[發明專利]基于抗欺騙攻擊安全域的無人機模型預測控制方法

有效

• 申請號: 202011272859.X
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112650057B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 袁源;徐楊;鄭子軒
• 申請（專利權）人: 西北工業大學深圳研究院;西北工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D1/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發明公開了一種基于抗欺騙攻擊安全域的無人機模型預測控制方法，該控制方法建立無人機姿態動力學狀態空間表達式；建立欺騙攻擊通用模型，并且給出受到欺騙攻擊下的狀態空間表達式；基于欺騙攻擊的特點，為控制器端以及執行器端設計安全域約束，其中包括狀態量安全域約束與控制量安全域約束；在狀態約束以及安全域約束下，求解優化問題獲得控制量。解決了現有技術在無人機通信中容易受到欺騙攻擊的問題，本發明可以充分利用欺騙攻擊能量受限的特點設計安全域約束，并且結合魯棒模型預測控制能夠處理約束以及非匹配干擾的特點，對無人機進行控制。

【技術領域】

本發明屬于無人機控制技術領域，具體涉及一種基于抗欺騙攻擊安全域的無人機模型預測 控制方法。

【背景技術】

無人機離不開控制系統，無人機和控制系統是一體的存在。無人機控制系統在最早期，僅 僅是用來對無人機進行控制，并且對無人機的飛行狀態進行監控，通過操作桿對無人機進行操 控。后來隨著無人機以及無人機控制系統的不斷發展，無人機控制系統更多則是用來通過無人 機獲取的信息來進行分析和決策，從而進行作戰任務的完成。隨著互聯網的高速發展，無人機 控制系統更加傾向于依靠網絡來制定無人機的作戰計劃，通過網絡和系統平臺來制定多種武器 共同參與的協同作戰，從而應對各種各樣復雜的作戰環境。然而，通過網絡來通信具有受到攻 擊的風險，其中比較常見的是欺騙攻擊和DoS攻擊。DoS攻擊是通過阻斷信道中信號的傳播 來完成攻擊目的的。與DoS攻擊相比，欺騙攻擊更隱蔽，可以在不觸發任何警報的情況下危 害受控系統，因此需要重點研究防范無人機控制過程中的欺騙攻擊防御方法。

此外，無人機本身結構復雜，且受到各種外界因素影響。當前許多研究工作基本只針對某 種形式的擾動進行抑制，這與實際情況存在差距。因此需要一種能夠處理多形式擾動的算法。 另外，無人機由于受自身設備或所執行任務要求的限制，對控制算法的設計要求苛刻。通常這 些限制體現在無人機的速度限制，姿態限制以及燃料限制等。這些限制通常以狀態約束或者輸 入約束的形式存在。現在技術中，對多種約束下的無人機控制算法基本沒有。因此，設計一種 能夠處理各種約束的控制算法也是必要的。

【發明內容】

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種基于抗欺騙攻擊安全域的無人機模 型預測控制方法，該方法是一種基于抗欺騙攻擊的安全域約束設計以及魯棒模型預測控制方法， 解決了現有技術在無人機在飛行過程中通信容易受到攻擊的問題

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

基于抗欺騙攻擊安全域的無人機模型預測控制方法，包括以下步驟：

步驟1，通過無人機姿態狀態空間方程和欺騙攻擊通用模型，建立無人機在受到欺騙攻擊 時的姿態動力學狀態空間表達式；

步驟2，為無人機的控制器端和執行器端設計安全域約束；

步驟3，針對無人機在受到欺騙攻擊時的姿態動力學狀態空間表達式中的參數，設計魯棒 控制器以優化所述參數，最終獲得無人機在受到欺騙攻擊時的姿態動力學狀態。

本發明的進一步改進在于：

優選的，所述步驟1包括以下步驟：

步驟1.1)建立無人機姿態動力學狀態空間方程；

步驟1.2)建立無人機的欺騙攻擊通用模型；

步驟1.3)通過欺騙攻擊通用模型和無人機姿態動力學狀態空間方程，所述魯棒控制器中的 參數受安全域約束限制，獲得欺騙攻擊下的無人機姿態動力學狀態空間方程。

優選的，步驟1.3)中，所述欺騙攻擊下的無人機姿態動力學狀態空間方程為：

其中，A、B和G為無人機參數；ω_k為范數有界擾動。