CN108647287B - 临近空间超压球动态导航网络优化方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供临近空间超压球动态导航网络优化方法及装置，该方法包括：根据所述超压球的空间信息获取超压球导航网络的底层覆盖区域和顶层覆盖区域；对顶层或底层上的超压球进行逐层删减，并在超压球之间的投影边长为最大投影边长时，获得目标区域中的PDOP指标信息并在满足预设要求时，确定底层收缩长度范围、顶层收缩长度范围、投影边长范围；从各范围中获取待评估参数值组，根据待评估参数值组确定超压球数目，根据位置信息和空间信息获得目标区域中PDOP指标信息；根据PDOP指标信息和超压球数目确定综合评价值为预设次数的连续减小时，根据待评估参数值建立超压球导航网络，为指定区域提供高精度导航服务，适用于区域的特定导航，但不限区域面积。
Description
技术领域
本发明涉及导航网络技术领域，尤其涉及一种临近空间超压球动态导航网络优化方法及装置。
背景技术
临近空间是指距离地面20-100km的区域，属于空天间的过渡区，包括大部分平流层、全部中间层和部分电离层。与航空器相比，临近空间飞行器持续工作时间长、覆盖范围大；与航天器相比，临近空间飞行器机动灵活，而且能够持续覆盖目标区域。临近空间平流层的气流运动相对平稳，气流以水平运动为主，尤其是20-25km高度，温度相对恒定，几乎没有上下对流和涡流。在平流层存在准零风层，而且准零风层上下的水平风向相反。因此，临近空间平流层适于部署低速临近空间飞行器用于导航。目前，利用临近空间飞行器构造导航网络，一般采用飞艇，而且假设飞艇保持静止状态。
利用飞艇构造导航网络的主要缺陷和不足如下：
1)飞艇成本高。利用飞艇构造导航网络，平台的控制能力较好，但是平台成本过高，尤其针对广域目标区域构造导航网络时，平台成本大幅度提升。
2)没有有效利用临近空间准零风层的风场特性。采用飞艇构造导航网络，将风场视作影响飞艇定点驻留的阻力，并利用平台本身的能源抵消风场的影响，一方面显著增加了平台本身的成本和复杂度，另一方面直接影响平台长期驻留的持续性。
3)缺乏临近空间导航网络的整体优化。导航网络的平台无论是选择飞艇，还是选择超压球，临近空间飞行器都难以保持完全静止不变，因此针对网络节点运动的导航网络整体优化同样也是不可或缺。
发明内容
本发明提供一种临近空间超压球动态导航网络优化方法及装置，用于解决现有技术中在卫星导航受限场景下的应急导航定位需求不足的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种临近空间超压球动态导航网络优化方法，包括：
获取目标区域内的所有网格点的位置信息，以及获取预设于临近空间中目标平流层内的超压球导航网络中各个超压球的空间信息，其中，所述超压球导航网络为双层Y构型网络；
根据所述超压球的空间信息获取所述超压球导航网络的底层覆盖区域和顶层覆盖区域；
当底层收缩长度和顶层收缩长度为零时，根据所述位置信息和所述空间信息获取目标区域中PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，计算超压球之间的最大投影边长；
对顶层或底层上的超压球进行逐层删减，并在超压球之间的投影边长为最大投影边长时，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定底层收缩长度范围和顶层收缩长度范围，并根据所述底层收缩长度范围和顶层收缩长度范围确定投影边长范围；
从所述底层收缩长度范围、顶层收缩长度范围和投影边长范围中获取待评估参数值组，根据所述待评估参数值组确定超压球数目，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中PDOP指标信息；
根据PDOP指标信息和超压球数目确定综合评价值为预设次数的连续减小时，根据待评估参数值建立超压球导航网络。
可选地，对顶层或底层上的超压球进行逐层删减，并在超压球之间的投影边长为最大投影边长时，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定底层收缩长度范围和顶层收缩长度范围，包括：
在投影边长为最大投影边长，底层收缩范围未收缩时，对顶层的超压球进行逐层删减，并根据所述位置信息和空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定最大顶层收缩长度；
在投影边长为最大投影边长，顶层收缩长度为最大顶层收缩长度时，对底层的超压球进行逐层删减，并根据所述位置信息和空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定最小底层收缩长度；
