劉桂枝，張秀程

（1.大同大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院，山西 大同037009；2.中國(guó)科學(xué)院 空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心，北京100094）

0 引 言

分布式交互仿真技術(shù)是在美軍軍事需求的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，大致經(jīng)歷了4個(gè)階段，分別是SIMNET（simulation network）、DIS（distributed interactive simulation）、ALSP（aggregated level simulation protocol）和 HLA（high level architecture）［1］。美軍當(dāng)前仿真研究的主要標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范就是HLA，其軍事領(lǐng)域大型仿真系統(tǒng)都支持HLA。HLA也是航天領(lǐng)域仿真的主要技術(shù)平臺(tái)，從仿真的實(shí)際需求來(lái)看，航天領(lǐng)域仿真已開始由單星、單性能向多衛(wèi)星、多功能、多目標(biāo)的協(xié)同仿真轉(zhuǎn)變，由局部仿真向分布式大型綜合性仿真轉(zhuǎn)變［2］。

衛(wèi)星是航天任務(wù)系統(tǒng)主要組成部分，主要用于對(duì)地觀測(cè)、氣象預(yù)報(bào)、衛(wèi)星通信、科學(xué)探測(cè)等任務(wù)。以衛(wèi)星為代表的航天器是在國(guó)家軍事經(jīng)濟(jì)中的作用越來(lái)越重要?，F(xiàn)在衛(wèi)星技術(shù)不僅對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要，而且對(duì)于國(guó)家安全也是不可或缺的，其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛［3］。現(xiàn)在針對(duì)衛(wèi)星的仿真研究較多，但多是針對(duì)局部技術(shù)的仿真［4－6］。

航天信息系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，信息獲取平臺(tái)和傳感器不僅種類繁多，特性各異，且空間分布隨時(shí)間變化；被探測(cè)的對(duì)象也千變?nèi)f化，空間上和時(shí)間上都在變化；衛(wèi)星探測(cè)的過(guò)程還受到自然條件和人為干擾的限制，而且空間任務(wù)往往具有并發(fā)特性［7］。針對(duì)紛繁眾多的資源和目標(biāo)，在有條件限制的狀況下，針對(duì)多個(gè)任務(wù)需求，要快速的做出決策，光靠人力是做不到的，必須依靠系統(tǒng)規(guī)劃的最優(yōu)化技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)［8］。

多任務(wù)規(guī)劃與協(xié)同控制技術(shù)就是在上述背景下提出的，即利用現(xiàn)有或?qū)⒕邆涞母黝愋l(wèi)星、地面系統(tǒng)充分考慮各類約束條件（如衛(wèi)星數(shù)量、傳感器約束、氣象、通信等），研究如何對(duì)多個(gè)應(yīng)用任務(wù)進(jìn)行多平臺(tái)、多傳感器的智能協(xié)同規(guī)劃，并實(shí)現(xiàn)對(duì)各類相關(guān)資源的科學(xué)管理［9］。多任務(wù)指借助于各種衛(wèi)星進(jìn)行多個(gè)探測(cè)任務(wù)，既包括周期較長(zhǎng)的戰(zhàn)略性任務(wù)，也包括諸如聚焦、變軌等的具體任務(wù)。多任務(wù)規(guī)劃是一個(gè)集任務(wù)分析和分解、指令下達(dá)、信息獲取、數(shù)據(jù)下傳于一體的智能規(guī)劃系統(tǒng)［9］。

在當(dāng)前的技術(shù)條件下，對(duì)大范圍內(nèi)的目標(biāo)進(jìn)行快速探測(cè)和搜索，只有借助于衛(wèi)星。然而，盲目的搜索不僅發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的效率低，甚至還可能給決策者提供了錯(cuò)誤的信息，因而有必要對(duì)使用衛(wèi)星等搜索運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行研究，力求給出使用衛(wèi)星搜索的最優(yōu)或較優(yōu)策略［10］。

本文提出了MIP/CP混合模型的任務(wù)規(guī)劃算法，基于啟發(fā)式算法進(jìn)行了優(yōu)化。以此技術(shù)為基礎(chǔ)，針對(duì)海洋移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行空間搜索的過(guò)程為例設(shè)計(jì)了一個(gè)多任務(wù)規(guī)劃仿真系統(tǒng)。航天任務(wù)仿真往往都是針對(duì)某一任務(wù)環(huán)節(jié)進(jìn)行仿真，本文以任務(wù)規(guī)劃算法為基礎(chǔ)，對(duì)衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)任務(wù)的全流程進(jìn)行仿真，驗(yàn)證MIP/CP模型的有效性。

