模型是:目标函数为: (1)约束条件为: (2) (3) (4) (5) (6) (7)其中,目标函数表示最小化各目的星到节点星的平均传输路径长度; 、 为两个决策变量, x ij 表示目的星 i 数据是否选择节点星 j 来转发,值为 1 代表选择,值为 0 代表不选择, y j 表示节点星 j 是否被选用,值为 1 代表选用,否则为 0,均为 0-1 变量, i 表示目的星序号, j 表示节点星序号,m表示目的星的数量,n表示节点星的数量;最短路径长度 l ij 表示目的星 i 与节点星 j 之间的最短传输时延;式2表示各目的星必须且只能选择一颗节点星;式3表示只有选用的节点星才能被目的星选择用于星间中转;式4限制了各选用的节点星的中转能力; c j 为节点星j的中转能力;式5表示节点星的选用数量约束; P为可选用的节点星数量上限;求解模块:用于对所述整数规划模型进行求解;输出模块:用于对求解模块求解得到的路由规划方案进行输出。