专刊：智能任务规划

内容导读

卫星、临近空间飞行器和无人机等空天资源，广泛应用于经济建设、社会发展和国家安全等诸多领域，具有重要的战略价值，加快加强空天资源建设已成为世界大国的普遍战略举措。任务规划是指对多源用户需求进行分析筹划，对各类空天资源及其附属设施进行指挥调度，制定资源工作计划并视情动态调整，从而充分发挥资源能力的一类管控活动。任务规划是实现空天装备高效运行的关键技术之一。

当前，空天装备的发展呈现出资源规模化、空天一体化、连接泛在化、行为智能化和响应敏捷化等新趋势，提升了空天装备的能力边界，也增加了任务规划的问题复杂度，对任务规划的理论、方法与技术提出了挑战。与此同时，以云计算、大数据、区块链和人工智能等为代表的新一代信息技术的蓬勃发展和广泛渗透，为发展智能任务规划技术带来了难得的机遇。在此背景下，学术界和工业界的研究人员面向复杂任务环境下空天装备任务规划的新问题，研究智能任务规划的新理论、新方法和新技术，不断增强空天装备的任务规划能力，使其能够灵活响应不同的任务需求，为实现全天候、全天时、全地域快速信息响应提供方法支撑。

为集中展现智能任务规划领域的最新研究成果，《无线电工程》2022年第7期推出“智能任务规划”专刊。专刊采用公开征稿的方式组织稿件，在所有通过专家评审的稿件中，最终确定录用稿件23篇。专刊主要展示了卫星自主任务规划、多星协同任务规划、卫星管控系统设计、通信卫星调度、无人机路径规划以及无人机博弈对抗等领域的研究成果。

多星协同任务规划方向共收录5篇论文，主要涉及多星区域覆盖、多星协同观测、一体化调度和雷达资源分配等问题。伍艺等人对多星协同区域目标覆盖观测问题进行了研究，提出了一种基于局部嵌套网格的变邻域搜索算法，能够在较短的时间内计算出较优的区域目标覆盖方案。针对多星协同场景下连续观测时长的周期轮巡建模问题，邢立刚等人设计了一种连续观测时间窗生成算法，能够对频次内的时间窗进行拼接以实现对地面目标的连续观测，实现了连续观测时间窗的优先级计算方法。周忠宝等人研究了卫星成像观测与成像数据一体化调度问题，建立对地观测卫星一体化多目标优化数学模型，设计了一种双种群进化算法，在不同场景下的测试结果表明了所设计算法的有效性。张泽华等人针对多星协同观测任务规划问题提出了一种遗传禁忌算法，通过不同任务规模的仿真实验验证了算法的有效性。针对雷达探测任务日益繁重和单基地雷达成像受目标运动方向限制的问题，杨力萍等人提出了一种分布式MIMO雷达时间与阵面资源自适应调度算法，提高了任务的调度成功率，实现了多成像任务背景下雷达资源的高效管理。

卫星自主任务规划方向收录4篇论文，讨论了卫星自主任务规划、调度以及轨道自主预测等问题。针对敏捷对地观测卫星的自主任务调度问题，刘嵩等人提出了一种星上自主调度策略，设计了一种基于变邻域搜索的自主任务调度算法。杨立峰等人对天基多目标实时成像自主任务规划进行系统性分析，设计了一种多星协同自主任务规划系统架构，完成了半物理仿真验证。针对星上自主任务规划的快速响应需求和星载计算平台计算能力不足的问题，常中祥等人提出了一种星上自主轨道预测方法，该方法不仅有效地提高了卫星轨道预测的精度，而且通过并行计算显著提高了轨道预报计算速度。靳锴等人针对航天器空间交会过程中存在的不确定性因素影响交会精度的问题，综合考虑空间非合作目标在信息层面上不沟通、机动行为上不配合、观测受限、不确定性因素的影响，提出了一种基于长短时记忆与预设性能控制的交会任务规划方法，实现智能自主、安全可靠的航天器交会任务，并通过仿真实验验证了方法的有效性。

