基于合同网的多卫星态势感知系统分布式任务规划方法与流程

1.本发明涉及卫星态势感知的技术领域，尤其是基于合同网的多卫星态势感知系统分布式任务规划方法。


背景技术：

2.随着各国航天技术不断发展与壮大，空间资源成为军事领域中最宝贵的战略资源。空间态势感知即通过各种监视手段实现对空间目标的跟踪测量、整个空间状态和形式的监视、滞留在空间目标的可视化探测，为空间作战及防御提供决策依据，是保持空间优势的首要条件，是所有空间行动的基础。强大的空间态势感知能力是空间安全、空间资源开发以及确保国家安全的核心能力。
3.空间态势感知系统可分为综合式单星系统与多星系统，后者具备空间大范围及立体综合观测的优势，是未来的发展趋势。由多个具有不同任务载荷的无人系统组成的异构态势感知系统，最大范围的监视并可覆盖多个频段，实现多种监视功能，并突出实时跟踪、广空域、宽时域、全天候的监视性能要求。
4.现有多星空间态势感知系统(下称“多星感知系统”)可分为集中式与分布式两类。集中式多星感知系统，由一个集中式控制器控制整个系统，是一种规划与决策的自上而下式的层次控制结构，位于最高层的集中式控制器承担了全部的智能决策义务。集中式系统的协调性较好，但实时性、动态性较差，对环境变化响应能力差。分布式多星系统具有分布的层次结构，可视为多个集中式结构的联合。采用分布式结构可充分利用分布式协调算法进行任务分配和系统重构，此类算法可提升系统性能和鲁棒性，消除通信瓶颈问题，以及进行分布式计算提升多任务下协商分配效率。
5.空间目标种类、数量较多，无论平时和战时都具有对空间目标监视和态势感知需求，空间目标探测和监视的手段也呈现多样性。在空间态势感知任务中，感知卫星与监视目标为多对多的关系，单个感知卫星可同时跟踪多个目标，但由于监视资源受到空间位置和俯仰方位调整范围的影响，其监视区域是有限的，通常不能对目标实施全程跟踪和监视。合理选择现有资源、配合各种监视手段，在其监视范围内对目标进行监视，成为态势感知的重点及难点。
6.以航天器、空间武器以及“太空垃圾”此类易变物体为主要监视对象的空间态势感知，导致了其往往具有很强的任务突发性。突发任务还常带有紧急执行的属性，传统分布式协调算法，虽利用分布式计算加快卫星之间协商谈判进程，但对于突发任务多发性、感知卫星异构性仍未很好的解决此问题。如何在多星感知系统中突发任务的分配成为态势感知中的核心问题。


技术实现要素：

7.本发明提出基于合同网的多卫星态势感知系统分布式任务规划方法，可解决空间态势感知中多卫星多任务且存在多突发性的任务分配问题。
8.本发明采用以下技术方案。
9.基于合同网的多卫星态势感知系统分布式任务规划方法，所述合同网包括全局规划层、紧急规划层、局部规划层；所述方法包括以下步骤：
10.步骤一、全局规划层包括全局主管卫星，全局主管卫星将感知目标和卫星划分多个集群，并指定每个卫星集群中的特定卫星为局部主管卫星；
11.步骤二、全局主管卫星基于合同网协约对感知任务进行招标，各卫星集群中的局部主管卫星进行任务投标；
12.步骤三、全局主管卫星接收到预定的全部投标结果或者投标截止期到期之后，通过将代价函数最小化，进行感知目标集群与卫星集群之间的匹配；
13.步骤四、局部规划层是全局规划层划分好的每一个卫星集群和其对应感知任务集群构成的任务执行子空间，包括局部主管卫星，局部主管卫星基于合同网协约对感知任务进行招标，卫星集群内的从属卫星对任务进行投标；
14.步骤五、局部主管卫星接收到预定的全部投标结果或者投标截止期到期之后，将局部感知目标分配至局部卫星；
15.步骤六、紧急规划层包括紧急任务主管卫星，紧急规划层以事件触发方式运行，当出现突发任务，紧急任务主管卫星将突发任务分配至各局部规划层；
16.步骤七、紧急主管卫星指定突发任务在局部任务规划层中重规划或基于优先级的分配方式，局部规划层按照所指定的分配方式将任务分配至执行任务的卫星。
