当前对地观测需求大幅度增加,对地观测任务越来越复杂,随时会面对突发应急情况和观测环境变化,分布式对地观测卫星系统的在线协同以其星上处理、星上调度规划、星上协同为特征,充分利用系统自身的分布性和自主性,实现针对突发应急情况的快速响应、精细调度和协同观测,以提升整个系统的观测效能。论文针对通信约束下分布式对地观测卫星系统在线协同任务调度问题,主要研究了在线协同架构的设计、单星在线任务调度机制以及通信约束下的多星协同任务调度模型与算法,以满足实际应用的需求。全文主要研究成果概括如下:(1)分析并设计了面向分布式对地观测卫星系统在线协同的集中-分布式架构和分散式架构。在梳理多Agent系统协同架构与多星通用架构的基础上,明确多星在线协同所面临的实际约束、应用需求以及架构设计要点,分别设计了集中-分布式协同架构和分散式协同架构,并对架构内各Agent的智能水平与其自主功能配置,以及各Agent之间的信息流交互进行详细设计,从而为后续相应的算法机制设计奠定了基础。(2)构建了基于修订式和渐进式方法的单星在线任务调度机制。面向通信约束、计算能力约束以及动态应急任务到达,卫星网络环境下的单星在线调度问题求解分为两个决策子问题:一是何时调度,二是如何调度。针对何时调度,提出基于时域滚动与应急任务累积阈值的调度时刻混合决策机制,而针对如何调度,构建混合整数线性规划(MILP)模型,根据已提出的调度时刻混合决策机制,分别采用渐进式方法中的完全重调度策略和修订式方法中的调度计划修复策略,提出两种启发式算法。实验结果而言,对于何时调度,从进入调度求解的应急任务比例和总任务收益等性能指标上,调度时刻混合决策机制明显优于完全周期性调度机制;对于如何调度,所提出的两种算法均优于近期公开发表的多种方法。(3)针对通信约束下不同的在线协同架构,提出了多种在线协同算法。分析描述了通信约束下的同构多星在线协同调度问题,特别是对通信约束进行表述,定义了通信时间窗口、批次任务的时间可用性和应急任务的时间可用性等概念,进而构建每批应急任务到达时的子问题MILP模型;面向集中-分布式协同架构,提出了两种基于市场机制的在线协同算法:单项任务下的合同网协议算法SI-CNP和批次任务下的合同网协议算法BA-CNP;面向分散式协同架构,提出了基于同步通信的改进一致性束算法m-CBBA和基于异步通信的改进异步一致性束算法m-ACBBA。实验结果表明,当系统中的通信成本代价高时,m-CBBA算法可在系统总收益和通信次数之间取得平衡,而当系统的通信成本低时,m-ACBBA算法是获得高系统总收益和高应急任务调度成功比例的最佳选择。(4)系统地研究并求解了通信约束下面向复合任务的异构多星在线协同调度问题。首先对复合任务及其子任务约束进行分析描述,具体分为可一次性调度的前摄复合任务和需渐次性调度的渐次复合任务;然后对子问题划分,分别构建MILP模型;最后针对分散式协同架构,构建了基于通用部分全局规划GPGP的异构多星在线协同机制,对已提出的在线协同调度算法进行相应的改进。实验结果表明当通信成本高时,尽可能多搭载成像载荷更有利;要提高复合任务的任务完成度,需保证足够高的收益系数。