Page 71 - 《武汉大学学报（信息科学版）》2025年第9期

第 50 卷第 9 期 王 楠等：兼顾测距和通信需求的导航星座激光星间链路规划 1799

图 10 过渡态通信时延
Fig. 10 Communication Delay in Transition State

图 8 卫星建链数量 5 结 语
Fig. 8 Number of Laser Links Established by Satellites
本文首先建立了兼顾导航星座星间测距和
通信需求的激光星间链路多目标规划模型，规划
模型中除了考虑传统的可见性、链路体制、链路
终端数量约束外，还引入了链路过渡态拓扑边连
通度约束，在保证稳态测距和通信性能的同时，
实现链路过渡态的星座整网连通。进一步提出
了基于 NSGA-II 算法的链路拓扑多目标优化算
法，设计了复杂约束下的遗传操作实现方法。最
后针对全球导航星座的激光星间链路规划问题
进行了仿真分析。将 NSGA-II 算法与 MOSA 算
图 9 稳态拓扑性能 法进行了对比，NSGA-II 生成的拓扑最优解集能
Fig. 9 Topological Performance in Steady States 够 支 配 MOSA 算 法 生 成 的 最 优 解 ，且 NSGA-II
算法能够稳定收敛，更加适合于求解激光链路的
小约为 1.9；同时，导航星座与地面站通信时延指
多目标优化问题；并利用 NSGA-II 算法对 7 天内
标的最大值约为 0.34 s，最小值约为 0.14 s，表明 所有周期的激光链路进行规划，在 NSGA-II 综合
稳态下的激光链路网络保持了良好的星间测距 最优解对应的稳态激光链路拓扑中，每颗星的最
几何构型以及与地面站的通信效率。 少 建 链 数 量 为 3，95% 卫 星 建 链 数 量 为 4，测 距
本文的链路规划模型中，通过增加过渡态拓 PDOP 为 1.9~3.2，通信时延为 0.14~0.34 s；过渡

扑的边连通度约束来保证导航星座的整网连通 态的通信时延为 0.14~0.43 s。仿真结果表明，激
和与地面监测站的通信。为对比过渡态通信性 光链路规划方法能够实现链路稳态下的星间高
能的改善，在不考虑边连通度约束式（8）的情况 效通信以及过渡态下的星座整网连通，同时提供
下，同步进行各周期的链路拓扑优化。图 10 为链 少量的星间高精度测距信息。但在激光链路体
制约束下，卫星之间需要在链路周期内维持固定
路过渡态下导航星座对地面站的通信时延。在
拓扑，且链路数量受到激光终端数量的限制，难
不考虑过渡态边连通度约束的情况下，各个周期
以满足导航星座空间基准维持需求。在本文所
过渡态下导航星座与地面站的通信时延指标均
建立的测距、通信性能综合最优激光链路拓扑基
为无穷大，即至少有一颗境外卫星不存在到境内
础上，下一步将考虑微波链路的最优规划问题，
卫星的通信路由。当增加过渡态网络边连通度
以 进 一 步 提 升 导 航 星 座 激 光/微 波 混 合 链 路
约束后，实现了过渡态下星座的整网连通，保证
性能。
了所有境外星到境内星的星间通信。通信时延
参 考 文 献
指标的最大值约为 0.43 s，略差于稳态性能，而最
小值约为 0.14 s，与稳态指标相当。 ［1］ XIE X， GENG T， ZHAO Q L， et al. Precise Orbit