17.所述步骤一中，全局主管卫星周期性的获取合同网全局卫星的状态信息和全局态势感知任务信息，具有在合同网空间内与卫星集群的交互能力；全局主管卫星采用高斯混合模型(gmm)软聚类方法，将合同网的感知目标和卫星划分为多个集群，并指定卫星集群中的一颗具备子空间内局部星群交互能力的卫星为局部主管卫星。
18.所述步骤二中，全局主管卫星进行任务招标时，广播所有感知目标集群的中心位置和平均速度即目标集群中心状态通过各卫星子集群的局部主管卫星进行任务投标，局部主管卫星一旦接收到来自全局主管卫星发布的感知目标集群中心状态，将根据自己的状态和约束条件至少竞标一次；投标结果具有三种：拒绝、不理解以及投标；如果决定投标，那么投标信息必须是诚实的，通过二元组描述为＜bidder
j
,b
i,j
＞，其中bidder
i
为投标卫星的标志符，b
i,j
为投标者卫星集群完成所付出的代价可定义为：
[0019][0020]
所述步骤三中，全局主导卫星接收到预定的全部投标结果或者投标截止期到期之后，将代价函数最小化，即
[0021][0022]
式中，是第i个卫星集群的中心状态，即集群的平均速度和中心位置，是第j 个感知目标集群中心状态，h
c
是任务投标准则，设定标准为最小化卫星集群和任务集群中
心状态差值，通过定制的离散粒子群算法进行求解，求解后，可获得卫星集群与感知目标集群匹配关系：
[0023][0024]
所述步骤四中，局部规划层中的局部主管卫星具备局部规划层所在子空间中全部从属卫星和感知目标的信息，具有在子空间内进行局部卫星集群交互能力；局部主管卫星采用广播的方式将任务发布给其余从属卫星，任务的发布可表述为：
[0025]
＜aid
l
,t
j
＞公式四；
[0026]
其中aid
l
是局部主管卫星标志符号，为第j个感知目标的位置和速度向量；
[0027]
局部规划层中的从属卫星收到感知目标的位置和速度信息，将根据自己的状态和约束条件至少竞标一次；投标结果具有三种：拒绝、不理解以及投标；如果决定投标，那么投标信息必须是诚实的，通过二元组描述为＜bidder
j
,b
i,j
＞，其中bidder
i
为投标卫星的标志符，b
i,j
为投标者卫星s
i
完成t
j
所付出的代价可定义为：
[0028][0029]
所述步骤五中，局部主管卫星接收到预定的全部投标结果或者投标截止期到期之后，根据从属卫星对任务的投标信息对代价评价函数进行最小化，即：
[0030][0031]
其中，s
i
,t
j
为第i个卫星和第j个感知任务的参数值，包括对应位置和速度，h
l
为任务投标准则，定义为
[0032][0033]
任务分配投标准则为卫星和感知目标之间相对位置和速度的加权组合，a和b是对应相对位置和相对速度的权重因子，通过定制的离散粒子群算法进行求解，获得卫星与任务之间的最佳匹配关系；局部主管卫星根据匹配关系，给相应的投标者发出中标通知并签订合同，以解决任务规划问题。
[0034]
所述步骤六中，紧急规划层包括一个紧急任务主管卫星，紧急任务主管卫星掌握全局卫星和全局突发任务信息，具有合同网整个空间的卫星集群交互能力；紧急规划层以事件触发的方式运行，当空间出现突发任务使紧急任务主管卫星被触发，根据突发感知目标所在位置和速度，按全局规划层中合同网的招投标方式，将每个突发感知目标均设定为一个任务子集分配至卫星子集群中。
[0035]
所述步骤七中，紧急任务主管卫星根据突发任务的重要性指定突发任务在局部任务规划层中的分配方式，包括重分配和基于优先级两种方式。局部任务规划层接收到需重分配的突发感知目标，将突发任务加入至子空间内感知目标集群中，对子空间内的卫星和
全部感知目标按照局部主管卫星任务分配方式进行重新分配；
[0036]
局部任务规划层接收到需基于优先级分配的突发感知目标，局部主管卫星与子空间内任务执行卫星进行协商谈判，获取当前各卫星执行任务的最高优先级，将执行任务最高优先级低于突发任务优先级的卫星建立突发任务执行集合，对当前突发感知目标集合与突发任务执行卫星集合的任务分配按局部主管卫星的任务分配方式进行。
[0037]