通信卫星调度方向共收录3篇论文，包括静止轨道卫星资源调度和中继卫星调度等问题。刘文文等人从静止轨道卫星资源调度问题的根本出发，综合考虑调度过程中涉及的各项因素，建立静止轨道通信卫星资源调度的基础模型。针对中继卫星系统在数据传输过程中突发扰动，如何快速进行重调度问题，龙运军等人提出了基于多目标优化算法NSGA-Ⅱ的重调度方法，当中继卫星在资源和任务规模变化时，其优化结果收敛性、均匀性和多样性均较佳。王怀鹏等人还针对中继资源使用效能问题，分析了资源使用率与用户申请满足率、资源使用率与申请方式以及申请粒度三者之间的关系。

卫星管控系统设计方向共收录2篇论文，分别讨论了高分卫星管控系统设计以及一体化的卫星管控系统架构设计。马万权等人分析了高分辨率对地观测系统的重要性，对高分卫星任务管理系统的应用效果进行了探讨，展望了未来高分遥感卫星任务管理技术发展方向。辛维政等人针对大规模多类型卫星高效管控系统中的容灾以及管控系统分散、架构各异等问题, 提出了基于云计算的卫星任务一体化管控体系架构，设计了“云-网-端”卫星管控体系。

无人机任务规划方向共收录6篇论文，主要讨论了无人机路径、任务规划、车机协同以及多无人机协同等问题。针对配电网线路无人机巡检问题，成亮等人将相应无人机巡检路径规划问题抽象为定向越野问题，提出了改进型的遗传算法，并使用配网线路真实数据进行了案例研究。针对多无人机高速公路巡逻问题，项芮等人将无人机巡逻路径规划问题抽象为一类多站点多旅行商问题，提出了基于遗传思想的亚启发式算法，数值实验结果表明该算法可以快速求得高质量的无人机巡逻任务规划方案。朱外明等人针对使用无人机与物流柜协同执行物流配送问题，将该问题抽象成路径规划与机器调度深度耦合的优化问题，设计了高效的启发式求解算法，并使用物流企业真实使用的无人机数据进行了仿真验证，结果表明所设计的算法能在较短的时间内求得问题的高质量的解。针对用于核酸样本收集的无人机调度问题，陈琴等人提出了一种基于禁忌搜索算法的改进蚁群算法，并通过仿真实验验证了算法的优势。翁越男等人针对分布式无人机集群在辅助疫情防控方面出现的网络通信容错问题，基于共识机制提出了一种改进的拜占庭算法，并通过计算验证了算法的优势。马玲等人针对多机无源传感器协同跟踪任务规划问题，提出了一种基于POMDP的多无人机无源传感器调度算法，并通过基于分布式的自主决策算法实现了实时在线规划能力。

无人机博弈对抗方向收录1篇论文，重点研究了多无人机协同空战中的目标重分配问题，陈宇轩等人提出了一种基于强化学习的分配方法，是将强化学习引入该领域的一次有效的尝试，设计了针对该问题的解决框架以及一种双层奖励回报方法来加快收敛速度，并在VR-Forces仿真平台上进行了仿真实验。

机器人任务规划方向共收录2篇论文，主要讨论了多机器人协同和机器人自主制图问题。鲁婷婷等人针对任务需要多个健康管理机器人协同完成的场景，提出了一种考虑任务时间窗的改进型多染色体任务分配算法，给出了综合考虑行程代价、时间偏差代价和任务收益的最优任务分配方案。李德胜等人针对动态环境下多层代价地图存在更新障碍物层地图信息的局限性问题，提出了一种新的多层代价地图重构算法，并搭建ROS仿真环境，给定动态障碍物的Gazebo场景，验证了多层代价地图构建算法的有效性。

综上所述，专刊所收录的这23篇文章，分别针对特定的研究问题，从不同视角、使用不同方法研究了空天装备的智能任务规划问题，得到了有意义的研究结论，能够给他人提供较好的参考。当然，智能任务规划所涵盖的子领域非常多，这些文章也不能穷尽所有的方面，希望通过这些文章的刊出，让更多的专家学者和研究人员关注该领域的发展，从而促进产生更多的研究成果。

最后，感谢参与稿件评审的各位专家学者的辛勤工作，感谢《无线电工程》编辑部各位老师的大力支持，衷心希望专刊的出版能够对智能任务规划领域的研究起到有益的作用。