随着成像卫星硬件水平的提高,卫星可实现的功能也日益增多。如卫星大角度的姿态机动能力、对自身资源的感知能力、对实时任务需求的感知能力的不断增强,让卫星有可能从简单的指令执行器变为可完成复杂任务的智能体。这些能力的增强,对卫星的应用目标有了更高的要求,显然,仅靠传统的卫星地面管控模式几乎无法满足时效性和可靠性要求高的卫星观测任务,星上自主任务重规划的想法为解决应急任务提供了一个很好的思路。但是由于星上计算资源和信息交互等能力极其有限,故在探索星上自主任务重规划的道路上同样会遇到很多困难。我国目前正处于卫星智能化研究的起步阶段,同时也是智能卫星发展的机遇期。在智能卫星领域蓬勃发展的大背景下,本文充分调研传统的敏捷卫星任务规划系统的各组成部分的设计细节及其相互关系,发现了传统的任务规划系统在处理应急任务时工作周期长、信息传递效率低等局限性,分析了敏捷卫星自主任务规划系统在响应时效性、外部环境与硬件能力方面的需求,设计了自主任务规划系统的整体系统结构和运行流程,并统筹设计系统中的星上部分和地面部分,对星上重规划分系统的内部结构、系统信息交互机制等详细设计,实现高效的星地信息交互,保证了自主任务规划系统的正常运行。通过对系统用例与流程分析,确定系统中的核心功能是通过星上重规划方法来实现的,重规划方法将对系统整体运行效率和任务规划结果产生直接影响。本文找出了传统的长周期任务规划问题与面向多源应急任务的星上重规划问题的区别,发现星上重规划过程中,算法的时间效率和空间效率等性能参数无法被忽略,且算法的性能参数将直接影响解空间的大小,从而影响重规划方案的收益。所以在考虑星上计算时间成本与空间成本的基础上,建立了星上自主任务重规划问题模型,并提出了一种基于算法选择的重规划方法,充分运用运筹学、系统工程等理论知识,对该方法的最优性进行了证明,并可得结论:在任何场景中,该方法的复杂度可满足问题的要求,并总能找到合适的算法以保证求解质量。在完成对自主任务规划系统的设计和星上自主任务重规划问题的求解过程后,对其设计仿真实验平台,并通过实际测试数据进行分析。本文参照卫星参数设计规范与系统功能要求来搭建仿真实验平台,包括平台中参数的设计和辅助函数的设计,接着从宏观和微观两个角度分别为自主任务规划系统与重规划方法设计评价指标,根据实际仿真数据,验证了论文所设计的系统与方法的科学性以及在任意场景下的适用性,并对自主任务规划系统与重规划方法的改进方向进行了展望。