1 動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡預(yù)測(cè)方法

考慮兩個(gè)運(yùn)動(dòng)中最基本的因素，方向θ與運(yùn)行速度υ。設(shè)θ服從f分布，υ服從g分布，并且認(rèn)為θ與υ是獨(dú)立的，因此（θ，υ）的聯(lián)合密度為f＊g。還假設(shè)在一定時(shí)間范圍內(nèi)θ和υ是不變的，Ω是艦隊(duì)可能出現(xiàn)的區(qū)域，則Ω上艦隊(duì)可能出現(xiàn)的概率直接由（θ，υ）與時(shí)間t決定，即（θ，υt）～f＊（g＊t）。

利用計(jì)算機(jī)仿真可以把動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)范圍以概率的形式表示，據(jù)此可以統(tǒng)計(jì)出可能行分布，這樣問(wèn)題就變成一個(gè)有概率權(quán)值的區(qū)域分布問(wèn)題。由于計(jì)算機(jī)仿真依據(jù)時(shí)間t輸出結(jié)果，使得結(jié)果具有了時(shí)間屬性，可以進(jìn)行某個(gè)時(shí)間區(qū)域的運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)分析?？紤]到人機(jī)接口輸入的概率分布函數(shù)的復(fù)雜性，以及f，g函數(shù)精確計(jì)算所需要花費(fèi)的代價(jià)，統(tǒng)一采用多項(xiàng)式插值逼近分布函數(shù)。通過(guò)f和g的分布，構(gòu)造函數(shù)隨機(jī)產(chǎn)生出來(lái)的點(diǎn)落在Ω區(qū)域內(nèi)。對(duì)于連續(xù)的隨機(jī)變量，有很多辦法可以模擬，常用的有兩種，一種是反變換算法，一種是接受拒絕法。對(duì)于某些復(fù)雜的函數(shù)采用后一種算法，即接受拒絕法［10］。

通過(guò)把動(dòng)目標(biāo)搜索問(wèn)題轉(zhuǎn)化為區(qū)域覆蓋問(wèn)題，并基于此來(lái)針對(duì)單顆和多顆衛(wèi)星設(shè)計(jì)搜索策略。除了在海洋陸地二維曲面上采用此模型計(jì)算運(yùn)動(dòng)范圍外，對(duì)于空、天等三維空間運(yùn)動(dòng)范圍，也可以推廣得到。在三維空間里，在地球慣性坐標(biāo)系下描述物體運(yùn)動(dòng)的球極坐標(biāo)采用（α，β，γ），分別表示物體方位角、俯仰角、運(yùn)動(dòng)速度。使用2維處理的方法，直接統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)點(diǎn)，雖然也可以解決問(wèn)題，但是由于維數(shù)的增加，帶來(lái)搜索范圍的擴(kuò)大，需要產(chǎn)生足夠多的信息點(diǎn)，來(lái)覆蓋物體運(yùn)動(dòng)范圍，這增加了模擬的運(yùn)算量以及統(tǒng)計(jì)所需要的時(shí)間，概率密度直方圖也無(wú)法在三維空間內(nèi)描述。某些對(duì)于高度變化不大的物體，可以把三維信息轉(zhuǎn)化為二維信息，從而套用前面的方法解決問(wèn)題［10］。

2 多任務(wù)智能規(guī)劃技術(shù)

MIP模型能同時(shí)顧及各種約束條件，且對(duì)于簡(jiǎn)單約束在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)求解迅速，缺點(diǎn)在于對(duì)含有復(fù)雜約束的問(wèn)題處理效率低；CP模型由于其采用約束傳播和搜索方法進(jìn)行約束推理，因而非常適合具有復(fù)雜關(guān)系的一類問(wèn)題，如組合問(wèn)題、離散問(wèn)題等，不足在于求解最大、最小等問(wèn)題等優(yōu)化問(wèn)題時(shí)，常常效率不高，即規(guī)劃推理更適合快速找到一個(gè)可行解，而非最優(yōu)解?；旌?MIP－CP模型則是在充分考慮兩種模型的優(yōu)缺點(diǎn)后建立的，即混合模型去掉不必要的冗余約束，并在兩者間建立聯(lián)系，同時(shí)還要針對(duì)混合模型給出合適的算法，達(dá)到快速求解問(wèn)題的目的。混合MIP/CP模型，借助于人工智能中的智能規(guī)劃技術(shù)，設(shè)計(jì)啟發(fā)式求解算法，從而極大地提高模型求解效率。表1、2、3分別是采用MIP模型、CP模型、混合MIP/CP模型求解相同問(wèn)題時(shí)的計(jì)算效率，由此對(duì)比看出，采用混合MIP/CP模型的效率更高［10］。

