面向应急对地观测任务的多星协同动态调度方法研究

目前，我国卫星资源在类型、功能、数量上得到了迅速发展，进入了综合利用发展阶段，但在实际应用中，逐步暴露出信息实时获取能力和持续保障能力不足等问题，严重制约着在应急行动中的应用。其中，调度是影响卫星应用效果的关键问题，而当前调度模式难以应对应急事件的突发性和不确定性，不能实现对应急事件的快速处理。针对以上问题本项目致力于以下4个方面的研究：1）研究面向应急对地观测任务的多星协同调度框架，定义框架中的各个层次结构及相互关系，建立各层之间的协同决策机制，为应急任务调度提供顶层框架设计及技术支撑；2）研究面向应急对地观测任务的混合聚类方法，消除任务冗余，提高卫星资源利用效率；3）研究面向应急对地观测任务的协同分配方法，将任务快速分配给最适合完成的卫星资源，解决统一建模和求解所带来的困难；4）研究面向应急对地观测任务的应急动态调度方法，解决应急情况下任务快速调度问题，提高系统的快速响应能力。

我国航天装备经过二十多年的快速发展，已进入卫星资源综合利用发展阶段，但是在实际应用中，逐步暴露出信息实时获取能力和持续保障能力不足等问题，严重制约着对地观测卫星在抢险救灾、反恐维稳、区域作战等应急行动中的应用。其中最主要的基础问题之一是如何在应急情况下进行有效的卫星协同对地观测。本项目研究了面向应急对地观测任务的多星协同动态调度方法以提高卫星对地观测系统的应急快速响应能力。本课题的主要研究成果包括：.（1）研究了面向应急对地观测任务的多星协同调度框架。针对多种卫星资源中各类传感器的特点及应用模式，提出了基于智能Agent的多星协同调度基本框架，将系统中具有相对独立性的主体映射为Agent，并对Agent进行分类，实现多个主体之间的高效分工合作，从而提高了卫星的协同能力。.（2）研究了面向应急对地观测任务的混合聚类方法。针对多个用户提出的需求可能具有相似性及任务之间具有重叠时间窗口的特点，提出了基于图论中团划分理论的任务混合聚类方法，根据聚类判别规则，消除任务冗余，减小了问题的求解空间，提高了系统的可调度性和卫星资源利用率。.（3）研究了面向应急对地观测任务的协同分配策略。提出了综合考虑任务合成、修复和后移的多星动态应急调度算法。该算法增加了调度的灵活性，在兼顾调度稳定性的基础上，获得了较好的调度收益，提高了应急情况下的系统可调度性。.（4）研究了面向应急对地观测任务的应急动态调度方法。提出了采用滚动优化的应急任务调度算法，通过动态调整滚动窗口长度，在卫星资源状态动态变化、新任务动态到达、已有任务取消、任务优先级调整、环境影响动态变化等应急情况下解决任务的快速调度问题，提高了系统的自适应和快速响应能力，最大化满足不同用户的需求。.（5）研究了面向应急的容错调度方法。提出了基于多版本备份的软件容错调度模式，通过在不同卫星上分配多个任务版本，提高系统的可靠性。由于多个版本会占用较多卫星资源，提出了任务不同版本之间进行时间重叠和资源回收的策略，提高了卫星资源利用率，从而保障了应急情况下可以完成更多的任务。