在投影边长为最大投影边长，顶层收缩范围未收缩时，对底层的超压球进行逐层删减，并根据所述位置信息和空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定最大底层收缩长度；
在投影边长为最大投影边长，底层收缩长度为最大底层收缩长度时，对顶层的超压球进行逐层删减，并根据所述位置信息和空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定最小顶层收缩长度。
可选地，从所述底层收缩长度范围、顶层收缩长度范围和投影边长范围中获取待评估参数值组，根据所述待评估参数值组确定超压球数目，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中PDOP指标信息；根据PDOP指标信息和超压球数目确定综合评价值为预设次数的连续减小时，根据待评估参数值建立超压球导航网络，包括：
从所述底层收缩长度范围、顶层收缩长度范围和投影边长范围中获取待评估参数值组；
根据所述待评估参数值组确定超压球数目，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中PDOP指标信息；
根据PDOP指标信息和超压球数目确定初始综合评价值；
将所述待评估参数值组按预设增量进行预设次数的连续更新，并根据更新后的参数值组确定超压球数目，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中PDOP指标信息，根据PDOP指标信息和超压球数目确定更新后的综合评价值；
当更新后的综合评价值为预设次数的连续减小时，根据最后更新的待评估参数值建立超压球导航网络。
第二方面，本发明实施例提供的一种临近空间超压球动态导航网络优化装置，包括：
第一获取模块，用于获取目标区域内的所有网格点的位置信息，以及获取预设于临近空间中目标平流层内的超压球导航网络中各个超压球的空间信息，其中，所述超压球导航网络为双层Y构型网络；
第二获取模块，用于根据所述超压球的空间信息获取所述超压球导航网络的底层覆盖区域和顶层覆盖区域；
计算模块，用于当底层收缩长度和顶层收缩长度为零时，根据所述位置信息和所述空间信息获取目标区域中PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，计算超压球之间的最大投影边长；
确定模块，用于对顶层或底层上的超压球进行逐层删减，并在超压球之间的投影边长为最大投影边长时，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定底层收缩长度范围和顶层收缩长度范围，并根据所述底层收缩长度范围和顶层收缩长度范围确定投影边长范围；
评价模块，用于从所述底层收缩长度范围、顶层收缩长度范围和投影边长范围中获取待评估参数值组，根据所述待评估参数值组确定超压球数目，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中PDOP指标信息；
根据PDOP指标信息和超压球数目确定综合评价值为预设次数的连续减小时，根据待评估参数值建立超压球导航网络。
可选地，所述确定模块，具体用于：
在投影边长为最大投影边长，底层收缩范围未收缩时，对顶层的超压球进行逐层删减，并根据所述位置信息和空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定最大顶层收缩长度；
在投影边长为最大投影边长，顶层收缩长度为最大顶层收缩长度时，对底层的超压球进行逐层删减，并根据所述位置信息和空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定最小底层收缩长度；
在投影边长为最大投影边长，顶层收缩范围未收缩时，对底层的超压球进行逐层删减，并根据所述位置信息和空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定最大底层收缩长度；
在投影边长为最大投影边长，底层收缩长度为最大底层收缩长度时，对顶层的超压球进行逐层删减，并根据所述位置信息和空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定最小顶层收缩长度。
可选地，所述评价模块具体用于：
从所述底层收缩长度范围、顶层收缩长度范围和投影边长范围中获取待评估参数值组；
根据所述待评估参数值组确定超压球数目，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中PDOP指标信息；
根据PDOP指标信息和超压球数目确定初始综合评价值；