表1 MIP模型的計(jì)算結(jié)果

表2 CP模型的計(jì)算結(jié)果

將上述結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，比較圖見圖1。從圖1中可以看出，混合MIP/CP模型的求解效率比起單獨(dú)的兩種模型有顯著提高，尤其在問(wèn)題規(guī)模較大時(shí)速度的提高更為明顯。

表3 混合MIP/CP模型的計(jì)算結(jié)果

圖1 3種模型求解效率比較曲線

3 系統(tǒng)需求

航天多任務(wù)智能規(guī)劃是一個(gè)多維度的資源優(yōu)化配置問(wèn)題，為了獲得最優(yōu)或者次優(yōu)解，首先需要認(rèn)真分析影響任務(wù)規(guī)劃的約束條件。其中規(guī)劃模式、可用的規(guī)劃資源、規(guī)劃目標(biāo)構(gòu)成了影響規(guī)劃的直接約束；而光照、氣象等條件可認(rèn)為是間接約束。航天信息系統(tǒng)多任務(wù)規(guī)劃，就是通過(guò)對(duì)各類可用資源按照一定的準(zhǔn)則進(jìn)行優(yōu)化配置，以滿足執(zhí)行任務(wù)的要求。而資源的所謂 “優(yōu)化配置”，是與指定的任務(wù)性質(zhì)和規(guī)模密切相關(guān)的。因此，分析航天信息系統(tǒng)可能的任務(wù)和其未來(lái)的工作模式，對(duì)于航天信息系統(tǒng)的多任務(wù)規(guī)劃，是至關(guān)重要的［11］。

在規(guī)劃模式中，重點(diǎn)考慮的是觀測(cè)時(shí)間范圍的要求以及優(yōu)先級(jí)（重要程度）的要求。常見的模式有常規(guī)模式、應(yīng)急模式、聚焦模式、規(guī)劃資源［11］。

規(guī)劃資源是規(guī)劃系統(tǒng)中最為基礎(chǔ)的一類數(shù)據(jù)信息，對(duì)于待規(guī)劃資源的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可按其更新變化頻度及在規(guī)劃不同階段的作用，分為屬性參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)、規(guī)劃參數(shù)3類?？臻g信息多任務(wù)規(guī)劃原型系統(tǒng)只考慮3類目標(biāo)，地面點(diǎn)目標(biāo)、地面區(qū)域目標(biāo)、海洋移動(dòng)目標(biāo)［11］。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

航天信息多任務(wù)規(guī)劃仿真系統(tǒng)分為兩個(gè)子系統(tǒng)，即多任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)。當(dāng)空間信息仿真計(jì)劃制定完畢以后由任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)負(fù)責(zé)規(guī)劃調(diào)度，然后仿真子系統(tǒng)依照規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行仿真。

系統(tǒng)邏輯關(guān)系圖如圖2所示。

圖2 航天信息多任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.1 多任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)

多任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)是空間信息多任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的主體。多任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)是建立在大量的數(shù)據(jù)資源以及多種類型搜索、規(guī)劃算法的基礎(chǔ)之上的。它負(fù)責(zé)根據(jù)用戶制定的觀測(cè)任務(wù)，首先對(duì)任務(wù)進(jìn)行分析分解，對(duì)于不確定的任務(wù)利用搜索算法確定具體目標(biāo)，再對(duì)任務(wù)分解得到元任務(wù)（任務(wù)片斷）進(jìn)行規(guī)劃，最終形成完整的規(guī)劃方案。

4.2 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

多任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)模型為驅(qū)動(dòng)的，系統(tǒng)按照任務(wù)以及時(shí)效性等要求的不同選擇合適的模型算法以及數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類觀測(cè)的規(guī)劃。因此多任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的核心是模型算法和對(duì)這些模型算法的調(diào)用管理，以及模型在系統(tǒng)中的存在和使用方式，可將多任務(wù)系統(tǒng)劃分為4個(gè)層次，從底層到高層分別為：數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層和擴(kuò)展層，如圖3所示。

