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

技术特征：
1.基于合同网的多卫星态势感知系统分布式任务规划方法，其特征在于：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：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；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；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；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；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；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；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。2.根据权利要求1所述的基于合同网的多卫星态势感知系统分布式任务规划方法，其特征在于：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。3.根据权利要求1所述的基于合同网的多卫星态势感知系统分布式任务规划方法，其特征在于：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：4.根据权利要求1所述的基于合同网的多卫星态势感知系统分布式任务规划方法，其特征在于：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
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：5.根据权利要求1所述的基于合同网的多卫星态势感知系统分布式任务规划方法，其特征在于：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：＜aid
l
,t
j
＞
ꢀꢀꢀꢀ
公式四；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；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：6.根据权利要求1所述的基于合同网的多卫星态势感知系统分布式任务规划方法，其特征在于：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：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。7.根据权利要求1所述的基于合同网的多卫星态势感知系统分布式任务规划方法，其特征在于：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。8.根据权利要求1所述的基于合同网的多卫星态势感知系统分布式任务规划方法，其特征在于：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；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。9.根据权利要求1所述的基于合同网的多卫星态势感知系统分布式任务规划方法，其特征在于：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；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；粒子位置更新方程定义为：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；粒子位置更新方程中的惯性操作表示为：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；粒子位置更新方程中的自我认知操作表示为：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；粒子位置更新方程中的社会认知操作表示为：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。

技术总结
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，合同网包括全局规划层、紧急规划层、局部规划层；方法包括以下步骤：步骤一、全局主管卫星指定局部主管卫星；步骤二、全局主管卫星对感知任务进行招标，由局部主管卫星进行任务投标；步骤三、全局主管卫星接收投标结果后，进行感知目标集群与卫星集群之间的匹配；步骤四、局部主管卫星对感知任务进行招标，从属卫星进行投标；步骤五、局部主管卫星接收到投标结果后，将局部感知目标分配至局部卫星；步骤六、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；步骤七、局部规划层将任务分配至执行任务的卫星；本发明可解决多卫星多任务且存在多突发性的任务分配问题。任务分配问题。任务分配问题。


技术研发人员：黄捷 田国庆 陈宇韬 李东方
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：2021.07.19
技术公布日：2021/10/23