專刊：智能任務規劃

內容導讀

衛星、臨近空間飛行器和無人機等空天資源，廣泛應用于經濟建設、社會發展和國家安全等諸多領域，具有重要的戰略價值，加快加強空天資源建設已成為世界大國的普遍戰略舉措。任務規劃是指對多源用戶需求進行分析籌劃，對各類空天資源及其附屬設施進行指揮調度，制定資源工作計劃并視情動態調整，從而充分發揮資源能力的一類管控活動。任務規劃是實現空天裝備高效運行的關鍵技術之一。

當前，空天裝備的發展呈現出資源規模化、空天一體化、連接泛在化、行為智能化和響應敏捷化等新趨勢，提升了空天裝備的能力邊界，也增加了任務規劃的問題復雜度，對任務規劃的理論、方法與技術提出了挑戰。與此同時，以云計算、大數據、區塊鏈和人工智能等為代表的新一代信息技術的蓬勃發展和廣泛滲透，為發展智能任務規劃技術帶來了難得的機遇。在此背景下，學術界和工業界的研究人員面向復雜任務環境下空天裝備任務規劃的新問題，研究智能任務規劃的新理論、新方法和新技術，不斷增強空天裝備的任務規劃能力，使其能夠靈活響應不同的任務需求，為實現全天候、全天時、全地域快速信息響應提供方法支撐。

為集中展現智能任務規劃領域的最新研究成果，《無線電工程》2022年第7期推出“智能任務規劃”專刊。專刊采用公開征稿的方式組織稿件，在所有通過專家評審的稿件中，最終確定錄用稿件23篇。專刊主要展示了衛星自主任務規劃、多星協同任務規劃、衛星管控系統設計、通信衛星調度、無人機路徑規劃以及無人機博弈對抗等領域的研究成果。

多星協同任務規劃方向共收錄5篇論文，主要涉及多星區域覆蓋、多星協同觀測、一體化調度和雷達資源分配等問題。伍藝等人對多星協同區域目標覆蓋觀測問題進行了研究，提出了一種基于局部嵌套網格的變鄰域搜索算法，能夠在較短的時間內計算出較優的區域目標覆蓋方案。針對多星協同場景下連續觀測時長的周期輪巡建模問題，邢立剛等人設計了一種連續觀測時間窗生成算法，能夠對頻次內的時間窗進行拼接以實現對地面目標的連續觀測，實現了連續觀測時間窗的優先級計算方法。周忠寶等人研究了衛星成像觀測與成像數據一體化調度問題，建立對地觀測衛星一體化多目標優化數學模型，設計了一種雙種群進化算法，在不同場景下的測試結果表明了所設計算法的有效性。張澤華等人針對多星協同觀測任務規劃問題提出了一種遺傳禁忌算法，通過不同任務規模的仿真實驗驗證了算法的有效性。針對雷達探測任務日益繁重和單基地雷達成像受目標運動方向限制的問題，楊力萍等人提出了一種分布式MIMO雷達時間與陣面資源自適應調度算法，提高了任務的調度成功率，實現了多成像任務背景下雷達資源的高效管理。

衛星自主任務規劃方向收錄4篇論文，討論了衛星自主任務規劃、調度以及軌道自主預測等問題。針對敏捷對地觀測衛星的自主任務調度問題，劉嵩等人提出了一種星上自主調度策略，設計了一種基于變鄰域搜索的自主任務調度算法。楊立峰等人對天基多目標實時成像自主任務規劃進行系統性分析，設計了一種多星協同自主任務規劃系統架構，完成了半物理仿真驗證。針對星上自主任務規劃的快速響應需求和星載計算平臺計算能力不足的問題，常中祥等人提出了一種星上自主軌道預測方法，該方法不僅有效地提高了衛星軌道預測的精度，而且通過并行計算顯著提高了軌道預報計算速度。靳鍇等人針對航天器空間交會過程中存在的不確定性因素影響交會精度的問題，綜合考慮空間非合作目標在信息層面上不溝通、機動行為上不配合、觀測受限、不確定性因素的影響，提出了一種基于長短時記憶與預設性能控制的交會任務規劃方法，實現智能自主、安全可靠的航天器交會任務，并通過仿真實驗驗證了方法的有效性。

