前言

国家级大型卫星星座加速建设实施，大规模星群成为国家航天一体化战略体系能力建设的重要内容。同时，单星体积小型化、星上系统智能化和星间链路网络化成为卫星发展的重要方向，是大规模星群研制建设与能力形成的重要技术基础。在技术进步和需求增长的双重推动下，面向大规模星群系统的在线协同问题逐渐引起广泛关注。这种协同不仅要求卫星之间能够高效地共享信息和资源，更强调综合运用卫星的星上自主决策和规划能力。然而，爆发式增长的卫星节点数目及更为复杂的用户需求，对如何高效发挥大规模星群协同能力提出了严峻的挑战。

为管好、建好、用好国家大规模星群，应对其智能协同的现实挑战，本书围绕星上任务在线协同这一核心议题，从博弈优化视角出发，构建了一套面向大规模星群的星上任务在线协同理论与方法体系。主要研究工作与创新点体现在以下五个方面：

(1) 构建面向大规模星群的星上任务在线协同架构，提出一种分簇协同思路。针对大规模星群系统的协同难题，该架构提炼出“自组织分簇”“簇内协同”“簇间协同”“去中心化协同”的关键问题，为后续研究提供了理论支撑。

(2) 构建基于联盟构成博弈的大规模星群分簇模型，提出一种自组织分簇方法。为应对卫星间动态复杂的通信拓扑，该方法通过设计卫星异步加入或离开星簇的决策机制，支撑了分簇协同架构的实施。

(3) 构建基于竞拍博弈的星群簇内在线协同模型，提出一种基于反向竞拍机制的在线协同方法。该方法旨在实现对频繁到达与批次到达两种在线任务模式的快速响应，设计了相应的在线竞拍算法。

(4) 构建基于多方竞拍博弈的星群簇间在线协同模型，提出一种基于多方竞拍机制的在线协同方法。为促进多中心决策下星群资源的充分利用，开展星簇间协同以实现任务在簇间的迁移和交换。

(5) 构建基于势能博弈的星群去中心化在线协同模型，提出一种改进的更优反应过程算法。为提升系统在簇首卫星失效等应急场景下的稳健性，设计了快速收敛算法，为去中心化协同提供了具备收敛性保障的求解手段。

本书各章节将对上述研究问题、建模技术与求解算法进行详细阐述。

在本书的撰写过程中，承蒙陈英武教授、何磊老师和刘晓路老师悉心指导，得到课题组全体师生、同门师友及项目合作伙伴的诸多支持与协助。特别感谢清华大学出版社陈凯仁编辑为本书出版的辛勤付出。在此，谨向所有为本专著出版提供支持的师长、同仁及专家学者致以最诚挚的谢意。

本书撰写历经3年，先后五易其稿，直至撰写完毕，我仍然认为本书还是探索之作——相较于实际大规模星群应用的发展，本书在诸多方面仍有

进一步完善的空间。限于作者自身水平，其中疏漏、错误在所难免，恳请广大读者提出宝贵建议和意见。

杨唯一

2025年4月