步骤三和步骤五中，将感知目标分为多个批次，每个批次包含具有相同优先级的感知目标；以离散粒子群算法依次将同一批次中的感知目标，即具有相同优先级的感知目标，分配至卫星；
[0038]
设定卫星和同一批次待感知的目标分别由1到n和1到m
b
的自然数编码，粒子位置x
id
为一个长度为l
p
的矢量，其中粒子第j个元素的值为i，表示第j个任务分配给了第i个卫星。定义约束向量α＝[α1,α2,α3,
…
,α
n
]，表示每个卫星可以同时感知目标的最大个数，α
i
＝k表示最多可以将k个感知目标分配至第i个卫星，粒子中表示为内容为i的元素共有k个；
[0039]
粒子位置更新方程定义为：
[0040][0041]
式中，x
id
(t)为粒子id在时刻t的位置，离散粒子群方程分为惯性操作、自我认知和社会认知三部分；
[0042]
粒子位置更新方程中的惯性操作表示为：
[0043][0044]
式中表示置换操作，设粒子的维度是m，置换操作是生成两个位于区间[1,m]的随机数i和j，将粒子内部位置为i和j对应的元素进行置换；基于任务投标标准 h
c
或h
l
计算置换以后的粒子适应度，如果该适应度更接近最优值，称该置换为优势置换，记做否则称该置换为劣势置换，记做如果该置换是个优势置换，则执行i和j的置换。如果该置换是个劣势置换，按照一定的概率进行劣势置换，劣势替换规则为rand()＜α*ω，其中函数rand()生成[0,1] 之间的随机数，α为门限值，ω为惯性权重；
[0045]
粒子位置更新方程中的自我认知操作表示为：
[0046][0047]
式中表示两个粒子之间的替换操作，生成一个位于粒子区间[1,m]的随机数i，利用历史最优粒子px
id
位于位置i的部分替换掉当前粒子位于该位置的内容，并将该位置原有内容替换掉px
id
中i位置内容在当前粒子的原位置内容；基于任务投标标准h
l
或计算替换以后的粒子适应度，如果该适应度大于当前的适应度，称该替换为优势替换，记做否则称该置换为劣势替换，记做如果该替换是个优势替换，则执行该区间的替换。如果该置换是个劣势替换，按照一定的概率进行劣势替换，劣势替换规则为rand()＜β*c1，β为门限值，c1为惯性权重；
[0048]
粒子位置更新方程中的社会认知操作表示为：
[0049][0050]
其中，gx
id
是粒子所在种群当前最优记录，为自我认知中的替换操作，即在生成随机数在gx
id
中选择相应内容在粒子当前位置对应内容进行替换；设定γ为劣势替换门限
值，c2为惯性权重。
[0051]
本发明的有益效果在于：
[0052]
1.本发明提出分布式任务规划框架求解空间中的态势感知任务分配问题，任务规划计算压力分散至多个局部规划层中，可降低多星多任务规划所要时间代价；
[0053]
2.通过高斯混合模型的软聚类方法，在全局规划层对卫星和目标进行多对多分配，实现一颗卫星监管多个目标的同时一个目标也可能受到多个卫星的监管
[0054]
3.卫星与目标之间的相对速度纳入任务分配代价，使得任务分配不仅考虑卫星与目标之间当前的距离，并且考虑未来卫星与目标的位置接近程度，从而有效增强了任务分配的动态性能；
[0055]
4.双重突发任务解决机制，重规划可保证包括突发任务在内的子空间任务以所期望的任务规划评价策略进行分配；基于优先级可保证突发任务予以快速分发至执行低优先级任务的卫星当中，适用于紧急情况。
附图说明
[0056]
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
[0057]
附图1是本发明实施例的任务规划层次结构示意图；
[0058]
附图2是本发明实施例的多卫星任务规划示意图；
[0059]
附图3是本发明实施例的多卫星突发任务重规划示意图；
[0060]
附图4是本发明实施例与传统扁平结构任务规划方法计算时间比较示意图；
[0061]
附图5是本发明实施例与传统扁平结构任务规划方法任务执行代价比较示意图。
具体实施方式
[0062]
如图所示，基于合同网的多卫星态势感知系统分布式任务规划方法，所述合同网包括全局规划层、紧急规划层、局部规划层；所述方法包括以下步骤：