将所述待评估参数值组按预设增量进行预设次数的连续更新，并根据更新后的参数值组确定超压球数目，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中PDOP指标信息，根据PDOP指标信息和超压球数目确定更新后的综合评价值；
当更新后的综合评价值为预设次数的连续减小时，根据最后更新的待评估参数值建立超压球导航网络。
由上述技术方案可知，本发明实施例提供的临近空间超压球动态导航网络优化方法及装置，基于超压球双层Y构型在临近空间建立适合多种特定区域场景的超压球动态导航网络，并对动态导航网络中的超压球在动态过程格网点的PDOP不满足要求时通过自适应算法进行动态优化，使之更符合实际，为指定区域提供高精度导航服务，适用于区域的特定导航，但不限区域面积。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的临近空间超压球动态导航网络优化方法的流程示意图；
图2a为本发明一实施例提供的超压球基本构型的结构示意图；
图2b为本发明一实施例提供的超压球基本构型扩展后的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的单个超压球对地覆盖范围示意图；
图4为本发明一实施例提供的超压球运动形成的履带式运动轨迹的示意图；
图5为本发明一实施例提供的超压球构型的投影区域示意图；
图6(a1)和图6(b1)为本发明一实施例提供的未经过动态优化时超压球布置及格网点的PDOP情况示意图；
图6(a2)和图6(b2)为本发明一实施例提供的未经过动态优化时超压球动态变化及格网点的PDOP情况示意图；
图7为本发明一实施例提供的动态优化算法迭代过程曲线图；
图8为本发明一实施例提供的超压球网络动态优化前后的布局示意图；
图9(c1)和图9(d1)为动态调整后第1s时超压球布置及格网点的PDOP情况示意图；
图9(c2)和图9(d2)为动态调整后第1s时超压球布置及格网点的PDOP情况示意图；
图10为本实施例中目标区域为320*320km时动态优化后格网点的PDOP比例情况图；
图11为本实施例中目标区域为320*320km时履带式过程中格网点的PDOP比例情况图；
图12为本实施例中履带式动态优化前后的构型对比图；
图13为本发明实施例提供的临近空间超压球动态导航网络优化装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1示出了本发明一实施例提供一种临近空间超压球动态导航网络优化方法，包括：
S11、获取目标区域内的所有网格点的位置信息，以及获取预设于临近空间中目标平流层内的超压球导航网络中各个超压球的空间信息，其中，所述超压球导航网络为双层Y构型网络。
在本步骤中，需要说明的是，在本发明实施例中，临近空间是指距离地面20-100km的区域，属于空天间的过渡区，包括大部分平流层、全部中间层和部分电离层。临近空间平流层的气流运动相对平稳，气流以水平运动为主，尤其是20-25km高度，温度相对恒定，几乎没有上下对流和涡流。在平流层存在准零风层，而且准零风层上下的水平风向相反。因此，临近空间平流层适于部署低速临近空间飞行器用于导航。故在本实施例中，目标平流层可选在准零风层。
在本发明实施例中，所述超压球导航网络为多组超压球组合体，每组超压球组合体是整个导航网络的基本构型。根据卫星导航原理，用户定位的基本条件是至少有4颗可见的导航卫星。因此，用户也至少需要有4个可见的超压球。超压球导航网络的构型设计从基本构型入手，再根据四重覆盖目标区域的需求不断拓展和调整导航网络。
在本发明实施例中，基本构型设计尤为重要。根据位置精度因子计算原理，比较多种基本构型(如正方形、菱形、平行四边形、长方形等)，可分析得到Y型双层构型(如图2(a)所示)能够产生最佳的定位效果。在图2(a)中，黑色五角星为底层超压球，白色五角星为顶层超压球。为了取得较好的定位效果，提出采用两层Y型网络构型，即：每组超压球组合体包括底层的呈等边三角形的超压球，以及位于顶层的且与等边三角形中心点对应的超压球。
针对广域无缝覆盖的导航服务需求，以双层Y型作为基本构型，同时考虑网络节点复用，从经度、纬度两个方向进行扩展，每扩展一个基本单元，只需要增加2个超压球(如图2(b)所示，ABCD构成一个基本单元，经度方向扩展增加H、G两个超压球，纬度方向扩展增加F、E两个超压球)，这样既能保证超压球导航网络节点的均匀分布，又能降低布局成本。
在本发明实施例中，系统会获取目标区域内的所有网格点的位置信息，以及获取预设于临近空间中平流层内的超压球导航网络中各个超压球的空间信息，上述信息可用于计算目标区域的PDOP(位置精度强弱度)指标。需要说明的是，计算PDOP指标是现有技术手段，目前在卫星定位上经常用到，在本实施例中，超压球与卫星等同，故在本实施例中计算PDOP指标容易实现。
S12、根据所述超压球的空间信息获取所述超压球导航网络的底层覆盖区域和顶层覆盖区域。
