随着卫星能力的提升和应急需求的常态化, 传统的集中式任务规划或面向单个应急任务的分布式协同规划已经难以满足现有卫星的协同规划需求. 针对批量应急任务需求, 研究分布式卫星在线协同问题. 首先, 基于合同网机制, 针对批量到达任务所导致的通信量激增和循环求解问题, 提出了一种基于双层禁忌搜索的改进合同网机制(improved contract network protocol based on two-layer tabu search, ICNPTS). ICNPTS将原问题分为标书制作问题和评标问题, 并利用历史招投标信息, 对传统合同网流程提出三个改进机制. 其次, 为标书制作问题提出冲突消解的禁忌搜索算法以生成标书; 将评标问题建模为二部图最大权多重匹配并采用基于支配边集的多重匹配算法进行求解. 最后, 通过数值实验, 验证了ICNPTS在减小卫星间通信量和提升协同效果上的有效性.

　　自21世纪起，我国航天事业迅猛发展，卫星技术革新显著。随着“高分辨率对地观测系统”“第三代北斗卫星导航系统”等国家重大专项工程的建设，以及民营、商业航天产业的蓬勃发展，我国卫星系统呈“爆炸式”增长，为社会、经济、国防等重要领域提供了及时、精准的数据信息保障。

　　分布式卫星系统以其独特的可靠性、灵活性和可扩展性优势，在搜索救援、情报保障、国土测绘等领域得到了广泛应用。具体而言，当面对突发热点事件时，分布式卫星系统能够依托其配备的异常探测设施，迅速发现并生成一系列遥感需求，即应急任务需求，为相关决策提供了有力的信息支撑。

　　为了有效解决分布式卫星在批量应急任务规划方面所面临的问题，亟需构建一种“任务滚动调度在轨自主协同高效规划决策”的综合性在线协同方法，以实现：

　　（1）卫星能力与任务需求以及环境场景的即时最优适配，推动卫星系统功能的持续演进；

　　（2）推动协同模式从传统的集中式离线协同向分布式在线自主协同的转变，更能为分布式卫星系统在批量应急任务处理方面提供快速高效的解决方案；

　　（3）以其可靠性、灵活性以及去中心化的架构设计，进一步提升卫星在复杂环境中的应对能力。

　　在卫星Kaiyun运行过程中，经常遇到卫星故障、热点事件等突发情况，导致需要处理大量应急任务。传统常规集中式任务调度算法的时效性不足，利用卫星进行分布式在线协同与调度成为应对这些应急任务的关键。针对分布式卫星批量应急任务在线协同问题，本章首先将其建模为一个混合整数规划模型，以描述多星多任务分配问题。为了描述和解决任务在线到达的情况，本节进一步引入多Agent理论，提出了基于合同网机制的分布式协同框架，将原问题解耦为合同网制标问题和合同网评标问题，并分别建模为混合整数规划模型和二部图多重匹配模型。

　　（1）任务滚动调度：：在ICNPTS中引入循环招标机制，实现任务的滚动规划。同时，引入解约机制和禁忌搜索机制，以应对协同过程中可能出现的局部求解困境，确保调度的高效性和灵活性。

　　（2）在轨自主协同：基于ICNPTS的协同流程，提出一种基于支配边集的多重匹配算法为评标问题提供优质解决方案，充分发挥分布式卫星在轨协同能力。

　　（3）高效规划决策：为解决ICNPTS中的合同网制标问题，在单星层面设计了一种基于冲突消解的禁忌搜索算法。该算法能够快速找到满足约束条件的优质解，为分布式卫星提供高效的批量任务规划方案。

　　综上所述，本文的研究内容涵盖了针对批量应急任务的分布式卫星协同规划模型和相应的高效协同与决策算法，为分布式卫星提供了高效的批量任务规划方案。这些研究成果为卫星任务调度批量应急任务提供解决方案，为发挥我国卫星系统社会、经济、军事效益提供有益的算法支撑。

　　针对批量任务的分布式卫星在线协同任务规划问题，提出了一种基于双层禁忌搜索的分布式卫星自组织算法。该算法基于经典合同网机制的基础上，对其框架流程、制标问题、评标问题进行了改进，有效解决了合同网机制面向批量任务所面临的通信次数激增，陷入局部最优的问题。其中，所提分布式流程框架可以应用于其他多智能体协同问题; 同时，基于冲突消解的禁忌搜索制标算法算子设计和禁忌列表设计思路对于具有复杂时间窗约束的优化问题等问题也具有一定通用性。通过算法消融实验、与求解器和其他算法的对比实验，论证了所提算法的合理性和有效性。

　　未来的研究可以从以下方向展开：第一，将更多机器学习技术引入本文模型构建与算法设计过程中，增强卫星任务调度智能化、自主化水平，形成“航天+AI+组合优化”的领域新特色；第二，考虑面向100颗星以上的大规模星群的卫星之间的批量任务在线协同问题，以适应卫星规模化、小型化发展趋势。

　　本文摘编自《系统工程理论与实践》2025年,第45卷,第1期论文《面向批量应急任务的分布式卫星在线协同方法》（点击题目链接全文）；

　　作者：杨唯一, 博士研究生,研究方向:系统规划与管理决策技术；何磊（通信作者）, 博士,副教授,研究方向:系统规划与管理决策技术；刘晓路, 博士,副教授,研究方向:系统规划与管理决策技术；杜永浩, 博士,副教授,研究方向:系统规划与管理决策技术；陈英武，博士,教授,研究方向:系统规划与管理决策技术