?？褐悄苋蝿?wù)規(guī)劃

內(nèi)容導(dǎo)讀

衛(wèi)星、臨近空間飛行器和無人機(jī)等空天資源，廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展和國(guó)家安全等諸多領(lǐng)域，具有重要的戰(zhàn)略價(jià)值，加快加強(qiáng)空天資源建設(shè)已成為世界大國(guó)的普遍戰(zhàn)略舉措。任務(wù)規(guī)劃是指對(duì)多源用戶需求進(jìn)行分析籌劃，對(duì)各類空天資源及其附屬設(shè)施進(jìn)行指揮調(diào)度，制定資源工作計(jì)劃并視情動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而充分發(fā)揮資源能力的一類管控活動(dòng)。任務(wù)規(guī)劃是實(shí)現(xiàn)空天裝備高效運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)之一。

當(dāng)前，空天裝備的發(fā)展呈現(xiàn)出資源規(guī)?；⒖仗煲惑w化、連接泛在化、行為智能化和響應(yīng)敏捷化等新趨勢(shì)，提升了空天裝備的能力邊界，也增加了任務(wù)規(guī)劃的問題復(fù)雜度，對(duì)任務(wù)規(guī)劃的理論、方法與技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈和人工智能等為代表的新一代信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展和廣泛滲透，為發(fā)展智能任務(wù)規(guī)劃技術(shù)帶來了難得的機(jī)遇。在此背景下，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究人員面向復(fù)雜任務(wù)環(huán)境下空天裝備任務(wù)規(guī)劃的新問題，研究智能任務(wù)規(guī)劃的新理論、新方法和新技術(shù)，不斷增強(qiáng)空天裝備的任務(wù)規(guī)劃能力，使其能夠靈活響應(yīng)不同的任務(wù)需求，為實(shí)現(xiàn)全天候、全天時(shí)、全地域快速信息響應(yīng)提供方法支撐。

為集中展現(xiàn)智能任務(wù)規(guī)劃領(lǐng)域的最新研究成果，《無線電工程》2022年第7期推出“智能任務(wù)規(guī)劃”?？?。?？捎霉_征稿的方式組織稿件，在所有通過專家評(píng)審的稿件中，最終確定錄用稿件23篇。?？饕故玖诵l(wèi)星自主任務(wù)規(guī)劃、多星協(xié)同任務(wù)規(guī)劃、衛(wèi)星管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、通信衛(wèi)星調(diào)度、無人機(jī)路徑規(guī)劃以及無人機(jī)博弈對(duì)抗等領(lǐng)域的研究成果。

多星協(xié)同任務(wù)規(guī)劃方向共收錄5篇論文，主要涉及多星區(qū)域覆蓋、多星協(xié)同觀測(cè)、一體化調(diào)度和雷達(dá)資源分配等問題。伍藝等人對(duì)多星協(xié)同區(qū)域目標(biāo)覆蓋觀測(cè)問題進(jìn)行了研究，提出了一種基于局部嵌套網(wǎng)格的變鄰域搜索算法，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)計(jì)算出較優(yōu)的區(qū)域目標(biāo)覆蓋方案。針對(duì)多星協(xié)同場(chǎng)景下連續(xù)觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)的周期輪巡建模問題，邢立剛等人設(shè)計(jì)了一種連續(xù)觀測(cè)時(shí)間窗生成算法，能夠?qū)︻l次內(nèi)的時(shí)間窗進(jìn)行拼接以實(shí)現(xiàn)對(duì)地面目標(biāo)的連續(xù)觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)觀測(cè)時(shí)間窗的優(yōu)先級(jí)計(jì)算方法。周忠寶等人研究了衛(wèi)星成像觀測(cè)與成像數(shù)據(jù)一體化調(diào)度問題，建立對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星一體化多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)了一種雙種群進(jìn)化算法，在不同場(chǎng)景下的測(cè)試結(jié)果表明了所設(shè)計(jì)算法的有效性。張澤華等人針對(duì)多星協(xié)同觀測(cè)任務(wù)規(guī)劃問題提出了一種遺傳禁忌算法，通過不同任務(wù)規(guī)模的仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性。針對(duì)雷達(dá)探測(cè)任務(wù)日益繁重和單基地雷達(dá)成像受目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向限制的問題，楊力萍等人提出了一種分布式MIMO雷達(dá)時(shí)間與陣面資源自適應(yīng)調(diào)度算法，提高了任務(wù)的調(diào)度成功率，實(shí)現(xiàn)了多成像任務(wù)背景下雷達(dá)資源的高效管理。

