面向侦察监视的空天对地观测资源协同规划研究

Facing of opportunities and chanllenges brougtht about the rapid development of spaceborne, nearspaceborne, and airborne Earth observing technology, we noticed that the networking development trends of Space-Aeronautics Earth Observing Resources(SAEOR). And the SAEOR cooperative planning are studied for the need of target reconnaissance and surveillance. Taking high confrontation circumstance in which SAEOR perform tasks into account, SAEOR modeling, system architecture, and message routing problems are firstly discussed. After that, the aerospace Earth observing network topology control method is designed under the circumstance of high opposition. And then, SAEOR cooperative algorithms are focused on area target surveillance and maritime moving target discovering and surveillance. All of the algorithms mentioned above are dedicate to improve AEOR efficency, enhance the ability for SAEOR to obtain remote sensing information.

针对我国天基、临近空间、空基对地观测技术快速发展所带来的机遇和挑战，注意到空天对地资源网络化的发展趋势，针对目标侦察监视需求，开展空天资源协同任务规划研究。本研究考虑到空天对地观测资源执行任务时所处的高对抗环境，首先对空天对地资源建模、系统网络架构、消息路由机制等问题进行研究，在此基础上设计高对抗环境下的空天对地观测网络拓扑控制方法，重点研究针对区域目标监视和海洋移动目标发现跟踪的空天资源协同任务规划算法，旨在全面提高空天对地观测资源的利用效率，提升空天对地观测资源的信息获取能力。

本项目针对卫星、无人机、飞艇等空天对地观测资源的协同任务规划这一复杂的问题展开研究。主要研究工作及取得的成果如下：1、建立了空天对地观测网络架构。首先给出了空天对地观测网络的定义，从任务规划的角度分别构建了空天对地观测网络物理架构、控制结构和逻辑结构。在此基础上，构建了层次化的分布式空天协同规划求解框架。2、空天对地观测网络要素建模。分别对不同平台、多种载荷以及不同自治能力的对地观测资源要素进行分析，建立了统一的对地观测资源异构能力规划模型，并对节点之间的网络通信关系进行建模。3、空天对地观测网络拓扑控制研究。针对高对抗环境下导致的空天对地观测网络拓扑结构变化的问题，设计了能够快速感知变化并进行局部网络拓扑重构算法，以较小的开销维护网络连通性；针对网络中观测节点之间可见性不断变化的特点，设计了移动混合路由算法，保证了协同任务规划信息传输的服务质量。4、支持通信延迟的空天资源分布式协同任务规划研究。针对通信延迟条件下的空天观测节点协同优化决策问题，提出了适应延迟通信的统一处理策略，构造了基于联合时序有向无圈图的多节点协同优化决策环境；构造了基于分布式部分可见马尔可夫决策过程（DEC-POMDP）的分布式框架；分析了不同通信延迟条件对协同优化决策的影响，并给出了统一的通信延迟处理策略；提出了改进的快速模拟退火算法搜索近似优化观测策略。通过实验对比，此方法能够有效提高空天协同优化决策系统对于通信延迟的适应性。5、构建了空天对地观测资源协同任务规划实验系统，促进本研究成果向产业化方向转化。