[0063]
步骤一、全局规划层包括全局主管卫星，全局主管卫星将感知目标和卫星划分多个集群，并指定每个卫星集群中的特定卫星为局部主管卫星；
[0064]
步骤二、全局主管卫星基于合同网协约对感知任务进行招标，各卫星集群中的局部主管卫星进行任务投标；
[0065]
步骤三、全局主管卫星接收到预定的全部投标结果或者投标截止期到期之后，通过将代价函数最小化，进行感知目标集群与卫星集群之间的匹配；
[0066]
步骤四、局部规划层是全局规划层划分好的每一个卫星集群和其对应感知任务集群构成的任务执行子空间，包括局部主管卫星，局部主管卫星基于合同网协约对感知任务进行招标，卫星集群内的从属卫星对任务进行投标；
[0067]
步骤五、局部主管卫星接收到预定的全部投标结果或者投标截止期到期之后，将局部感知目标分配至局部卫星；
[0068]
步骤六、紧急规划层包括紧急任务主管卫星，紧急规划层以事件触发方式运行，当出现突发任务，紧急任务主管卫星将突发任务分配至各局部规划层；
[0069]
步骤七、紧急主管卫星指定突发任务在局部任务规划层中重规划或基于优先级的分配方式，局部规划层按照所指定的分配方式将任务分配至执行任务的卫星。
[0070]
所述步骤一中，全局主管卫星周期性的获取合同网全局卫星的状态信息和全局态势感知任务信息，具有在合同网空间内与卫星集群的交互能力；全局主管卫星采用高斯混合模型(gmm)软聚类方法，将合同网的感知目标和卫星划分为多个集群，并指定卫星集群中的一颗具备子空间内局部星群交互能力的卫星为局部主管卫星。
[0071]
所述步骤二中，全局主管卫星进行任务招标时，广播所有感知目标集群的中心位置和平均速度即目标集群中心状态通过各卫星子集群的局部主管卫星进行任务投标，局部主管卫星一旦接收到来自全局主管卫星发布的感知目标集群中心状态，将根据自己的状态和约束条件至少竞标一次；投标结果具有三种：拒绝、不理解以及投标；如果决定投标，那么投标信息必须是诚实的，通过二元组描述为＜bidder
j
,b
i,j
＞，其中bidder
i
为投标卫星的标志符，b
i,j
为投标者卫星集群完成所付出的代价可定义为：
[0072][0073]
所述步骤三中，全局主导卫星接收到预定的全部投标结果或者投标截止期到期之后，将代价函数最小化，即
[0074][0075]
式中，是第i个卫星集群的中心状态，即集群的平均速度和中心位置，是第j 个感知目标集群中心状态，h
c
是任务投标准则，设定标准为最小化卫星集群和任务集群中心状态差值，通过定制的离散粒子群算法进行求解，求解后，可获得卫星集群与感知目标集群匹配关系：
[0076][0077]
所述步骤四中，局部规划层中的局部主管卫星具备局部规划层所在子空间中全部从属卫星和感知目标的信息，具有在子空间内进行局部卫星集群交互能力；局部主管卫星采用广播的方式将任务发布给其余从属卫星，任务的发布可表述为：
[0078]
＜aid
l
,t
j
＞ 公式四；
[0079]
其中aid
l
是局部主管卫星标志符号，为第j个感知目标的位置和速度向量；
[0080]
局部规划层中的从属卫星收到感知目标的位置和速度信息，将根据自己的状态和约束条件至少竞标一次；投标结果具有三种：拒绝、不理解以及投标；如果决定投标，那么投标信息必须是诚实的，通过二元组描述为＜bidder
j
,b
i,j
＞，其中bidder
i
为投标卫星的标志符，b
i,j
为投标者卫星s
i
完成t
j
所付出的代价可定义为：
[0081][0082]
所述步骤五中，局部主管卫星接收到预定的全部投标结果或者投标截止期到期之后，根据从属卫星对任务的投标信息对代价评价函数进行最小化，即：
[0083][0084]
其中，s
i
,t
j
为第i个卫星和第j个感知任务的参数值，包括对应位置和速度，h
l
为任务投标准则，定义为
[0085][0086]