圖3 空間信息多任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)功能模塊

4.3 仿真系統(tǒng)

仿真系統(tǒng)是對(duì)空間信息資源的模擬，為多任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)提供一個(gè)逼真的規(guī)劃執(zhí)行環(huán)境。仿真系統(tǒng)主要有兩個(gè)作用：一方面，它為多任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)中各種模型、算法設(shè)計(jì)的是否合理，提供了一個(gè)測(cè)試驗(yàn)證手段；另一方面，它也為未來(lái)航天信息系統(tǒng)，各類平臺(tái)、傳感器、地面站的部署提供了一個(gè)仿真和評(píng)估平臺(tái)。多任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)與仿真系統(tǒng)的邏輯劃分應(yīng)遵循以下原則：一個(gè)是多任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)與仿真系統(tǒng)的接口應(yīng)與真實(shí)系統(tǒng)的接口保持一致；另一個(gè)是仿真系統(tǒng)與多任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)應(yīng)相互獨(dú)立，減少之間耦合［12］。

4.3.1 仿真系統(tǒng)成員劃分

根據(jù)系統(tǒng)的功能及航天探測(cè)實(shí)際業(yè)務(wù)進(jìn)行劃分，仿真系統(tǒng)可劃分為管理控制聯(lián)邦成員、衛(wèi)星聯(lián)邦成員、地面戰(zhàn)聯(lián)邦成員，目標(biāo)聯(lián)邦成員，環(huán)境約束聯(lián)邦成員，可視化聯(lián)邦成員以及智能規(guī)劃聯(lián)邦成員。智能規(guī)劃聯(lián)邦成員通過(guò)規(guī)劃子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)仿真任務(wù)進(jìn)行分解以及數(shù)據(jù)規(guī)劃預(yù)處理，當(dāng)任務(wù)下達(dá)后通過(guò)任務(wù)規(guī)劃子系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃；管理控制聯(lián)邦成員是仿真系統(tǒng)的管理控制核心，其他成員接收該成員發(fā)布的命令。

4.3.2 聯(lián)邦FOM 設(shè)計(jì)

對(duì)于HLA仿真，F(xiàn)OM的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。FOM就是對(duì)物理系統(tǒng)的用面向?qū)ο蟮乃枷脒M(jìn)行的抽象建模，F(xiàn)OM反映了仿真系統(tǒng)的物理屬性，也是成員之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換橋梁和紐帶［12］。FOM設(shè)計(jì)遵循DMSO的對(duì)象模型模板（object model template，OMT）設(shè)計(jì)規(guī)范，是仿真系統(tǒng)創(chuàng)建聯(lián)邦執(zhí)行時(shí)的基本配置文件。參加仿真聯(lián)邦的對(duì)象類和交互類以及它們的屬性和參數(shù)信息都定義在FOM中。各個(gè)仿真成員間的數(shù)據(jù)交互交換是通過(guò)HLA/RTI提供的 “公布與訂購(gòu)”服務(wù)實(shí)現(xiàn)［13］。公布數(shù)據(jù)的仿真成員負(fù)責(zé)更新仿真數(shù)據(jù)，由RTI負(fù)責(zé)通知訂購(gòu)該數(shù)據(jù)的仿真成員進(jìn)行反射接收［14］。仿真系統(tǒng)中衛(wèi)星，地面站，目標(biāo)等成員作為仿真聯(lián)邦的主要實(shí)體，雖然不一定對(duì)實(shí)體的所有屬性建模，但必須要對(duì)仿真關(guān)心的屬性進(jìn)行建模［15］。交互類用來(lái)記錄聯(lián)邦/仿真中的交互類及其父類、子類關(guān)系，成員之間的所有的交互都是由仿真實(shí)體發(fā)出的本仿真系統(tǒng)共設(shè)計(jì)了8個(gè)對(duì)象類，分別是 HLAManager，StarObjClass，StarObjClass，SimuObjClass， SensorObjClass， StationObjClass， TgtObjClass，SatePlatClass，TDRSSObjClass，TDRSTObjClass；設(shè)計(jì)了8個(gè)交互類，分別是 HLAManager，TgtInterClass，SimuInterClass， TdrInterClass，StarInterClass， SatePlatInterClass，SenInterClass，StationInterClass。

