空天协同广域目标搜索中的动态资源配置与任务规划

Wide area target search refers to the process of detecting a wide range of area to find the specific targets, which has strong practical background and application requirements. The search for Malaysia flight MH370 is a typical case. Due to the difficulties such as large area search, dynamic environment and high uncertainty, how to configure the search resources and plan the search process to obtain the best search performance has become an important decision and optimization problem. In recent years, the aeronautics and space platforms including Earth observation satellite(EOS) and unmanned aerial vehicle (UAV) have been increasingly used in wide area target search, and has been become significant search resources. Moreover, The EOS and UAV can form cooperative search systems to complement with each other in search capabilities. Aeronautics-space cooperaive search is an innovative search mode. Since it has already been applied in practice, it still lacks adequate theoretical basis and methodological support. Aiming at this issue, this project will study aeronautics-space collaborative dynamic resource allocation and task planning methods based on the modeling of wide area target search task and aeronautics and space platform search ability. And this project will carry out case studies on typical wide area search events. The expected results of the project can expand and improve the contents of the search theory, promote the optimization allocation and efficient use of aeronautics and space resources, and provide supports for decision making.

广域目标搜索是指探测大范围的区域以确定特定目标位置的过程，具有很强的现实背景和应用需求，MH370航班失联客机搜救就是一个典型案例。由于其具有搜索面积大、环境动态变化、不确定性强等难点，因此如何配置搜索资源和规划搜索过程以取得最好的搜索效果成为一类重要的决策与优化问题。近年来，成像卫星和无人机等航空航天平台在广域目标搜索中得到广泛应用，日益成为重要的搜索资源，并且它们在搜索能力上的互补性也促使空天协同成为先进的搜索模式。由于空天协同搜索是一种创新的应用方向，虽已开展实践探索，但在动态资源配置与任务规划等方面尚缺乏足够的理论基础和方法支撑。为此本项目将在对广域目标搜索任务建模与空天平台搜索能力建模的基础上，深入研究空天协同动态资源配置与任务规划方法，并结合具体搜索事件开展案例研究。本项目的预期成果可以拓充完善搜索论的内容体系，能够促进空天资源的优化配置和高效使用，并为决策者提供决策支持。

广域目标搜索是指探测大范围的区域以确定特定目标位置的过程，具有很强的现实背景和应用需求。近年来，成像卫星和无人机等航空航天平台在广域目标搜索中得到广泛应用，日益成为重要的搜索资源，并且它们在搜索能力上的互补性也促使空天协同成为先进的搜索模式，如何面向广域目标综合配置卫星与无人机等异质搜索资源已成为一类重要的决策与优化问题。为此，需要针对广域目标搜索面积大、环境动态变化、不确定性强等特点，综合考虑卫星和无人机运动方式、探测能力、覆盖范围等特性，通过动态资源配置与任务规划方法为搜索任务分配合理的观测资源并生成观测方案，充分发挥空天平台的互补优势，提高资源利用率和需求完成率。首先，分析了不同广域目标搜索任务类型，结合地球观测卫星、无人机资源的使用特征，对任务进行了形式化描述，对资源搜索能力建立了统一表征模型。其次，针对空天平台资源特性和需求复杂性，提取任务要求和资源使用约束，构建了对地观测任务分配架构，设计了面向多准则和多约束的资源分配方法和动态重分配方法，研究了空天协同模式下多无人机协同任务分配优化模型算法和虚拟星座资源组合技术，形成任务与资源间的匹配关系。然后，面向空天平台协同探测能力，围绕提升目标发现概率的目的，基于任务与资源间匹配关系，以覆盖率为关键指标研究了多星广域任务规划方法；针对搜索任务链，研究了多星成像任务和下传任务协同优化的多卫星成像传输一体化任务规划与调度方法；同时结合实际应用背景针对应急问题研究了多星应急任务规划方法。最后，结合四川汶川地震等具体搜索事件开展了仿真案例研究，验证项目成果的有用性。本项目的成果对于促进空天资源的优化配置和高效使用具有支撑作用。