一种基于有向图优化技术的卫星电缆最短路径规划方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于有向图优化技术的卫星电缆最短路径规划方法，即一种基于 有向图优化技术的卫星电缆最短路径确定方法，可W在所有卫星电缆规划设计过程中推广 应用。
【背景技术】
[0002] 卫星电缆网作为电气系统不可缺少的重要组成部分，用于实现整星电子设备间、 卫星与地面测试设备、卫星与运载火箭等的电性连接，担负着供配电和各类电信号传输任 务，是卫星的"中枢神经和血液循环系统"。同时，电缆网研制又是一项特殊工作，它跨越了 信息、电子和机械等多个领域，在设计中还要综合考虑生产、装配等多方面约束。
[0003] 近年来，随着卫星设计及制造技术的高速发展，星上设备数量剧增，设备布局日益 紧凑，导致电缆网走向空间狭小；而供电需求及信号需求激增，却使电缆网复杂程度却不断 提升。运无疑使得电缆网研制的难度越来越大。卫星传统的基于二维图纸设计电缆路径、 木模取样确定电缆长度的电缆网设计模式，已经深深阻碍了电缆网研制水平的提高。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的技术问题为：克服现有技术的不足，提供了一种基于有向图优化技 术的卫星电缆最短路径规划方法，该方法使用卫星布局中每个电缆绑扎节点的空间位置、 任意两个电缆绑扎节点的连通关系作为输入，形成电缆路径初始有向图，利用有向图最短 路径算法，计算出电缆最短路径距离矩阵及任意两个电缆绑扎节点间的最短路径节点序 列。此方法完成了卫星电缆最短路径设计及最短路径下电缆长度计算，可W满足卫星电缆 设计中电缆走向路径规划优化需求。
[0005] 本发明解决的技术方案为：一种基于有向图优化技术的卫星电缆最短路径规划方 法，步骤如下：
[0006] (1)设定卫星布局中每个电缆绑扎节点的空间位置Pi化，Yi，Zi)，i表示节点序号， 卫星坐标系定义为坐标系原点为星箭分离面中屯、，X轴指向卫星飞行方向，Z轴指向地屯、方 向，Y轴符合右手定则，Xi、Yi、Zi分别表示卫星坐标系下的电缆绑扎节点在X、Y、Z轴上的坐 标，单位为mm,i= 1···η,η为正整数
[0007] 似设定卫星布局中任意两个电缆绑扎节点的连通关系Ρ。，i，j表示节点序号，设 定Pi,= 1表示第i号节点与第j号节点间是连通的，说明电缆走向通过此路径；设定Pi,= 0表示第i号节点与第j号节点间是不连通的，说明电缆走向无法通过此路径；j= 1…n， η为正整数 阳00引 做根据步骤（1)的Pi狂1，Yi，Zi)和步骤似设定的Pii，确定电缆路径初始有向 图N，N为ηΧη矩阵，η为所有节点数量，即电缆路径初始有向图N中的元素Nij定义为：当i=j时，Nii= 0,即序号为i和j的两个节点连通；当i声j时，如果步骤似中的Pii= 0 则设定Nii= +C-，即序号为i和j的两个节点不连通；如果步骤似中的P。= 1则N。= (狂ι-Χ，)2+(Υι-Υ,)2+狂i-Z,)2)°'5,狂,，γ,，Z,)为矩阵中i声j时的任一元素在卫星坐标系下 的节点坐标；
[0009] (4)根据步骤（3)的电缆路径初始有向图\,，确定电缆路径最短距离矩阵S，S为 ηΧη矩阵，S中的矩阵元素为Si,，设定矩阵S的初始值与步骤（3)中电缆路径初始有向图N的初始值相同；S中的矩阵元素Sii定义为：取序号为m的任意节点，直至遍历所有节点，当 Su>Nim+Nm.财，N 的值赋予SU;当S1j《Nim+Nm.财，保持S1i的值不变，m= 1…η,η为 正整数，
[0010] 妨根据步骤（4)电缆路径最短距离矩阵S，确定任意两节点i，j间的最短路径Li, 的步骤如下： 柳川 （a)设定L。为节点序列的集合，LU初始为（i，_]·); 阳〇1引 化）设定kp为I、jW外的节点序号，且Pe(1,U);klE(1,η)，从k1= 1开始，遍 历（1，η)，将Sii与Siki+Sku相比较，当SSiki+Ski.财，Li/变为（i，k1，_]·)，进入步骤（c); 当ki遍历（1，n)，Si.卢Siki+Ski.j时，得到最终结果Lu为（i, _j); 阳OU] (c)k2e(1,n)，从k2= 1 开始，遍历（1，n)，将Siki与Sik2+Sk2ki相比较，当S化1=Sik2+Sk2kl时，Li，变为（i，k2，ki，j)，进入步骤（d);当k2 遍历（1，〇)，51"声811^2+51^21^时，得到 最终结果Lii为（i，k1，j); 阳 014] (d) W此类推，kpG (1，η)，从kp= 1开始，遍历（1，η)，当Sik(p 1)= Sikp+Skpk(p 1)时， 得到最终结果Lij为（i, kp,kp 1... kz, ki, j);当kp遍历（1，η)，S ik(p 1)* Sikp+Skpk(p 1)时，得到最 终结果L。为（i, kp1. . . kz, ki, _]'）；最终得到任意两节点i，j间的最短路径L。，ki= 1···η, η 为正整数屯=1···η，η为正整数，kp= 1···η，η为正整数。
