[發明專利]一種基于時序網絡的蜂群無人機故障傳播分析方法

有效

• 申請號: 202110269419.7
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113051723B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 程月華;黃金龍;姜斌;楊洋;姚云鵬
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/16;G06F119/14
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 聶啟新

本發明公開了一種基于時序網絡的蜂群無人機故障傳播分析方法，涉及無人機故障分析技術領域，該方法利用時序網絡對于蜂群無人機拓撲網絡進行描述，結合蜂群無人機系統的動力學與控制律，定義了故障發生后故障在整個蜂群無人機系統中的故障傳播方向以及故障影響程度分配規則，計算所有無人機在每個時刻的故障影響程度并循環更新，并依據故障程度判定各個無人機的當前狀態。該方法解決了蜂群無人機故障傳播建模難的問題，可以有效的對無人機故障情況進行描述，了解故障在蜂群無人機中的傳播過程，為蜂群無人機故障的預防與解決提供理論基礎。

技術領域

本發明涉及無人機故障分析技術領域，尤其是一種基于時序網絡的蜂群無人機故障傳播分析方法。

背景技術

無人機是一種無人駕駛、可重復使用的飛行器，它具有造價低、體積小、重量輕、機動性高以及適應能力強等優點，廣泛應用于偵察、測量、人工降雨等軍用、民用領域中，尤其是一些環境復雜或具有危險性的任務。盡管無人機在執行任務時展現出巨大優勢，但是由于無人機體積小、重量輕、負載少，因此與有人機相比信息處理能力較弱，限制了自身任務執行能力。

隨著無人機作戰環境日益復雜以及任務多樣化，單架無人機已經無法滿足需求，因此需要多個無人機協同執行任務以擴展能力、提高執行效率。無人機集群通過群體作戰的方法，可以整合單架無人機的優勢，在沒有人為干預的情況下，能夠實現自主決策、任務規劃。蜂群無人機通過個體之間交互局部信息，可以有效獲取任務信息，實現快速高效的決策與執行，極大的拓寬了無人機的可適用范圍。蜂群無人機作為一個大規?；ヂ撓到y，如果蜂群內部中某架無人機遭受惡意攻擊或發生故障，由于群體內部的交互性可能會導致故障無人機影響周圍無人機甚至整個群體的一致性和連通性，極大破壞了蜂群無人機的整體優勢。因此對于蜂群無人機系統遭受惡意攻擊時的故障傳播情況進行分析，有利于提升集群的安全性與穩定性，為故障的預防與解決提供理論指導作用。

針對故障傳播問題，目前主要集中于電力系統、交通網絡、控制系統以及通信網絡等方面進行研究，研究方法主要基于圖論、貝葉斯網絡、復雜網絡等故障傳播模型。基于圖論的故障傳播研究方法可以通過直觀的結構特征描述故障傳播過程，如有向圖、Petri網、鍵合圖等模型，但同時存在故障冗余解多，精度較差等問題；基于貝葉斯網絡的故障傳播模型是通過條件概率定義節點間的關系強度，克服不確定因素并對傳播問題進行定性分析，但貝葉斯網絡模型需要先驗概率的支持，其計算結果受主觀因素影響較大，從而導致不夠準確；基于復雜網絡的故障傳播模型將實際系統抽象為復雜網絡，可以有效分析系統結構，辨識故障源并降低傳播問題研究的復雜性，然而復雜拓撲網絡結構一般為固定狀態，因此應用范圍一般局限于電網、化工生產等領域。

發明內容

本發明人針對上述問題及技術需求，提出了一種基于時序網絡的蜂群無人機故障傳播分析方法，當無人機被惡意攻擊時，根據蜂群無人機系統的動力學與局部交互特性，結合自身與鄰居無人機的速度與位置信息，得到蜂群無人機系統的故障傳播規律，從而分析故障無人機對于整個群體的影響程度，有利于故障的預防與解決，減小故障對蜂群無人機系統的危害后果。

本發明的技術方案如下：

一種基于時序網絡的蜂群無人機故障傳播分析方法，包括如下步驟：

建立蜂群無人機系統模型，根據蜂群無人機系統模型確定蜂擁控制勢能函數；

結合蜂群無人機系統模型和蜂擁控制勢能函數，對惡意攻擊無人機形式進行分析；

根據蜂群無人機系統模型及其拓撲網絡的特點建立時序網絡模型；

確定時序網絡模型的故障傳播方向以及故障影響程度分配規則；

根據各個無人機故障影響程度判斷個體故障情況；

基于matlab對分析方法進行仿真實驗。

其進一步的技術方案為，建立蜂群無人機系統模型，根據蜂群無人機系統模型確定蜂擁控制勢能函數，包括：