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基于列生成算法的遥感星群边缘计算和多跳路由联合规划方法

遥感星座,边缘计算,星间路由,列生成

专题工作坊：航天装备体系工程 > 4. 航天任务智能规划技术

随着卫星遥感技术的突破及其应用场景的持续拓展，遥感卫星的探测对象从静止目标拓展至高速运动、灵活机动的时敏目标，这对卫星响应执行的时效性提出了更高的要求，传统 “卫星观测、数据下载、地面处理决策” 的模式难以满足高时效性观测需求，需要建立星载边缘计算架构，通过星载高性能计算机，实现图像处理、信息融合、健康管理、任务规划等计算密集型任务的在轨实时处理。然而，单星有限的算力资源与待计算任务在空间上的不均匀分布形成显著矛盾：目标分布密集、观测环境复杂的区域产生算力需求洪峰易引发计算过载，而目标分布稀疏、背景环境单一的区域星载算力又存在闲置冗余。为此，本研究提出基于星间激光通信网络构建分布式计算架构，将过载卫星节点的待计算任务通过多跳路由卸载至有闲置算力资源的卫星节点执行计算，从而实现动态任务调度和算力资源最大化利用，突破单节点算力约束，提升星座计算容量。实验结果表明，相较于仅支持本星本地计算的基准架构，本研究提出的多星协同分布式计算架构将星座计算容量提升60%，但需承担由星间路由产生的额外通信时延；其次，针对相同实验场景，基于列生成的规划方法的求解质量较深度优先算法提升了20%；最后，通过比较使用列生成算法前后的线性规划问题规模，显示列生成算法最大可以减小92%的问题规模。