空間信息網路多平台協同對地觀測任務規劃方法研究

《空間信息網路多平台協同對地觀測任務規劃方法研究》是依託中國科學院大學，由周光輝擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：空間信息網路多平台協同對地觀測任務規劃方法研究
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：周光輝
• 依託單位：中國科學院大學

項目摘要

研究由對地觀測衛星、無人機、飛艇和地面站等組成的空間信息網路多平台協同對地觀測任務規劃問題。綜合考慮對地觀測和數傳平台的資源屬性、觀測機理、使用約束、以及用戶觀測需求，通過協同最佳化方法為各觀測任務分配合理的空間信息網路資源並確定執行時間，充分發揮多空間平台的互補優勢，提高資源的利用效率和整體觀測收益。基於Multi-Agent理論，建立多空間平台協同對地觀測任務規劃體系結構。基於博弈論，每個空間平台都以最大化整體觀測效益為目標，建立協同對地觀測任務規劃模型。在納什最優的分散式最佳化求解框架下，每個空間平台在已知其它平台最優解的前提下，最佳化自身的目標，進而使整個協同任務規劃達到納什最優。基於合作協同進化思想，設計分散式最佳化求解算法，對每個空間平台的本地最佳化問題進行求解。該研究對於豐富空間信息網路資源調度理論和方法，提高空間信息網路資源利用效率，滿足多空間平台協同對地觀測的軍民需求具有重要意義。

結題摘要

空間信息網路是以空間平台（如同步衛星或中、低軌道衛星、平流層氣球和有人或無人駕駛飛機等）為載體，實時獲取、傳輸和處理空間信息的網路系統。作為國家重要基礎設施，空間信息網路在服務遠洋航行、應急救援、導航定位、航空運輸、航天測控等重大套用的同時，向下可支持對地觀測的高動態、寬頻實時傳輸，向上可支持深空探測的超遠程、大時延可靠傳輸。 實現空間信息網路多平台協同工作相關調度理論和方法的改進和突破，是空間信息網路服務于軍民套用的迫切需求。利用空間信息資源的互補優勢進行協同對地觀測是對地觀測領域的新趨勢，對地觀測衛星、飛艇和無人機等多空間平台聯合執行對地觀測任務成為各航天大國重要的發展方向。 面向災害監測、反恐維穩、應急救援等對地觀測套用目標，研究對地觀測衛星、飛艇、無人機等組成的空間信息網路多平台協同對地觀測任務規劃問題。結合多空間平台協同對地觀測任務規劃問題中任務的時間窗、任務序列的開放性以及敏捷衛星姿態轉換的時間依賴性等特點，設計多空間平台協同對地觀測工作機制，各空間平台完成對地觀測任務，並將對應的觀測數據傳輸到地面；面向對地觀測的典型套用，構建了一系列對地觀測任務和數據傳輸任務協同任務規劃模型，將所有空間平台執行的觀測任務、敏捷對地觀測衛星和飛艇執行的數據傳輸任務看作是有向圖中的點，同一觀測平台執行兩個先後序列任務時位置之間的姿態轉換時間或巡航時間看作是有向圖中的邊，從而將問題映射為具有時間依賴性的多時間視窗開放式車輛路徑問題；將觀測任務和數據傳輸任務映射為無向圖的點，將各任務在時間窗的衝突映射為無向圖中的邊，從而將問題映射為圖染色問題；開發了一系列多空間平台任務規劃套用的算法，並且基於套用案例，驗證了算法的性能，仿真實驗表明，針對不同規模的算例，算法能夠在較短的時間內獲得滿意的解。 該研究為建立多空間平台協同對地觀測任務規劃系統提供理論支撐，充分發揮各平台互補優勢，提高空間數據獲取效率，更好地服務於多空間平台協同對地觀測的軍民套用，滿足複雜多樣的對地觀測需求。