在本步骤中，需要说明的是，在本发明实施中，单个超压球的覆盖范围。如图3所示。
受仰角影响，超压球P的覆盖范围半径从β对应的弧长缩短为β’对应的弧长，其计算公式为
图3中，Oe为地心，Re为地球半径，P为超压球所在的位置，h为超压球到地面的距离，S为超压球的星下点，α为仰角，β为不考虑仰角影响时覆盖所对应的半角，β’为受仰角影响实际覆盖范围所对应的半角。
为此，对于双层Y构型网络，可根据所述超压球的空间信息获取所述超压球导航网络的底层覆盖区域和顶层覆盖区域。在这里，空间信息为上述能够计算覆盖区域的信息。
S13、当底层收缩长度和顶层收缩长度为零时，根据所述位置信息和所述空间信息获取目标区域中PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，计算超压球之间的最大投影边长。
在本步骤中，需要说明的是，在本发明实施例中，准零风层上下的纬向风方向相反，因此可利用纬向风实现两层超压球的纬向运动。如图4所示，假设底层节点在西向风作用下自西向东运动，顶层节点在东向风作用下自东向西运动。在高度方向，通过调整超压球的气囊体积大小以改变浮力，实现高度方向的运动。当超压球的气囊体积增加时，浮力增大，导致超压球上升。当超压球的气囊体积减小时，浮力减小，导致超压球下降。根据以上原理，超压球运动形成如图4所示的履带式轨迹。
以超压球网络的任意一个节点为例说明其运动过程。超压球沿A-B-C-D-E-F-A运动，形成一个履带式运动过程。
各个关键节点的运动状态如下：
①超压球到达A点时，向东匀速运动，速度为VLat，高度方向速度为0。
②超压球到达B点时，向东运动的速度仍为VLat，高度方向速度仍为0，向东开始匀减速运动，加速度为aLat，向上开始匀加速运动，加速度为aHt。
③超压球到达C点时，向上的运动速度达到最大值，纬度方向速度为0，向西开始匀加速运动，加速度为aLat，向上开始匀减速运动，加速度为aHt。
④超压球达到D点时，向西匀速运动，速度为VLat，高度方向速度为0。
⑤超压球到达E点时，向西运动的速度仍为VLat，高度方向速度仍为0，向西开始匀减速运动，加速度为aLat，向下开始匀加速运动，加速度为aHt。
⑥超压球到达F点时，向下的运动速度达到最大值，纬度方向的速度为0，向东开始匀加速运动，加速度为aLat，向下开始匀减速运动，加速度为aHt。
对此，在本实施例中，超压球导航动态网络的性能表征涉及5个指标：PDOPAVER、PDOPMSE、PDOPMAX、超压球数目、精度要求。指标具体表征如下：
1)PDOPAVER是指目标区域内所有格网点PDOP值的平均值；
2)PDOPMSE是指目标区域内所有格网点PDOP值的均方差，能够衡量位置精度因子的波动程度，计算公式为：
3)PDOPMAX是指目标区域内所有格网点PDOP值的最大值；
4)超压球数目是指覆盖目标区域的超压球总数；
5)精度要求是指目标区域内所有格网点PDOP值的最低要求。
在满足第5个指标的前提下，分析前4个指标，其值越小越好。由此，将以上5个指标作为对组网构型的评价指标，进行组网构型的设计与优化。
如图5所示，基本构型超压球之间投影地面的边长r，整体在底层收缩长度为conBase，取值范围为[0,rhBase]，顶层的收缩长度为conTop，取值范围为[0,rhTop]。
故在本实施例中，当底层收缩长度和顶层收缩长度为零时，根据所述位置信息和所述空间信息获取目标区域中PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，计算超压球之间的最大投影边长。
S14、对顶层或底层上的超压球进行逐层删减，并在超压球之间的投影边长为最大投影边长时，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定底层收缩长度范围和顶层收缩长度范围，并根据所述底层收缩长度范围和顶层收缩长度范围确定投影边长范围。
在本步骤中，需要说明的是，在本发明实施例中，在超压球整个动态运行过程中，会有部分甚至全部用户未能达到PDOP要求，这个时候就必须对初始布局，或履带模式进行调整。通过分析履带运动模式中布局的变化和变化下格网点的PDOP情况，发现当运动中同一层超压球投影重合时(如图6(a1)、图6(a2)、图6(b1)、图6(b2)所示)，网格点的PDOP最大。在图6(a1)和图6(b1)中：△表示浮空器在25km高度，○表示浮空器在20km高度。在图6(a2)和图6(b2)中：△表示该位置的格网点的PDOP＞2，○表示该位置的格网点的PDOP≤2。
故可以针对运动模式中最恶劣情况优化，从而达到整个运动过程的优化，本步骤S14可采用多参数自适应算法进行参数寻优，具体可包括：
在本发明实施例中，针对步骤S13需要进一步的解释说明，其包括以下步骤：
