临近空间浮空器区域覆盖布局优化问题

临近空间浮空器区域覆盖布局优化问题

雍富伟

中国电子科技集团公司第三十八研究所 安徽合肥 230088

摘要：想要在浮空器区域布局空化过程当中，以最小的代价而获取最高的收益，就需要针对于布局优化过程当中多个目标，通过数学模型对其进行规划以及设计，从而在规划设计过程当中引用了浮空器区域覆盖优化算法，根据预先设计好的位置以及浮空器所具备的覆盖能力，建造出初始种群，从而防止进化过慢或者是交叉的现象。

关键词：空间浮空器；区域覆盖；布局优化

做好空间浮空气区覆盖布局优化问题，其主要涉及到设施选址的问题，而这一问题一向作为运筹学以及管理科学这两项学科研究的重点。在研究过程当中，有关的研究人员进一步的考虑了未被服务的需求点以及总成本最低，并且建立起了一个预定目标模型，并且对该模型通过使用加权法来求出其值，并且根据动态规划直接的将多个目标优化模型进一步的分解成两个模型。从而能够获取最优解而来进行布局优化过程当中，可以通过建立多目标的优化模型，使用有关的算法并且考虑到决策者具体需求，而求出最优解。

一、对于临近空间的概述

临近空间值得就是在空气当中高度约为20千米到100千米之间的一个区域，其主要的包括中间层区域，部分电力层区域以及大气平流层区域。而如今科学技术在不断取得新的突破，海陆空三种区域的空间资源已经逐步的投入到使用当中，而未来的战略发展方向逐渐的朝着一体化的方向发展。而作为重要战略空间资源的临近空间，对于其内部的更好的一些资源进行开发，就需要根据其气象条件较为稳定以及具有良好的电磁特性的特点，将浮空器广泛的应用于军事勘查以及民用通信还有区域监测等多种领域当中。将浮空器应用于临近空间当中，能够更好的对临近空间当中的多种空间面积资源进行开采，因为相比于飞机，浮空器能够在临近空间当中滞留更长的时间，并且能够实现定点驻留，同时在勘测过程当中具备有更广的覆盖面积等优点。而针对于探测卫星，浮空器具备有更高的安全性能，而在临近空间资源探索中使用浮空器，具备有更高的性价比，同时还具有更好的探测能力。

无论是在航空航天领域还是在民用领域中，如今我国快速的发展。而在临近空间探测过程当中，如果准确的掌握临近空间区域内部的态势，就具备有更为重要的战略目的，而这就需要对于临近空间当中的目标进行精确探测以及定位，从而更好的掌握临近空间内部的区域态势。而这就需要在临近空间资源探测时使用配备有信号接收器浮空器，从而更为方便的准确的探测到预定的目标，同时也因为浮空器能够进行定点侦查，而通过在浮空器当中所配备的侦探设备，能够对于低空以及超低空的目标进行准确的侦探。又因为浮空器具备有更好的高度优势，相比于地面上的雷达具有更远的探测距离，因此其能够更好的探测预定的目标，就能够对于临近空间的状态进行实时的监控，也具备有更高的灵敏度。

二、空间浮空器区域覆盖布局优化问题的有关模型

对于在临近空间区域覆盖布局优化过程当中所出现的有关问题，使用数学观察模型，可以通过以多种具备有不同覆盖性能的空间浮空器，进一步的覆盖一定区域当中不均匀分布的多个目标，并且制定出有关的布局方针，通过进一步的探测各种浮空器的数量以及覆盖范围来进行判断，从而满足一些设定的覆盖要求，并且根据实际的约束条件进行覆盖。

1 多浮空器区域覆盖布局优化问题模型

进一步的描述多浮空器区域覆盖布局优化问题，主要的是针对于一定区域当中上空零散分布的多个目标进行覆盖，就需要使用多种级别有不同覆盖性能的浮空器，同时还有根据目标分布的具体位置，进一步的判断出浮空器分散的布局以及方法，从而进一步的满足浮空器数量上的约束条件。使得浮空器满足覆盖的具体要求，在对于浮空器覆盖进行布局优化过程当中，还要考虑到约束条件，应当保证一定区域内当中一个分散的目标只能分配给一个浮空器，因为即使是多个浮空器覆盖一个目标也并不能产生额外的收益，不能够获取更多的有意义信息。而这就需要对浮空器的覆盖能力进行约束，约束的主要对象是对于其数量进行约束。

2 对于多浮空器覆盖过程当中的进化算法进行分析

想要更深入的对浮空器区域覆盖优化过程当中的进化算法进行分析，就需要确定一个覆盖优化问题。考虑到在浮空器覆盖已趋于当中的覆盖特点下，进一步的保证问题的解，就需要利用染色体数据结构来表明，针对于浮空器类覆盖目标实验以及某一类的单个浮空器目标序列，还有目标系列进行分析。通过使用染色体数据结构，进一步的将以上三个目标分为多个集合而进行覆盖。除此之外，还需要分析初始中心的构造直接的影响到算法的基本性能，而在初始种群构造的过程当中还需要充分的考虑到浮空器在一定区域内数量上的约束以及其具备的覆盖能力，通过选取以及构造二者相结合的方式而产生出一个初始种群。这样就能够在进一步的在侦查一定领域当中的多个目标时将多个浮空器排布位置排列为一个圆形，而以目标的位置作为圆心，使多个浮空器覆盖区域作为多个圆之间的交集，进一步的做好覆盖排布。而达到预期的覆盖要求时，为了保障在覆盖过程当中染色体的有效性，就需要进一步的构造出差异函数，将冗余任务以及缺少的任务罗列出来，并且对该任务进行删除及插入而完成整体的覆盖。

3 变异算子

变异算子的出现能够使得所构建出来的初始种群出现新鲜的要素，而使初始种群更具有多样性，而在实际演绎算法的过程当中，应当保持着不破坏较好的模式作为原则，从而在进化算法当中插入一些变异的算子，或者是将变异算子移出来，从而更好的对于一定区域内部的目标进行空间搜索，而在变异算子的插入以及移除过程当中，还必须保证之后的浮空器个体仍然满足浮空器数量上的约束条件。

4 做好种群更新换代

在构建好初始种群之后，进一步的保证算法的基本性能，就需要通过使用领域密度的方法，进一步的保证所得的最终结果具备有一定的多样性，并且通过对于种群的密度进行估计，对于一定领域当中的目标函数进行评估，判断领域密度，同时以一个特定的指标进一步的保证评估之后的结果。而根据评估的只可以看出在一定区域密度以及非劣解的数量之间有着一定的关系，如果外部的中间规模比非劣解的数量更少，通过对于逻辑进行更新，能够直接的将一些最大密度剔除出来，而达到种群更新的目的。

三、结束语

本文当中主要是通过将浮空器应用于临近空间内部资源探测过程，实现区域内的覆盖，同时对于覆盖的布局进行优化的问题。同时还通过对于数控器在临近空间区域布局中进行优化的数学模型进行分析，而该数学模型则主要的罗列了在浮空器的建设成本以及覆盖能力之间的矛盾，力求能够以最低的投入而获取更大的收益，简要的描述了在布局优化过程中的本质，通过找寻问题的最优解，进一步的验证了有关数学模型及算法的有效性。

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