任务分配投标准则为卫星和感知目标之间相对位置和速度的加权组合，a和b是对应相对位置和相对速度的权重因子，通过定制的离散粒子群算法进行求解，获得卫星与任务之间的最佳匹配关系；局部主管卫星根据匹配关系，给相应的投标者发出中标通知并签订合同，以解决任务规划问题。
[0087]
所述步骤六中，紧急规划层包括一个紧急任务主管卫星，紧急任务主管卫星掌握全局卫星和全局突发任务信息，具有合同网整个空间的卫星集群交互能力；紧急规划层以事件触发的方式运行，当空间出现突发任务使紧急任务主管卫星被触发，根据突发感知目标所在位置和速度，按全局规划层中合同网的招投标方式，将每个突发感知目标均设定为一个任务子集分配至卫星子集群中。
[0088]
所述步骤七中，紧急任务主管卫星根据突发任务的重要性指定突发任务在局部任务规划层中的分配方式，包括重分配和基于优先级两种方式。局部任务规划层接收到需重分配的突发感知目标，将突发任务加入至子空间内感知目标集群中，对子空间内的卫星和全部感知目标按照局部主管卫星任务分配方式进行重新分配；
[0089]
局部任务规划层接收到需基于优先级分配的突发感知目标，局部主管卫星与子空间内任务执行卫星进行协商谈判，获取当前各卫星执行任务的最高优先级，将执行任务最高优先级低于突发任务优先级的卫星建立突发任务执行集合，对当前突发感知目标集合与突发任务执行卫星集合的任务分配按局部主管卫星的任务分配方式进行。
[0090]
步骤三和步骤五中，将感知目标分为多个批次，每个批次包含具有相同优先级的感知目标；以离散粒子群算法依次将同一批次中的感知目标，即具有相同优先级的感知目标，分配至卫星；
[0091]
设定卫星和同一批次待感知的目标分别由1到n和1到m
b
的自然数编码，粒子位置x
id
为一个长度为l
p
的矢量，其中粒子第j个元素的值为i，表示第j个任务分配给了第i个卫星。定义约束向量α＝[α1,α2,α3,...,α
n
]，表示每个卫星可以同时感知目标的最大个数，α
i
＝k表示最多可以将k个感知目标分配至第i个卫星，粒子中表示为内容为i的元素共有k个；
[0092]
粒子位置更新方程定义为：
[0093][0094]
式中，x
id
(t)为粒子id在时刻t的位置，离散粒子群方程分为惯性操作、自我认知和社会认知三部分；
[0095]
粒子位置更新方程中的惯性操作表示为：
[0096][0097]
式中表示置换操作，设粒子的维度是m，置换操作是生成两个位于区间[1,m]的随机数i和j，将粒子内部位置为i和j对应的元素进行置换；基于任务投标标准 h
c
或h
l
计算置换以后的粒子适应度，如果该适应度更接近最优值，称该置换为优势置换，记做否则称该置换为劣势置换，记做如果该置换是个优势置换，则执行i和j的置换。如果该置换是个劣势置换，按照一定的概率进行劣势置换，劣势替换规则为rand()＜α*ω，其中函数rand()生成[0,1] 之间的随机数，α为门限值，ω为惯性权重；
[0098]
粒子位置更新方程中的自我认知操作表示为：
[0099][0100]
式中表示两个粒子之间的替换操作，生成一个位于粒子区间[1,m]的随机数i，利用历史最优粒子px
id
位于位置i的部分替换掉当前粒子位于该位置的内容，并将该位置原有内容替换掉px
id
中i位置内容在当前粒子的原位置内容；基于任务投标标准h
l
或计算替换以后的粒子适应度，如果该适应度大于当前的适应度，称该替换为优势替换，记做否则称该置换为劣势替换，记做如果该替换是个优势替换，则执行该区间的替换。如果该置换是个劣势替换，按照一定的概率进行劣势替换，劣势替换规则为rand()＜β*c1，β为门限值，c1为惯性权重；
[0101]
粒子位置更新方程中的社会认知操作表示为：
[0102][0103]
其中，gx
id
是粒子所在种群当前最优记录，为自我认知中的替换操作，即在生成随机数在gx
id
中选择相应内容在粒子当前位置对应内容进行替换；设定γ为劣势替换门限值，c2为惯性权重。
[0104]
实施例：
[0105]
本例提供了一种基于合同网的多卫星态势感知系统分布式任务规划方法，如图1所示，该方法中包括全局规划层、紧急规划层、局部规划层的层次结构，该方法包括如下步骤：