S141、在投影边长为最大投影边长，底层收缩范围未收缩时，对顶层的超压球进行逐层删减，并根据所述位置信息和空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定最大顶层收缩长度；
S142、在投影边长为最大投影边长，顶层收缩长度为最大顶层收缩长度时，对底层的超压球进行逐层删减，并根据所述位置信息和空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定最小底层收缩长度；
S143、在投影边长为最大投影边长，顶层收缩范围未收缩时，对底层的超压球进行逐层删减，并根据所述位置信息和空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定最大底层收缩长度；
S144、在投影边长为最大投影边长，底层收缩长度为最大底层收缩长度时，对顶层的超压球进行逐层删减，并根据所述位置信息和空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定最小顶层收缩长度。
S135、根据最小底层收缩长度、最大底层收缩长度、最小顶层收缩长度和最大顶层收缩长度确定底层收缩长度范围和顶层收缩长度范围；
S136、根据所述底层收缩长度范围和顶层收缩长度范围确定投影边长范围。
针对上述步骤可以具体实例进行解释说明：
A)conBase、conTop取最小值0时，根据目标区域PDOP的最低要求，结合导航的四重覆盖要求，计算得到L最大值Lmax。
B)根据Lmax、conBasemin取最小值0，通过遍历所有目标点的PDOP情况，逐层删减顶层超压球并保证PDOP要求，确定conTopmax；以Lmax、conTopmax，通过遍历所有目标点的PDOP情况，逐层删减底层超压球并保证PDOP要求，更新conBasemin，此时conBasemin不等于0。
C)以Lmax、conTopmin取最小值0，通过遍历所有目标点的PDOP情况，逐层删减底层超压球并保证PDOP要求，确定conBasemax；以Lmax、conBasemax，通过遍历所有目标点的PDOP情况，逐层删减顶层超压球并保证PDOP要求，更新conTopmin，此时conTopmin不等于0。
D)根据b)、c)，将conBase的取值范围缩小到[conBasemin，conBasemax]，将conTop的取值范围缩小到[conTopmin,conTopmax]。
E)根据conBasemax、conTopmax，确定Lmin，因此将L的取值范围缩小到[Lmin,Lmax]。
在这里需要说明的是，PDOP要求是预设的最低要求，在目前卫星定位领域均按此要求进行PDOP值的评判。
S15、从所述底层收缩长度范围、顶层收缩长度范围和投影边长范围中获取待评估参数值组，根据所述待评估参数值组确定超压球数目，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中PDOP指标信息；根据PDOP指标信息和超压球数目确定综合评价值为预设次数的连续减小时，根据待评估参数值建立超压球导航网络。
在本步骤中，需要说明的是，在本发明实施例中，针对步骤S15进一步的解释说明，如下：
S151、从所述底层收缩长度范围、顶层收缩长度范围和投影边长范围中获取待评估参数值组；
S152、根据所述待评估参数值组确定超压球数目，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中PDOP指标信息；
S153、根据PDOP指标信息和超压球数目确定初始综合评价值；
S154、将所述待评估参数值组按预设增量进行预设次数的连续更新，并根据更新后的参数值组确定超压球数目，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中PDOP指标信息，根据PDOP指标信息和超压球数目确定更新后的综合评价值；
S155、当更新后的综合评价值为预设次数的连续减小时，根据最后更新的待评估参数值建立超压球导航网络。
在L、conTop、conBase三个参数的取值范围内，随机产生初始值x(0)＝(a,b,c)，其中a代表投影边长L，b代表conBase，c代表conTop，若满足精度要求，则记录当前综合评价值F。其中
fi为导航网络的性能指标，包括PDOPAVER、PDOPMSE、PDOPMAX、超压球数目四个指标，δi为4个指标的权重，
若不满足精度要求，则重新产生初始值。
在x(0)基础上获得新的输入参数x(Δ)＝(a+Δa,b+Δb,c+Δc)，其中Δ≥0，若符合迭代更新条件，即能够在满足精度要求的前提下获得更小的评价值F，则更新输入参数。否则改变输入参数
重复上述过程，直到综合评价值连续3次不再减小，收敛到极小值F(x*)，则停止迭代。根据最后一次得到的待评估参数值建立超压球导航网络。
