面向海上突发事件的快速响应空间部署优化与决策

The source and incentive of emergencies at sea have become increasingly complicated and diversified. Space-based reconnaissance surveillance system which is regarded as the preferred method cannot meet the needs of fast access and operational response for the target-specific at sea. Conventional space system combines with operational response small satellites is a new solution to these problems. However, constructing highly efficient Operationally Responsive Space (ORS) is a complex systems engineering. Payload configuration, obit deployment and decision-making are the key parts for the final realization of operational response. By applying multi-objective optimization and decision-making techniques, it investigates the key techniques in optimizing ORS-oriented satellites configuration and obit deployment, and presents the corresponding solutions for dynamic aggregating space-based resource to the local area at specified time. An improved multi-objective differential evolution algorithm and visual decision-making are applied for on-orbit satellites reconfiguration and decision-making in reconfiguration mode for the fixed target at sea. For moving targets, decision preference-oriented multi-objective differential evolution is proposed to solve the obit deployment in multi-satellites networking mode. Research results aim at providing quantitative analysis and decision support for fully leveraging the advantages of our aerospace resources under various emergency events at sea.

海上突发事件的来源和诱因日趋复杂化和多元化，现有的首选观测手段—天基侦察监视体系难以满足对特定目标的快速达到、快速重访等需求，结合传统空间力量和快响小卫星构建面向海上突发事件的快速响应空间是解决这一问题的新思路。构建快速响应空间是一项复杂的系统工程，快速响应空间的配置、部署优化和决策是实现对海上应急目标快速响应的关键。本申请围绕快速响应空间部署优化，深入研究在轨重构和多星组网两种响应模式下将空间资源动态聚合到突发事件相关的局部时空区域途经和方法，构建相应的优化问题模型。着重探讨针对优化问题特点设计的多目标优化与决策方法，尤其是利用改进的多目标差分进化算法和可视化决策技术解决面向海上固定目标的重构优化与决策，以及利用集成决策偏好的多目标差分进化算法和目标运动轨迹预测技术解决面向海上移动目标的多星组网部署优化。研究成果为发挥我国航天资源在应对各种突发事件下的空间观测优势提供定量分析和决策支持。

传统空间系统以提供战略服务为目的，技术复杂、成本昂贵，难以有效对这类事件进行情报保障。因此，迫切需要构建高效、快速响应的空间系统（Operationally Responsive Space, ORS），以满足多样化的应急任务需求，实现对海洋目标的快速响应。当前，以低成本、低风险、短研制周期、快速发射、快速响应为特点的小卫星逐渐成为空间系统的重要组成部分，一系列新技术、新概念、新管理方式在小卫星中的成熟应用，为ORS的发展提供了技术支持。在应用需求和技术支持的背景下，本项目将ORS作为常规空间系统的有益补充，以快响小卫星为主要研究对象，以充分发挥我国航天资源在应对海洋突发事件下的空间观测优势为目的，综合运用多目标优化与决策技术，深入研究面向任务的ORS卫星部署优化中存在的问题及关键技术，提出了相应的求解方法。本项目的主要贡献包括：研究了面向海洋目标的快速响应模式；提出了快速发射模式下考虑用户观测偏好的卫星部署优化设计方法；提出了在轨重构模式下卫星部署优化设计方法；提出了面向移动目标的多星组网模式卫星部署优化设计方法。