[0106]
步骤一：全局规划层中感知目标与卫星集群的划分。全局规划层包括一个全局主管卫星，全局主管卫星以周期获取全局卫星的状态信息和全局态势感知任务信息，具有在整个空间内卫星星群交互能力。全局主管卫星采用高斯混合模型软聚类方法，将感知目标和卫星划分为多个集群，并指定卫星集群中的一颗卫星为局部主导卫星。
[0107]
步骤二：全局规划层中任务的招标及投标。全局主管卫星进行任务招标，广播所有感知目标集群的中心位置和速度可表示为感知目标集群中心状态各卫星子集群的局部主管卫星进行任务投标，局部主管卫星一旦接收到感知目标集群的中心状态，将根据自己的状态和约束条件至少竞标一次。投标结果具有三种：拒绝、不理解以及投标。如果决定投标，那么投标信息必须是诚实的，可以用一个二元组描述＜bidder
j
,b
i,j
＞，其中bidder
i
为投标卫星的标志符，b
i,j
为投标者卫星集群完成所付出的代价可定义
为：
[0108][0109]
步骤三：任务集群与卫星集群的匹配。全局主导卫星接收到预定的全部投标结果或者投标截止期到期之后，通过将代价函数最小化，将感知目标集群分配给卫星集群，即
[0110][0111]
式中，是第i个卫星集群的中心状态，即集群的平均速度和中心位置，是第j 个感知目标集群中心状态，h
c
是任务投标准则，设定标准为最小化卫星集群和任务集群中心状态差值，通过定制的离散粒子群算法进行求解，求解后，可获得卫星集群与感知任务集群匹配关系：
[0112][0113]
如图2中，全局主管卫星将卫星集群划分为4个子集群，每个集群对应有划分的感知目标子集，图中由
“‑‑‑”
线将划分的四个区域进行分离。
[0114]
步骤四：局部规划层中任务的招标及投标。局部规划层中的局部主管卫星具备所在局部规划层子空间中全部卫星和感知目标的信息，具有在子空间内进行局部星群交互能力。局部主管卫星采用广播的方式将任务发布给其余从属卫星，任务的发布可表述为：
[0115]
＜aid
l
,t
j
＞
[0116]
其中aid
l
是局部主导卫星标志符号，为第j个感知目标的位置和速度向量。
[0117]
局部规划层中的从属卫星收到感知目标的位置和速度信息，将根据自己的状态和约束条件至少竞标一次。投标结果具有三种：拒绝、不理解以及投标。如果决定投标，那么投标信息必须是诚实的，可以用一个二元组描述＜bidder
j
,b
i,j
＞，其中bidder
i
为投标卫星的标志符，b
i,j
为投标者卫星s
i
完成t
j
所付出的代价可定义为：
[0118][0119]
步骤五：局部规划层中任务的分配。局部主管卫星接收到预定的全部投标结果或者投标截止期到期之后，将局部感知目标分配至局部卫星中，其中代价评价函数为：
[0120][0121]
其中，s
i
,t
j
为第i个卫星和第j个感知任务的参数值，如对应位置和速度，h
l
为任务投标准则，定义为
[0122][0123]
任务分配投标准则为卫星和感知目标之间相对位置和速度的加权组合，a和b是对应相对位置和相对速度的权重因子，通过定制的离散粒子群算法(dpso)进行求解，获得卫星与任务之间的最佳匹配关系。局部主管卫星根据匹配关系，给相应的投标者发出中标通知，签订合同，解决任务规划问题。如图2所示，由全局规划层划分的四个区域内，局部主管卫星将子空间内的任务分配至从属卫星中，在任务“ ”与卫星“·”之间的
“……”
连线表示分配关系。
[0124]
步骤六：突发任务在紧急规划层中的划分。紧急规划层包括一个紧急任务主管卫星，紧急任务主管卫星掌握全局卫星和全局突发任务信息，具有整个空间星群交互能力。紧急规划层以事件触发的方式运行，当空间出现突发任务，紧急任务主管卫星被触发，根据突发感知目标所在位置和速度按照上述全局规划层中合同网的招投标方式，将突发任务划分至局部规划层。如图3所示，突发任务“δ”被分配至全局规划层划分的4个子空间中。
[0125]