在面向320km*320km服务区域时，优化过程如图7所示。经过动态优化后的动态导航网络构型如图8、图9-(c1、d1、c2、d2)、图10所示。图8为优化前后的构型对比情况。图9为动态调整后第1s和第50000s时的对比情况。图10为优化后的布局在320km*320km目标覆盖区域下的格网点的PDOP情况。
从对比情况可以看出，超压球动态过程中所需要的超压球数目远远大于静态时的超压球数目，这说明在动态路径设计与超压球数目的平衡方面仍是一个值得探索的地方。考虑到对网络成本的影响，将布局中每个超压球在经向的运动里程调整为5km。图11表示在此种运动模式下目标覆盖区域下的格网点的PDOP情况。图12表示通过多参数适应算法优化前后的构型对比情况。具体仿真结果如下表所示：
上表中实验1的结果是未加入超压球运动轨迹时的导航网络构型；实验2的结果是加入如图4所示的超压球“履带式”运动轨迹时的导航构型。在面向东西长320km，南北长320km的服务目标区域，基于超压气球的运动轨迹，进行仿真验证分析，需要33艘超压球。
本发明实施例提供的临近空间超压球动态导航网络优化方法，基于超压球双层构型在临近空间建立适合多种特定区域场景的超压球动态导航网络，并对动态导航网络中的超压球在动态过程格网点的PDOP不满足要求时通过自适应算法进行动态优化，使之更符合实际，为指定区域提供高精度导航服务，适用于区域的特定导航，但不限区域面积。
图13示出了本发明一实施例提供的一种临近空间超压球动态导航网络优化装置，包括第一获取模块21、第二获取模块22、计算模块23、确定模块24和评价模块25，其中：
第一获取模块21，用于获取目标区域内的所有网格点的位置信息，以及获取预设于临近空间中目标平流层内的超压球导航网络中各个超压球的空间信息，其中，所述超压球导航网络为双层Y构型网络；
第二获取模块22，用于根据所述超压球的空间信息获取所述超压球导航网络的底层覆盖区域和顶层覆盖区域；
计算模块23，用于当底层收缩长度和顶层收缩长度为零时，根据所述位置信息和所述空间信息获取目标区域中PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，计算超压球之间的最大投影边长；
确定模块24，用于对顶层或底层上的超压球进行逐层删减，并在超压球之间的投影边长为最大投影边长时，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定底层收缩长度范围和顶层收缩长度范围，并根据所述底层收缩长度范围和顶层收缩长度范围确定投影边长范围；
评价模块25，用于从所述底层收缩长度范围、顶层收缩长度范围和投影边长范围中获取待评估参数值组，根据所述待评估参数值组确定超压球数目，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中PDOP指标信息；
根据PDOP指标信息和超压球数目确定综合评价值为预设次数的连续减小时，根据待评估参数值建立超压球导航网络。
所述确定模块，具体用于：
在投影边长为最大投影边长，底层收缩范围未收缩时，对顶层的超压球进行逐层删减，并根据所述位置信息和空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定最大顶层收缩长度；
在投影边长为最大投影边长，顶层收缩长度为最大顶层收缩长度时，对底层的超压球进行逐层删减，并根据所述位置信息和空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定最小底层收缩长度；
在投影边长为最大投影边长，顶层收缩范围未收缩时，对底层的超压球进行逐层删减，并根据所述位置信息和空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定最大底层收缩长度；
在投影边长为最大投影边长，底层收缩长度为最大底层收缩长度时，对顶层的超压球进行逐层删减，并根据所述位置信息和空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定最小顶层收缩长度。
所述评价模块具体用于：
从所述底层收缩长度范围、顶层收缩长度范围和投影边长范围中获取待评估参数值组；
根据所述待评估参数值组确定超压球数目，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中PDOP指标信息；
根据PDOP指标信息和超压球数目确定初始综合评价值；
将所述待评估参数值组按预设增量进行预设次数的连续更新，并根据更新后的参数值组确定超压球数目，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中PDOP指标信息，根据PDOP指标信息和超压球数目确定更新后的综合评价值；
