随着成像卫星技术的不断发展,卫星的能力在不断的提高。与此同时,卫星用户的需求也变得更加复杂,很多任务已经无法依靠单颗卫星单次成像完成,而是需要多颗卫星协同进行多次成像才能完成。而目前传统的依靠地面系统管控卫星的方法存在很多的局限性,如流程复杂、卫星不具备自我感知能力等。基于目前卫星应用领域所面临的新挑战以及目前卫星技术蓬勃发展的良好时机,一个新的研究需求应运而生,即多星自主协同任务规划技术。目前我国对于自主卫星的研究尚处于起步阶段,本文第二章从总领性的多星自主协同任务规划问题开始,首先调研了卫星运控部门对未来卫星应用的需求,设定了多星自主协同任务规划系统的设计目标。而后结合自主卫星能力层级设计,建立了多星自主协同任务规划流程框架,在该流程中尽量减少了地面系统对星上系统的干预。该章节还对多星自主协同任务规划系统进行了整体设计,运用智能Agent技术的相关知识,将系统设计为两个层次,即多星协同层和自主单星层。本文第三章对多星自主协同任务规划系统进行了进一步的细节设计和实现。基于Jade平台构建了智能自主单星Agent和多星协同任务管理Agent,其中智能自主单星Agent包含的主要结构为黑板、内核结构和Agent插件集合;多星协同任务管理Agent包含的主要结构为知识库、任务市场和Agent插件集合。这样的设计使得系统具备了“分布式”和“插件式”的特点,具有很好的鲁棒性和扩展性。本文第四章对特定的多星自主协同任务问题——高低轨多星自主协同任务规划问题进行了分析和研究。在分析了问题的核心之后,该章节分别为高轨卫星和低轨光学敏捷卫星建立了任务规划模型并设计了任务规划算法,同时还设计了基于负载均衡思想的多星任务分配算法。值得一提的是,目前国内外为对高轨卫星对地观测任务规划的研究鲜有成果,本文所提出的用于解决高轨卫星对地观测问题的HNSGA-II算法填补了目前国内在此方面研究的空白。本文第五章为仿真实验,主要包括两个部分。第一部分是高轨卫星对地观测任务规划算法实验,分别针对具有随机分布的点目标和具有聚类特征分布的点目标进行了实验,验证了本文所设计的HNSGA-II算法在求解高轨卫星对地观测任务规划问题中的良好性能。第二部分是基于本文第三章设计的多星自主协同任务规划系统,搭建了高低轨多星自主协同任务规划实验平台,并设计高低轨多星协同任务场景,用该平台完成协同任务规划,最终验证了本文所设计系统的合理性和可行性。