步骤七：突发任务在局部规划层中的分配。突发任务紧急任务主管卫星根据突发任务的重要性指定突发任务在局部任务规划层中的分配方式，包括重分配和基于优先级两种方式。局部任务规划层接收到需重分配的突发感知目标，将突发任务加入至子空间内感知目标集群中，对子空间内卫星和子空间内的所有感知目标按照上述局部主管卫星任务分配方式进行重新分配，如图3，局部主导卫星接收到重规划的感知目标，将突发任务和待完成的子空间感知任务构建任务集合，并将任务按照局部规划层任务分配方法分配至子空间各卫星中。局部任务规划层接收到需基于优先级分配的突发感知目标，局部主管卫星与子空间内任务执行卫星进行协商谈判，获取当前各卫星执行任务的最高优先级，将执行任务最高优先级低于突发任务优先级的卫星建立突发任务执行集合，对当前突发感知目标集合与突发任务执行卫星集合进行上述局部主管卫星任务分配方式进行分配。
[0126]
步骤八：定制的离散粒子群算法。将感知目标分为多个批次，每个批次包含具有相同优先级的感知目标。离散粒子群算法依次将同一批次中的感知目标，即具有相同优先级的感知目标，分配至卫星。
[0127]
定制离散粒子群算法设定卫星和同一批次待感知的目标分别由1到n和1到 m
b
的自然数编码，粒子位置x
id
为一个长度为l
p
的矢量，其中粒子第j个元素的值为i，表示第j个任务分配给了第i个卫星。定义约束向量α＝[α1,α2,α3,...,α
n
]，表示每个卫星可以同时感知目标的最大个数，α
i
＝k表示最多可以将k个感知目标分配至第i个卫星，粒子中表示为内容为i的元素共有k个。
[0128]
粒子位置更新方程定义为：
[0129][0130]
式中，x
id
(t)为粒子id在时刻t的位置，离散粒子群方程可分为惯性操作、自我认知和社会认知三部分。第一部分是惯性操作表示为：
[0131][0132]
式中表示置换操作，设粒子的维度是m，置换操作是生成两个位于区间[1,m]的随机数i和j，将粒子内部i和j对应的元素进行置换。基于任务投标标准h
l
计算置换以后的粒子适应度，如果该适应度更接近最优值，称该置换为优势置换，记做否则称该
置换为劣势置换，记做如果该置换是个优势置换，则执行i和j的置换。如果该置换是个劣势置换，按照一定的概率进行劣势置换，劣势替换规则为rand()＜α*ω，其中函数rand()生成[0,1]之间的随机数，α为门限值，ω为惯性权重。
[0133]
粒子位置更新方程中第二部分是自我认知操作表示为：
[0134][0135]
式中表示两个粒子之间的替换操作，生成一个位于粒子区间[1,m]的随机数i，利用历史最优粒子px
id
位于i的部分替换掉当前粒子位于该位置的内容，并将该位置原有内容替换掉px
id
中i位置内容在当前粒子的原位置内容。基于任务投标标准h
l
计算替换以后的粒子适应度，如果该适应度大于当前的适应度，称该替换为优势替换，记做否则称该置换为劣势替换，记做如果该替换是个优势替换，则执行该区间的替换。如果该置换是个劣势替换，按照一定的概率进行劣势替换，劣势替换规则为rand()＜β*c1，β为门限值，c1为惯性权重。
[0136]
粒子位置更新方程中第三部分是社会认知操作表示为：
[0137][0138]
其中，gx
id
是粒子所在种群当前最优记录，为步骤自我认知中的替换操作，即在生成随机数在gx
id
中选择相应内容在粒子当前位置对应内容进行替换。设定γ为劣势替换门限值，c2为惯性权重。
[0139]
在本实例中，全局规划层进行子空间划分，局部规划层进行区域内任务与卫星之间的分配，紧急规划层处理突发任务，任务规划上呈现分层结构。传统扁平结构由一颗主管卫星进行全局任务规划，将本发明所提方法与传统扁平方法进行比较，设定分配卫星数为20，目标数分别从20增加至200。计算时间由图4可知，当感知目标数量较少时，该框架具有较长的计算时间，可以理解为当问题规模很小时，聚类过程对计算时间的影响是负面的，当感知数目不断增多时，所提分层结构相对传统扁平式合同网协议有着更好的拓展性，计算代价优势性不断增强。任务执行代价由图5可知，分层方法在规划代价上稍高，但差距不大。