一种基于介数中心度的航天器复杂电缆拆分方法与流程

专利检索2025-10-06  9


本发明涉及一种基于介数中心度的航天器复杂电缆拆分方法,涉及航天器电缆设计。


背景技术:

1、航天器电缆网作为航天器的重要组成部分,承担了航天器内设备间功率和信号传输的任务,其构成包括电缆、电连接器等。

2、由于航天器设备接口设计的限制,在配电设备端通常一个电连接器会同时包含向多台设备供电的接口,遥测遥控设备也与之类似;在被服务设备端,由于设备面板的限制一个连接器内又可能会同时包含供电、遥测、遥控等多类接口,造成设备间的互联关系相互耦合,导致一根电缆上出现很多分支。

3、分支过于复杂会对电缆的加工、测试、敷设带来相应困难,因此对于过于复杂的电缆,需要在设计时进行拆分,通过中间增设转接插头的方式将复杂电缆拆分为两根或更多更简单的电缆,降低电缆的复杂程度。传统的设计方法中,拆分方案的选择都依赖设计师的经验,效率较低。


技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是:基于航天器电缆的数学表述方法,自动实现航天器复杂电缆的合理拆分,提高航天器电缆网设计的效率。

2、本发明解决技术的方案是:一种基于介数中心度的航天器复杂电缆拆分方法,包括:

3、(1)根据电缆中连接器的互联关系,采用无向图建立电缆的数学模型,以连接器作为无向图中的节点,以直接互联的关系构建无向图的边,采用邻接矩阵对无向图进行数学表述;

4、(2)计算无向图中所有边的介数中心度;

5、(3)根据预设的允许同时打断的边数和允许进行试算的最大次数,按照边的介数中心度计算结果自高向低进行组合选取打断点,得到试算最大次数个拆分方案;针对每个拆分方案均执行如下操作:

6、在无向图的邻接矩阵中移除作为打断点的边,即将相应边的数值设置为无穷大,得到新的邻接矩阵;

7、针对新的邻接矩阵计算所有节点间的距离,产生电缆的距离矩阵,判断是否存在节点间的距离为无穷大的情况,若存在,则证明当前方案能够实现电缆的拆分;保留该方案,进入步骤(4),若不存在,直接进入步骤(4);

8、(4)判断保留的方案数量是否满足要求,若满足,则转步骤(5),否则,返回步骤(3)增加允许同时打断的边数和试算的最大次数;

9、(5)对保留方案的距离矩阵中所有的不是无穷大的数据求和,即对拆分后的电缆的各个部分内部的节点间总距离求和,选取和最小的一组或几组作为电缆拆分的方案。

10、优选的,步骤(1)中的邻接矩阵为

11、

12、其中,dij表示i连接器和j连接器间的关系,若两个接插件直接互联,则dij=k,表示无向图中的一条边,k>0;若i=j,则dij=0;若两个接插件不直接相连,则dij=∞;电缆所有连接器为v{1,2,3,4,…,n},e代表无向图的边。

13、优选的,介数中心度的定义为:在无向图g(v,e)中,v表示节点,e表示边,δst表示边s与边t之间的最短路径数,δst(u)表示边s与边t之间的最短路径经过边u的条数,边u的介数中心度表示为:

14、

15、优选的,所述距离矩阵为:

16、

17、其中dij表示节点i与j之间的距离,如果无向图本身是连通的,则最后计算结束d中所有数值均不为∞。

18、优选的,按照边的介数中心度计算结果自高向低进行组合选取打断点包括:

19、将所有边的介数中心度从高到低进行排序;

20、按照允许同时打断的边数,从上述排序中按原则确定边的组合方式,从中选取最大次数个组合方式并确定组合方式中每个边的打断点;

21、所述原则为:将组合方式中所有边的介数中心度之和进行排序,按顺序选取最大次数个组合方式。

22、优选的,允许同时打断的边数、允许进行试算的最大次数限制由人为设置。

23、优选的,允许进行试算的最大次数在允许同时打断的边数×总边数所得数值的0.2~0.5倍之间选取。

24、优选的,允许同时打断的边数一般选取1~3。

25、优选的,dij根据电缆长度、导线根数设置为自定义的权重,自定义设置如下:

26、

27、其中pij为i连接器到j连接器的电缆长度,pmax为电缆长度最大值,m为系数,取值0或1;

28、qij为i连接器到j连接器的电缆中导线根数,qmax为导线根数最大值,n为系数,取值0或1。

29、本发明与现有技术相比的有益效果是:

30、本发明通过数学方法自动选取可以实现打断的边,降低了传统设计方法中对设计师经验的依赖,在复杂电缆设计中有效的提升了效率。

31、本发明通过介数中心度自高到低进行试算的方式,有效降低了总体的计算量,大幅提升了计算速度。

32、本发明提出了通过衡量拆分后电缆内部节点间总距离的方式比较电缆复杂度的方法,量化了不同拆分方案之间的优劣。



技术特征:

1.一种基于介数中心度的航天器复杂电缆拆分方法,其特征在于包括:

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(1)中的邻接矩阵为

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:介数中心度的定义为:在无向图g(v,e)中,v表示节点,e表示边,δst表示边s与边t之间的最短路径数,δst(u)表示边s与边t之间的最短路径经过边u的条数,边u的介数中心度表示为:

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述距离矩阵为:

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:按照边的介数中心度计算结果自高向低进行组合选取打断点包括:

6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:允许同时打断的边数、允许进行试算的最大次数限制由人为设置。

7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:允许进行试算的最大次数在允许同时打断的边数×总边数所得数值的0.2~0.5倍之间选取。

8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:允许同时打断的边数选取1~3。

9.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:dij根据电缆长度、导线根数设置为自定义的权重,自定义设置如下:


技术总结
一种基于介数中心度的航天器复杂电缆拆分方法,采用无向图建立电缆的数学模型,以连接器作为无向图中的节点,以直接互联的关系构建无向图的边,采用邻接矩阵对无向图进行数学表述;计算无向图中所有边的介数中心度;根据预设的允许同时打断的边数和允许进行试算的最大次数,按照边的介数中心度计算结果自高向低进行组合选取打断点,得到试算最大次数个拆分方案;针对每个拆分方案通过距离矩阵判断是否能够拆分,保留能够拆分的方案;对保留方案的距离矩阵中所有的不是无穷大的数据求和,即对拆分后的电缆的各个部分内部的节点间总距离求和,选取和最小的一组或几组作为电缆拆分的方案。

技术研发人员:赵冰欣,崔波,刘震,刘艳丽,王森,张晓晨,陈昕,刘成,刘亚利,李小飞
受保护的技术使用者:中国空间技术研究院
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
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