衛(wèi)星自主任務(wù)規(guī)劃方向收錄4篇論文，討論了衛(wèi)星自主任務(wù)規(guī)劃、調(diào)度以及軌道自主預(yù)測(cè)等問題。針對(duì)敏捷對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星的自主任務(wù)調(diào)度問題，劉嵩等人提出了一種星上自主調(diào)度策略，設(shè)計(jì)了一種基于變鄰域搜索的自主任務(wù)調(diào)度算法。楊立峰等人對(duì)天基多目標(biāo)實(shí)時(shí)成像自主任務(wù)規(guī)劃進(jìn)行系統(tǒng)性分析，設(shè)計(jì)了一種多星協(xié)同自主任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)架構(gòu)，完成了半物理仿真驗(yàn)證。針對(duì)星上自主任務(wù)規(guī)劃的快速響應(yīng)需求和星載計(jì)算平臺(tái)計(jì)算能力不足的問題，常中祥等人提出了一種星上自主軌道預(yù)測(cè)方法，該方法不僅有效地提高了衛(wèi)星軌道預(yù)測(cè)的精度，而且通過并行計(jì)算顯著提高了軌道預(yù)報(bào)計(jì)算速度。靳鍇等人針對(duì)航天器空間交會(huì)過程中存在的不確定性因素影響交會(huì)精度的問題，綜合考慮空間非合作目標(biāo)在信息層面上不溝通、機(jī)動(dòng)行為上不配合、觀測(cè)受限、不確定性因素的影響，提出了一種基于長(zhǎng)短時(shí)記憶與預(yù)設(shè)性能控制的交會(huì)任務(wù)規(guī)劃方法，實(shí)現(xiàn)智能自主、安全可靠的航天器交會(huì)任務(wù)，并通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方法的有效性。

通信衛(wèi)星調(diào)度方向共收錄3篇論文，包括靜止軌道衛(wèi)星資源調(diào)度和中繼衛(wèi)星調(diào)度等問題。劉文文等人從靜止軌道衛(wèi)星資源調(diào)度問題的根本出發(fā)，綜合考慮調(diào)度過程中涉及的各項(xiàng)因素，建立靜止軌道通信衛(wèi)星資源調(diào)度的基礎(chǔ)模型。針對(duì)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸過程中突發(fā)擾動(dòng)，如何快速進(jìn)行重調(diào)度問題，龍運(yùn)軍等人提出了基于多目標(biāo)優(yōu)化算法NSGA-Ⅱ的重調(diào)度方法，當(dāng)中繼衛(wèi)星在資源和任務(wù)規(guī)模變化時(shí)，其優(yōu)化結(jié)果收斂性、均勻性和多樣性均較佳。王懷鵬等人還針對(duì)中繼資源使用效能問題，分析了資源使用率與用戶申請(qǐng)滿足率、資源使用率與申請(qǐng)方式以及申請(qǐng)粒度三者之間的關(guān)系。

衛(wèi)星管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方向共收錄2篇論文，分別討論了高分衛(wèi)星管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及一體化的衛(wèi)星管控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)。馬萬權(quán)等人分析了高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)的重要性，對(duì)高分衛(wèi)星任務(wù)管理系統(tǒng)的應(yīng)用效果進(jìn)行了探討，展望了未來高分遙感衛(wèi)星任務(wù)管理技術(shù)發(fā)展方向。辛維政等人針對(duì)大規(guī)模多類型衛(wèi)星高效管控系統(tǒng)中的容災(zāi)以及管控系統(tǒng)分散、架構(gòu)各異等問題, 提出了基于云計(jì)算的衛(wèi)星任務(wù)一體化管控體系架構(gòu)，設(shè)計(jì)了“云-網(wǎng)-端”衛(wèi)星管控體系。