当更新后的综合评价值为预设次数的连续减小时，根据最后更新的待评估参数值建立超压球导航网络。
由于本发明实施例所述装置与上述实施例所述方法的原理相同，对于更加详细的解释内容在此不再赘述。
需要说明的是，本发明实施例中可以通过硬件处理器(hardware processor)来实现相关功能模块。
本发明实施例提供的临近空间超压球动态导航网络优化装置，基于超压球双层构型在临近空间建立适合多种特定区域场景的超压球动态导航网络，并对动态导航网络中的超压球在动态过程格网点的PDOP不满足要求时通过自适应算法进行动态优化，使之更符合实际，为指定区域提供高精度导航服务，适用于区域的特定导航，但不限区域面积。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。
Claims (10)
1.一种临近空间超压球动态导航网络优化方法，其特征在于，包括：
获取目标区域内的所有网格点的位置信息，以及获取预设于临近空间中目标平流层内的超压球导航网络中各个超压球的空间信息，其中，所述超压球导航网络为双层Y构型网络；
根据所述超压球的空间信息获取所述超压球导航网络的底层覆盖区域和顶层覆盖区域；
当底层收缩长度和顶层收缩长度为零时，根据所述位置信息和所述空间信息获取目标区域中PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，计算超压球之间的最大投影边长；
对顶层或底层上的超压球进行逐层删减，并在超压球之间的投影边长为最大投影边长时，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定底层收缩长度范围和顶层收缩长度范围，并根据所述底层收缩长度范围和顶层收缩长度范围确定投影边长范围；
从所述底层收缩长度范围、顶层收缩长度范围和投影边长范围中获取待评估参数值组，根据所述待评估参数值组确定超压球数目，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中PDOP指标信息；
根据PDOP指标信息和超压球数目确定综合评价值为预设次数的连续减小时，根据待评估参数值建立超压球导航网络。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对顶层或底层上的超压球进行逐层删减，并在超压球之间的投影边长为最大投影边长时，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定底层收缩长度范围和顶层收缩长度范围，包括：
在投影边长为最大投影边长，底层收缩范围未收缩时，对顶层的超压球进行逐层删减，并根据所述位置信息和空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定最大顶层收缩长度；
在投影边长为最大投影边长，顶层收缩长度为最大顶层收缩长度时，对底层的超压球进行逐层删减，并根据所述位置信息和空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定最小底层收缩长度；
在投影边长为最大投影边长，顶层收缩范围未收缩时，对底层的超压球进行逐层删减，并根据所述位置信息和空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定最大底层收缩长度；
在投影边长为最大投影边长，底层收缩长度为最大底层收缩长度时，对顶层的超压球进行逐层删减，并根据所述位置信息和空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定最小顶层收缩长度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，从所述底层收缩长度范围、顶层收缩长度范围和投影边长范围中获取待评估参数值组，根据所述待评估参数值组确定超压球数目，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中PDOP指标信息；根据PDOP指标信息和超压球数目确定综合评价值为预设次数的连续减小时，根据待评估参数值建立超压球导航网络，包括：
从所述底层收缩长度范围、顶层收缩长度范围和投影边长范围中获取待评估参数值组；
根据所述待评估参数值组确定超压球数目，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中PDOP指标信息；
根据PDOP指标信息和超压球数目确定初始综合评价值；
将所述待评估参数值组按预设增量进行预设次数的连续更新，并根据更新后的参数值组确定超压球数目，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中PDOP指标信息，根据PDOP指标信息和超压球数目确定更新后的综合评价值；