通信衛星調度方向共收錄3篇論文，包括靜止軌道衛星資源調度和中繼衛星調度等問題。劉文文等人從靜止軌道衛星資源調度問題的根本出發，綜合考慮調度過程中涉及的各項因素，建立靜止軌道通信衛星資源調度的基礎模型。針對中繼衛星系統在數據傳輸過程中突發擾動，如何快速進行重調度問題，龍運軍等人提出了基于多目標優化算法NSGA-Ⅱ的重調度方法，當中繼衛星在資源和任務規模變化時，其優化結果收斂性、均勻性和多樣性均較佳。王懷鵬等人還針對中繼資源使用效能問題，分析了資源使用率與用戶申請滿足率、資源使用率與申請方式以及申請粒度三者之間的關系。

衛星管控系統設計方向共收錄2篇論文，分別討論了高分衛星管控系統設計以及一體化的衛星管控系統架構設計。馬萬權等人分析了高分辨率對地觀測系統的重要性，對高分衛星任務管理系統的應用效果進行了探討，展望了未來高分遙感衛星任務管理技術發展方向。辛維政等人針對大規模多類型衛星高效管控系統中的容災以及管控系統分散、架構各異等問題, 提出了基于云計算的衛星任務一體化管控體系架構，設計了“云-網-端”衛星管控體系。

無人機任務規劃方向共收錄6篇論文，主要討論了無人機路徑、任務規劃、車機協同以及多無人機協同等問題。針對配電網線路無人機巡檢問題，成亮等人將相應無人機巡檢路徑規劃問題抽象為定向越野問題，提出了改進型的遺傳算法，并使用配網線路真實數據進行了案例研究。針對多無人機高速公路巡邏問題，項芮等人將無人機巡邏路徑規劃問題抽象為一類多站點多旅行商問題，提出了基于遺傳思想的亞啟發式算法，數值實驗結果表明該算法可以快速求得高質量的無人機巡邏任務規劃方案。朱外明等人針對使用無人機與物流柜協同執行物流配送問題，將該問題抽象成路徑規劃與機器調度深度耦合的優化問題，設計了高效的啟發式求解算法，并使用物流企業真實使用的無人機數據進行了仿真驗證，結果表明所設計的算法能在較短的時間內求得問題的高質量的解。針對用于核酸樣本收集的無人機調度問題，陳琴等人提出了一種基于禁忌搜索算法的改進蟻群算法，并通過仿真實驗驗證了算法的優勢。翁越男等人針對分布式無人機集群在輔助疫情防控方面出現的網絡通信容錯問題，基于共識機制提出了一種改進的拜占庭算法，并通過計算驗證了算法的優勢。馬玲等人針對多機無源傳感器協同跟蹤任務規劃問題，提出了一種基于POMDP的多無人機無源傳感器調度算法，并通過基于分布式的自主決策算法實現了實時在線規劃能力。

無人機博弈對抗方向收錄1篇論文，重點研究了多無人機協同空戰中的目標重分配問題，陳宇軒等人提出了一種基于強化學習的分配方法，是將強化學習引入該領域的一次有效的嘗試，設計了針對該問題的解決框架以及一種雙層獎勵回報方法來加快收斂速度，并在VR-Forces仿真平臺上進行了仿真實驗。

機器人任務規劃方向共收錄2篇論文，主要討論了多機器人協同和機器人自主制圖問題。魯婷婷等人針對任務需要多個健康管理機器人協同完成的場景，提出了一種考慮任務時間窗的改進型多染色體任務分配算法，給出了綜合考慮行程代價、時間偏差代價和任務收益的最優任務分配方案。李德勝等人針對動態環境下多層代價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地圖重構算法，并搭建ROS仿真環境，給定動態障礙物的Gazebo場景，驗證了多層代價地圖構建算法的有效性。

綜上所述，專刊所收錄的這23篇文章，分別針對特定的研究問題，從不同視角、使用不同方法研究了空天裝備的智能任務規劃問題，得到了有意義的研究結論，能夠給他人提供較好的參考。當然，智能任務規劃所涵蓋的子領域非常多，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，讓更多的專家學者和研究人員關注該領域的發展，從而促進產生更多的研究成果。

最后，感謝參與稿件評審的各位專家學者的辛勤工作，感謝《無線電工程》編輯部各位老師的大力支持，衷心希望專刊的出版能夠對智能任務規劃領域的研究起到有益的作用。