無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃方向共收錄6篇論文，主要討論了無人機(jī)路徑、任務(wù)規(guī)劃、車機(jī)協(xié)同以及多無人機(jī)協(xié)同等問題。針對(duì)配電網(wǎng)線路無人機(jī)巡檢問題，成亮等人將相應(yīng)無人機(jī)巡檢路徑規(guī)劃問題抽象為定向越野問題，提出了改進(jìn)型的遺傳算法，并使用配網(wǎng)線路真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行了案例研究。針對(duì)多無人機(jī)高速公路巡邏問題，項(xiàng)芮等人將無人機(jī)巡邏路徑規(guī)劃問題抽象為一類多站點(diǎn)多旅行商問題，提出了基于遺傳思想的亞啟發(fā)式算法，數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法可以快速求得高質(zhì)量的無人機(jī)巡邏任務(wù)規(guī)劃方案。朱外明等人針對(duì)使用無人機(jī)與物流柜協(xié)同執(zhí)行物流配送問題，將該問題抽象成路徑規(guī)劃與機(jī)器調(diào)度深度耦合的優(yōu)化問題，設(shè)計(jì)了高效的啟發(fā)式求解算法，并使用物流企業(yè)真實(shí)使用的無人機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的算法能在較短的時(shí)間內(nèi)求得問題的高質(zhì)量的解。針對(duì)用于核酸樣本收集的無人機(jī)調(diào)度問題，陳琴等人提出了一種基于禁忌搜索算法的改進(jìn)蟻群算法，并通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的優(yōu)勢(shì)。翁越男等人針對(duì)分布式無人機(jī)集群在輔助疫情防控方面出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)通信容錯(cuò)問題，基于共識(shí)機(jī)制提出了一種改進(jìn)的拜占庭算法，并通過計(jì)算驗(yàn)證了算法的優(yōu)勢(shì)。馬玲等人針對(duì)多機(jī)無源傳感器協(xié)同跟蹤任務(wù)規(guī)劃問題，提出了一種基于POMDP的多無人機(jī)無源傳感器調(diào)度算法，并通過基于分布式的自主決策算法實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線規(guī)劃能力。

無人機(jī)博弈對(duì)抗方向收錄1篇論文，重點(diǎn)研究了多無人機(jī)協(xié)同空戰(zhàn)中的目標(biāo)重分配問題，陳宇軒等人提出了一種基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的分配方法，是將強(qiáng)化學(xué)習(xí)引入該領(lǐng)域的一次有效的嘗試，設(shè)計(jì)了針對(duì)該問題的解決框架以及一種雙層獎(jiǎng)勵(lì)回報(bào)方法來加快收斂速度，并在VR-Forces仿真平臺(tái)上進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。

機(jī)器人任務(wù)規(guī)劃方向共收錄2篇論文，主要討論了多機(jī)器人協(xié)同和機(jī)器人自主制圖問題。魯婷婷等人針對(duì)任務(wù)需要多個(gè)健康管理機(jī)器人協(xié)同完成的場(chǎng)景，提出了一種考慮任務(wù)時(shí)間窗的改進(jìn)型多染色體任務(wù)分配算法，給出了綜合考慮行程代價(jià)、時(shí)間偏差代價(jià)和任務(wù)收益的最優(yōu)任務(wù)分配方案。李德勝等人針對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境下多層代價(jià)地圖存在更新障礙物層地圖信息的局限性問題，提出了一種新的多層代價(jià)地圖重構(gòu)算法，并搭建ROS仿真環(huán)境，給定動(dòng)態(tài)障礙物的Gazebo場(chǎng)景，驗(yàn)證了多層代價(jià)地圖構(gòu)建算法的有效性。

綜上所述，?？珍浀倪@23篇文章，分別針對(duì)特定的研究問題，從不同視角、使用不同方法研究了空天裝備的智能任務(wù)規(guī)劃問題，得到了有意義的研究結(jié)論，能夠給他人提供較好的參考。當(dāng)然，智能任務(wù)規(guī)劃所涵蓋的子領(lǐng)域非常多，這些文章也不能窮盡所有的方面，希望通過這些文章的刊出，讓更多的專家學(xué)者和研究人員關(guān)注該領(lǐng)域的發(fā)展，從而促進(jìn)產(chǎn)生更多的研究成果。

最后，感謝參與稿件評(píng)審的各位專家學(xué)者的辛勤工作，感謝《無線電工程》編輯部各位老師的大力支持，衷心希望?？某霭婺軌?qū)χ悄苋蝿?wù)規(guī)劃領(lǐng)域的研究起到有益的作用。