[發(fā)明專利]一種針對(duì)多衛(wèi)星通訊網(wǎng)絡(luò)的抗網(wǎng)絡(luò)攻擊圖博弈控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011187372.1
• 申請(qǐng)日: 2020-10-29
• 公開（公告）號(hào): CN112291800B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁源;趙力冉;孫沖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)深圳研究院;西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W24/02
• 分類號(hào): H04W24/02;H04W24/06;H04W12/122;H04W84/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

1.一種針對(duì)多衛(wèi)星通訊網(wǎng)絡(luò)的抗網(wǎng)絡(luò)攻擊圖博弈控制方法，其特征在于，包括：

S1，構(gòu)建基于離散時(shí)間的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)模型，其中包括每個(gè)衛(wèi)星通信的成本函數(shù)；

S2，基于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)模型，設(shè)計(jì)狀態(tài)估計(jì)系統(tǒng)，用于對(duì)其他衛(wèi)星的未知狀態(tài)信息進(jìn)行估計(jì)；

S3，基于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)模型，針對(duì)受到的網(wǎng)絡(luò)攻擊設(shè)計(jì)干擾觀測(cè)器，用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)攻擊進(jìn)行估計(jì)和消除；

S4，基于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計(jì)博弈策略，用于對(duì)衛(wèi)星的通信能力進(jìn)行優(yōu)化；

S5，基于狀態(tài)估計(jì)系統(tǒng)、干擾觀測(cè)器和博弈策略，設(shè)計(jì)部分信息條件下多衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的抗網(wǎng)絡(luò)攻擊控制器，優(yōu)化每個(gè)衛(wèi)星的通信能力、對(duì)未知信息進(jìn)行估計(jì)以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)攻擊進(jìn)行估計(jì)和抵消；

S6，結(jié)合構(gòu)建好的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)模型和設(shè)計(jì)的抗網(wǎng)絡(luò)攻擊控制器，建立衛(wèi)星的系統(tǒng)方程，并給出系統(tǒng)收斂的條件；

S1構(gòu)建的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)模型如下：

通過(guò)將來(lái)自其他衛(wèi)星的信號(hào)建模為干擾噪聲信號(hào)，可以得到衛(wèi)星j接受衛(wèi)星i信號(hào)的信噪比如下所示：

其中，表示從衛(wèi)星i到衛(wèi)星j的信道增益；表示從衛(wèi)星s到衛(wèi)星j的信道增益；x_i表示衛(wèi)星i的信號(hào)發(fā)射功率；x_s表示衛(wèi)星s的信號(hào)發(fā)射功率；代表衛(wèi)星j的背景噪聲；是所有衛(wèi)星的集合；

第i個(gè)衛(wèi)星的狀態(tài)方程為：

x_i,k+1＝x_i,k+h(u_i,k+d_i,k)????????????????????(3)

其中，x_i,k+1表示第i個(gè)衛(wèi)星在第k+1步的輸出功率；x_i,k表示第i個(gè)衛(wèi)星在第k步的輸出功率；u_i,k是第i個(gè)衛(wèi)星在第k步的控制輸入量；d_i,k表示第i個(gè)衛(wèi)星在第k步的受到的網(wǎng)絡(luò)攻擊；h表示步長(zhǎng)；

每個(gè)衛(wèi)星自身的成本函數(shù)為其中

通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D得到拉普拉斯矩陣L；

S2設(shè)計(jì)的狀態(tài)估計(jì)系統(tǒng)為：

其中，表示第k+1步時(shí)衛(wèi)星i對(duì)其他衛(wèi)星狀態(tài)的估計(jì)；是在第k步時(shí)衛(wèi)星i對(duì)其他衛(wèi)星狀態(tài)的估計(jì)；分別是衛(wèi)星i在第k步對(duì)衛(wèi)星1、衛(wèi)星i-1和衛(wèi)星N的狀態(tài)估計(jì)；是與第i個(gè)衛(wèi)星相鄰衛(wèi)星的集合；

其中，

S3設(shè)計(jì)的干擾觀測(cè)器：

其中，z_1,i,k+1、z_2,i,k+1分別是在第k+1步時(shí)干擾觀測(cè)器對(duì)x_i,k+1和d_i,k+1的估計(jì)量，同理z_1,i,k、z_2,i,k是第k步時(shí)干擾觀測(cè)器對(duì)x_i,k和d_i,k的估計(jì)量；k₁、k₂、k₃、k₄是干擾觀測(cè)器的參數(shù)；e_1,i,k是干擾觀測(cè)器對(duì)衛(wèi)星狀態(tài)x_i,k+1的觀測(cè)誤差，定義為e_1,i,k＝z_1,i,k-x_1,i,k；

S3設(shè)計(jì)的博弈策略為u_g代表控制器中的博弈策略控制項(xiàng)，代表第i個(gè)衛(wèi)星的成本函數(shù)對(duì)自身狀態(tài)的偏導(dǎo)數(shù)，定義為

定義其中代表與衛(wèi)星i通信的正常衛(wèi)星的集合，然后對(duì)于正常衛(wèi)星的成本函數(shù)設(shè)計(jì)如下：

敵方衛(wèi)星的成本函數(shù)為：

其中x_-i＝{x₁,…,x_i-1,x_i+1,…,x_N}，a_i、c_i是權(quán)重參數(shù)，是常數(shù)；P_max是衛(wèi)星的最大通訊功率；

正常衛(wèi)星的博弈策略控制項(xiàng)為：

敵方衛(wèi)星的博弈策略控制項(xiàng)為：

其中，表示與第i個(gè)衛(wèi)星相鄰的衛(wèi)星中屬于正常衛(wèi)星的集合，表示與第j個(gè)衛(wèi)星相鄰的衛(wèi)星中屬于正常衛(wèi)星的集合；

S5中，對(duì)第i個(gè)衛(wèi)星的控制律設(shè)計(jì)如下：

其中，

S6中，衛(wèi)星的閉環(huán)系統(tǒng)如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對(duì)多衛(wèi)星通訊網(wǎng)絡(luò)的抗網(wǎng)絡(luò)攻擊圖博弈控制方法，其特征在于，信道增益的表達(dá)式如下：

其中，D_T和D_R分別代表發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的天線孔徑；λ表示工作波長(zhǎng)；R_ij是衛(wèi)星i和衛(wèi)星j之間的距離；Θ_T和Θ_R分別代表發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的指向損耗。