随着航天任务需求的扩大和航天技术的发展,小卫星编队成为航天领域的一个研究热点。编队卫星的应用十分广泛,利用特定的编队构型对地观测是其中重要的一项。为了能够提高编队卫星任务规划的实时性,提高编队卫星对地观测的整体效能,有必要对编队卫星在轨自主任务规划的进行研究。本文针对特定构型的编队对地观测特点,对编队卫星在轨自主任务规划进行了研究,给出了编队卫星在轨自主任务规划的流程框架。本文首先基于编队卫星的构型,分析了编队卫星对地观测的特点,对编队卫星对地观测流程进行了说明,给出了编队卫星在轨自主任务规划的流程框架。该自主任务规划框架包含预处理模块和任务规划模块。对密集任务的聚类约束条件进行了分析,给出了串行编队卫星接力观测混合任务的任务聚类模型和Pendulum编队卫星立体观测混合任务的任务聚类模型,并设计了基于优先级的团划分算法进行模型求解。编队卫星的任务聚类模块属于编队卫星在轨自主任务规划框架中预处理模块中的子模块。给出编队卫星在轨自主任务规划的框架的详细设计。在编队卫星的密集任务聚类基础上,对串行编队卫星和Pendulum编队卫星在轨自主任务规划进行了研究。首先,对串行编队卫星自主任务规划的约束模型进行描述,设计了串行编队卫星任务规划的多目标函数,建立了串行编队卫星任务规划模型,并设计了改进的遗传算法求解任务规划模型。其次,对Pendulum编队卫星任务规划的约束模型进行描述,设计了针对Pendulum编队卫星对地观测的单目标函数,建立Pendulum编队卫星任务规划模型,最后设计了双尺度变换离散粒子群算法求解任务规划模型。最后,针对上述的两种编队卫星的任务规划算法设计了仿真实验,验证了算法的有效性。