[0015] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0016] (1)本发明的电缆路径规划设计方法适用于所有卫星平台电缆设计过程；
[0017] (2)本发明通过步骤（3)的形成电缆路径初始有向图的技术方案，和现有的二维 图纸人工设计电缆路径技术方案相比，将电缆路径设计问题转换为数学中的图论问题，利 用数学方法代替人工方法解决问题，提高了效率。
[00化]做本发明通过步骤（4)的电缆路径最短距离矩阵的技术方案，和现有的卫星1 : 1木制模型人工电缆长度取样相比，利用数学计算方法代替了人工取样方法，相对人工木模 取样设计，取消了木模制作、减少了人力成本、保证了电缆研制质量。
[0019] (4)本发明通过步骤巧）的电缆最短路径节点序列的技术方案，和现有人工二维 图纸设计相比，利用数学计算方法保证得出的电缆路径从理论上为最优解，相对人工二维 图纸设计，减少了设计时间、保证了设计质量；
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的方法流程图。
【具体实施方式】
[0021]本发明的基本思路为：提供一种基于有向图优化技术的卫星电缆最短路径规划方 法，针对卫星电缆路径设计问题该方法使用卫星布局中每个电缆绑扎节点的空间位置、任 意两个电缆绑扎节点的连通关系作为输入，形成电缆路径初始有向图，利用有向图最短路 径算法，计算出电缆最短路径距离矩阵及任意两个电缆绑扎节点间的最短路径节点序列。 此方法完成了卫星电缆最短路径设计及最短路径下电缆长度计算，可W满足卫星电缆设计 中电缆走向路径规划优化需求，本发明方法中的最短路径求解方法，得出的电缆路径从理 论上确保为最优解，相对W往采用1 :1卫星平台木制模型、人工按照电缆设计路径二维图 纸进行实际电缆长度取样，减少了设计时间、保证了设计质量。
[0022] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，如图1所示，一种基于 有向图优化技术的卫星电缆路径规划方法，步骤如下：
[002引 （1)设定卫星布局中每个电缆绑扎节点的空间位置Pi化，Yi，Zi)，i表示节点序号， 卫星坐标系定义为坐标系原点为星箭分离面中屯、，X轴指向卫星飞行方向，Z轴指向地屯、方 向，Y轴符合右手定则，Xi、Yi、Zi分别表示卫星坐标系下的电缆绑扎节点在X、Y、Z轴上的坐 标，单位为mm,i= 1···η,η为正整数
[0024] 似设定卫星布局中任意两个电缆绑扎节点的连通关系Ρ。，i，j表示节点序号，设 定Pi,= 1表示第i号节点与第j号节点间是连通的，说明电缆走向通过此路径；设定Pi,= 0表示第i号节点与第j号节点间是不连通的，说明电缆走向无法通过此路径；j= 1…n， η为正整数
[0025] 步骤（1)、（2)的目的是给出电缆路径设计方法的输入条件，包括电缆绑扎节点 的空间位置和连接关系。
[0026] 做根据步骤（1)的Pi狂1，Yi，Zi)和步骤似设定的Pii，确定电缆路径初始有向 图N，N为ηΧη矩阵，η为所有节点数量，即电缆路径初始有向图N中的元素Nij定义为：当 i=j时，Nii= 0,即序号为i和j的两个节点连通；当i声j时，如果步骤似中的Pii= 0 则设定Nii= +C-，即序号为i和j的两个节点不连通；如果步骤似中的P。= 1则N。= (化-Xj)2+化-Yj)2+化-Zj)T5,狂i，Yj，Zj)为矩阵中i声j时的任一元素在卫星坐标系下 的节点坐标；
[0027] 步骤（3)的目的是通过电缆路径初始有向图反映任意两个电缆绑扎节点间的初 始路径距离。
[0028] 通过步骤（3)的形成电缆路径初始有向图的技术方案，和现有的二维图纸人工设 计电缆路径技术方案相比，将电缆路径设计问题转换为数学中的图论问题，利用数学方法 代替人工方法解决电缆路径设计问题。
[0029] (4)根据步骤（3)的电缆路径初始有向图\,，确定电缆路径最短距离矩阵S，S为 ηΧη矩阵，S中的矩阵元素为