多类异构对地观测平台协同任务规划方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaMar．252016V01．37No．3997．1014ISSN1000．6893ON11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cnDO!：10．7527／$10006893．2015．017l多类异构对地观测平台协同任务规划方法王慧林1，伍国华2’*，马满好21．北京跟踪与通信技术研究所，北京1000942．国防科学技术大学信息系统与管理学院，长沙410073摘要：目前，不同

2、类型的对地观测平台之间缺乏有效的协同交互机制。这种孤立的资源管控模式难以应对多样且大量的对地观钡!I需求。特别是在一些紧急情况下，如地震、武装冲突、洪涝灾害和森林火灾等，这种模式的弊端尤为突出。研究了多类异构观测资源，包括卫星、飞艇及无人机(UAV)的协同规划问题。首先，提出一种基于多Agent的分层协同规划框架，整合不同观测资源构成一个分布式和松耦合的对地观测系统。其次，将异构对地观测平台的协同规划问题转化为不同子规划中心间的任务分配问题。第三，针对该任务分配问题，提出一种结合禁忌列表模拟退火(SA—

3、TL)算法，在该算法中融合了禁忌表策略，有效提高了算法的性能。仿真实验验证了多Agent协同框架的优越性和sA-TL算法的效率。关键词：协同调度；智能体；对地观测系统；卫星；飞艇；无人机中图分类号：V19文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)03—0997—18对地观测在环境监视、情报侦察等任务中起着关键的作用，它主要通过各种对地观测资源，如卫星、无人机(UAV)、飞艇和地面传感器来实现。目前，不同种类的对地观测资源孤立地收集信息和情报。越来越多的证据表明，单一类型对地观测资源已不能满足

4、用户大量的对地观测请求，特别是在紧急情况下，如军事冲突、地震、洪涝和森林火灾等，需要对地观测系统快速响应用户的观测请求，并持续提供有效的对地观测数据。然而，由于不同的观测资源问缺乏合作与协同，因此整个对地观测系统效率低下，并且响应实时性差。不同观测资源间协同的核心在于为各规划中心合理分配任务，这有助于为不同观测资源制定合理的观测方案，并以相互合作的方式完成观测任务。任务分配本质上是一个复杂的决策优化问题。为了提高观测系统的整体性能，必须考虑不同任务的观测需求和不同资源的观测能力，然后确定哪些资源是完成各

5、观测任务的最佳选择。不同任务在开始时间、截止日期、空间分辨率、时间分辨率以及频谱等方面可能存在不同的需求。通常情况下，单一观测资源难以完全满足这些需求。另外，面向大面积区域目标或大范围移动目标的观测任务通常超出单类观测资源的能力。具有复杂需求的观测任务、面向区域或移动目标的观测任务，都被称为复杂观测任务。这些复杂观测任务尤其需要不同类型观测资源间的协同工作。通常，在观测调度之前，需要把复杂观测任务分解成简单观测任务，然后再由不同的观测资源协作完成。除了观测任务，小同观测资源在观测能力上收稿日期：2015

6、—04-02；退修日期：2015—05—04；录用El期：2015—06—03；网络出版时间：2015—12—0410：08网络出版地址：W'tl，、Ncnki．net／kcms／detail／111929．V．20151204．1008．012．html基金项目：高分辨率对地观测系统重大专项(GFZX04060103)*通讯作者．Tel：0371—84574536E-mail：guohuawu@nudt．edu．C11引用格武tI慧林．伍国华．马满好?多类异构对地观溯平台协同任务规粕方法!J]．航空学

7、报．2016．37(3)：997—1014．WANGHL，WUGH，MAMH．CoordinatedtaskplanningmethodofmultipleheterogeneousEarth-observationplafformsfJJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2016．37(3)：997-1014航空学报Mar．252016VoI．37No．3也存在显著差异，这意味着不同观测资源间具有潜在的能力互补性，从而提高对地观测系统的整体效率。目前，不同的观测

8、资源，由各自的任务规划中心(子规划中心)管控，而这些子规划中心如“烟囱”般存在，缺乏通信和交互。因此，为不同子规划中心间设计有效的、切实可行的协同机制成为一个亟待解决的问题。当前对地观测规划调度方面的研究主要面向单类型观测资源。例如，研究人员提出了多种模型和算法来解决卫星观测调度问题：调度模型包括线性规划模型[1]、约束满足模型[2]、加权约束模型[31和图模型[43；模型求解算法包括模拟退火(SA)[引、禁忌搜索(TS)[6。、遗传算法(