4.3.3 仿真聯(lián)邦成員設(shè)計(jì)

仿真聯(lián)邦的成員是在邏輯上協(xié)同的仿真組件，成員可以在其他仿真成員不存在或者失效的情況下獨(dú)立完成本身的仿真任務(wù)，但是不能在其他成員不存在的情況下完成全面的仿真任務(wù)。換言之，也就是各個(gè)成員需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，協(xié)同工作才能完成預(yù)定的任務(wù)。

管控成員是仿真系統(tǒng)的控制核心，執(zhí)行聯(lián)邦創(chuàng)建、聯(lián)邦銷毀、聲明注冊(cè)同步點(diǎn)、控制聯(lián)邦進(jìn)程等。管控成員可以集成地面任務(wù)中心的功能，進(jìn)行信息交換轉(zhuǎn)發(fā)；采集用戶需求和測(cè)控?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)任務(wù)需要，生成有效載荷的工作計(jì)劃，生成控制指令或者數(shù)據(jù)注入，上行給航天器。

衛(wèi)星成員主要是公布衛(wèi)星當(dāng)前的位置以及速度，以及和地面戰(zhàn)、中繼星進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，顯示衛(wèi)星的各個(gè)運(yùn)行參數(shù)，執(zhí)行管控成員的各種指令。衛(wèi)星成員雖然功能相對(duì)簡(jiǎn)單，但是具有擴(kuò)展性，可以根據(jù)任務(wù)需要加入多個(gè)的衛(wèi)星完成不同的仿真任務(wù)。

地面站成員完成與衛(wèi)星成員間的通訊并實(shí)現(xiàn)對(duì)空測(cè)量雷達(dá)的功能。地面站分為固定站和移動(dòng)站，移動(dòng)站在地理位置上不是固定的，比如我國(guó)的遠(yuǎn)洋航天測(cè)量船，所以地面站聯(lián)邦成員必須更新位置信息給其他成員。正如現(xiàn)實(shí)中的地面站一樣，地面站聯(lián)邦成員也有自己的測(cè)控范圍、地面站天線的方位和俯仰角的變化等星地可見關(guān)系計(jì)算。地面站是地面管理中心和衛(wèi)星的通信紐帶，通過(guò)數(shù)據(jù)交互，完成對(duì)航天器的信息收集與對(duì)航天器的數(shù)據(jù)、指令上行等通訊工作。

視景顯示聯(lián)邦成員訂購(gòu)其他成員需要顯示的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)以三維的形式進(jìn)行渲染、顯示，供用戶進(jìn)行觀察和分析，它是對(duì)仿真過(guò)程數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化渲染。

目標(biāo)成員模擬在海洋中移動(dòng)的目標(biāo)，公布自身的位置信息，并對(duì)衛(wèi)星的覆蓋進(jìn)行計(jì)算，公布自身的被衛(wèi)星覆蓋的信息。目標(biāo)成員在后期版本準(zhǔn)備加入點(diǎn)目標(biāo)、區(qū)域目標(biāo)，完成深入的仿真任務(wù)。

4.4 仿真系統(tǒng)流程

系統(tǒng)首先由管控成員進(jìn)行仿真信息配置，規(guī)劃子系統(tǒng)讀取資源數(shù)據(jù)庫(kù)以及任務(wù)配置信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，進(jìn)行任務(wù)分解和規(guī)劃。規(guī)劃子系統(tǒng)的基本流程：當(dāng)觀測(cè)任務(wù)到達(dá)之后首先對(duì)任務(wù)進(jìn)行分析分解處理，然后對(duì)不確定的目標(biāo)根據(jù)先驗(yàn)信息進(jìn)行搜索，根據(jù)目標(biāo)出現(xiàn)概率，選擇概率較高的區(qū)域作為觀測(cè)目標(biāo)。任務(wù)目標(biāo)確定之后，就可以對(duì)當(dāng)前可用資源進(jìn)行規(guī)劃處理，對(duì)于臨近空間的規(guī)劃結(jié)果，還需要進(jìn)行航跡規(guī)劃處理。對(duì)多任務(wù)規(guī)劃處理過(guò)程的控制由任務(wù)規(guī)劃調(diào)度部件通過(guò)消息方式進(jìn)行。規(guī)劃的結(jié)果轉(zhuǎn)化為通過(guò)管控成員的發(fā)布的指令。繼而創(chuàng)建聯(lián)邦執(zhí)行，初始化各個(gè)聯(lián)邦成員，發(fā)送命令開始仿真。