当更新后的综合评价值为预设次数的连续减小时，根据最后更新的待评估参数值建立超压球导航网络。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述超压球导航网络为多组超压球组合体，每组超压球组合体包括底层的呈等边三角形的超压球，以及位于顶层的且与等边三角形中心点对应的超压球。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述综合评价值的计算公式包括：
6.一种临近空间超压球动态导航网络优化装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取目标区域内的所有网格点的位置信息，以及获取预设于临近空间中目标平流层内的超压球导航网络中各个超压球的空间信息，其中，所述超压球导航网络为双层Y构型网络；
第二获取模块，用于根据所述超压球的空间信息获取所述超压球导航网络的底层覆盖区域和顶层覆盖区域；
计算模块，用于当底层收缩长度和顶层收缩长度为零时，根据所述位置信息和所述空间信息获取目标区域中PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，计算超压球之间的最大投影边长；
确定模块，用于对顶层或底层上的超压球进行逐层删减，并在超压球之间的投影边长为最大投影边长时，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定底层收缩长度范围和顶层收缩长度范围，并根据所述底层收缩长度范围和顶层收缩长度范围确定投影边长范围；
评价模块，用于从所述底层收缩长度范围、顶层收缩长度范围和投影边长范围中获取待评估参数值组，根据所述待评估参数值组确定超压球数目，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中PDOP指标信息；
根据PDOP指标信息和超压球数目确定综合评价值为预设次数的连续减小时，根据待评估参数值建立超压球导航网络。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述确定模块，具体用于：
在投影边长为最大投影边长，底层收缩范围未收缩时，对顶层的超压球进行逐层删减，并根据所述位置信息和空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定最大顶层收缩长度；
在投影边长为最大投影边长，顶层收缩长度为最大顶层收缩长度时，对底层的超压球进行逐层删减，并根据所述位置信息和空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定最小底层收缩长度；
在投影边长为最大投影边长，顶层收缩范围未收缩时，对底层的超压球进行逐层删减，并根据所述位置信息和空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定最大底层收缩长度；
在投影边长为最大投影边长，底层收缩长度为最大底层收缩长度时，对顶层的超压球进行逐层删减，并根据所述位置信息和空间信息获得目标区域中的PDOP指标信息，当PDOP指标信息满足预设要求时，确定最小顶层收缩长度。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述评价模块具体用于：
从所述底层收缩长度范围、顶层收缩长度范围和投影边长范围中获取待评估参数值组；
根据所述待评估参数值组确定超压球数目，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中PDOP指标信息；
根据PDOP指标信息和超压球数目确定初始综合评价值；
将所述待评估参数值组按预设增量进行预设次数的连续更新，并根据更新后的参数值组确定超压球数目，根据所述位置信息和所述空间信息获得目标区域中PDOP指标信息，根据PDOP指标信息和超压球数目确定更新后的综合评价值；
当更新后的综合评价值为预设次数的连续减小时，根据最后更新的待评估参数值建立超压球导航网络。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述超压球导航网络为多组超压球组合体，每组超压球组合体包括底层的呈等边三角形的超压球，以及位于顶层的且与等边三角形中心点对应的超压球。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述综合评价值的计算公式包括：
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