各個(gè)成員根據(jù)收到的指令執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，如衛(wèi)星成員根據(jù)收到的指令，進(jìn)行變軌或調(diào)姿，并執(zhí)行設(shè)備相關(guān)動(dòng)作，例如設(shè)備開機(jī)或者關(guān)機(jī)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。地面?zhàn)成員也是根據(jù)指令進(jìn)行天線的跟蹤、開機(jī)、關(guān)機(jī)、通信等。

如果衛(wèi)星搜索到目標(biāo)，則把目標(biāo)信息傳給管控成員，執(zhí)行下一步指令動(dòng)作，否則返回給規(guī)劃子系統(tǒng)，進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃調(diào)整，重新生成指令，交給控制成員，控制成員重新把指令發(fā)布給各個(gè)成員執(zhí)行。

5 仿真數(shù)據(jù)分析

對(duì)規(guī)劃模型和算法進(jìn)行了仿真測(cè)試，得到了相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)果和結(jié)論，計(jì)算采用的模型和算法為混合 MIP－CP模型與啟發(fā)式求解算法［11］。

表4 仿真測(cè)試用例問(wèn)題規(guī)模

對(duì)每一個(gè)測(cè)試問(wèn)題，為仿真平臺(tái)配置了相應(yīng)的可用資源，規(guī)劃周期分別取1天、7天、48天，進(jìn)行規(guī)劃計(jì)算，每組測(cè)試數(shù)據(jù)運(yùn)行20次，統(tǒng)計(jì)其平均用時(shí)和平均誤差，得到如下統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

由圖4、5、6可以看出：

（1）隨著問(wèn)題規(guī)模的加大，規(guī)劃用時(shí)也相應(yīng)增大，但比起以往的模型和算法（如MIP模型、CP模型等），無(wú)論從增加的絕對(duì)值還是相對(duì)比例上，新模型和算法都要小許多，即新模型和算法對(duì)較大規(guī)模的規(guī)劃問(wèn)題更為適合。

（2）隨著規(guī)劃周期的變長(zhǎng)，規(guī)劃用時(shí)顯著增大，其實(shí)質(zhì)也是由于問(wèn)題規(guī)模的增大而引起的：規(guī)劃周期越長(zhǎng)，可選擇的觀測(cè)、通信弧段也越多，即增大了搜索空間范圍。從表5中還看出，為了在可接受時(shí)間范圍內(nèi)得到問(wèn)題的可行解（未必是最優(yōu)解），我們犧牲了解的精度，即允許規(guī)劃計(jì)算返回可行解而非最優(yōu)解。如在規(guī)劃周期為48天情況下，得到的基本都是近似最優(yōu)解。

表5 規(guī)劃求解平均用時(shí)統(tǒng)計(jì)

6 結(jié)束語(yǔ)

討論了動(dòng)目標(biāo)搜索的一般理論，衛(wèi)星對(duì)動(dòng)目標(biāo)的搜索技術(shù)，以及多星多任務(wù)規(guī)劃的混合MIP/CP模型，并給出了針對(duì)該模型的算法以及仿真結(jié)果，所有結(jié)果來(lái)源于研究小組開發(fā)的空間信息多任務(wù)智能規(guī)劃仿真系統(tǒng)。

圖6 規(guī)劃周期48天的規(guī)劃平均用時(shí)比較

通過(guò)以上研究，得到了一些初步結(jié)論：航天信息多任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，涉及到的資源、目標(biāo)眾多，多任務(wù)規(guī)劃技術(shù)的研究?jī)?nèi)容廣而難，涉及到人工智能、計(jì)算機(jī)仿真、運(yùn)籌學(xué)、搜索論，圖形學(xué)等多個(gè)方面，尤其是動(dòng)目標(biāo)搜索理論和對(duì)抗形式下的任務(wù)規(guī)劃，可借鑒和學(xué)習(xí)的理論成果還很少。文中的主要算法及模型經(jīng)過(guò)測(cè)試首先驗(yàn)證了其正確性，同時(shí)經(jīng)測(cè)試顯示具有較高的效率，滿足有關(guān)技術(shù)指標(biāo)的要求，為今后的深入的研究奠定了理論依據(jù)。

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