[发明专利]基于事件驱动的水面无人艇网络攻击下的容错控制方法

说明书

基于事件驱动的水面无人艇网络攻击下的容错控制方法，本发明涉及水面无人艇网络攻击下的容错控制方法。本发明的目的是为了解决现有水面无人艇系统中，网络通讯带宽占用率大，数据传送消耗能量大的问题。过程为：一、根据水面无人艇运动学方程，建立水面无人艇系统的状态空间方程；二、基于水面无人艇系统的状态空间方程，引入随机欺骗攻击，建立随机欺骗攻击的数学模型；三、基于随机欺骗攻击的数学模型，建立引入欺骗攻击的水面无人艇系统的状态空间方程；四、设计基于动态事件驱动的容错控制器增益矩阵；五、基于基于动态事件驱动的容错控制器增益矩阵，设计动态事件驱动机制。本发明用于水面无人艇网络攻击下的容错控制方法。

技术领域

本发明涉及水面无人艇(USV)网络攻击下的容错控制方法。

背景技术

水面无人艇是一种无人操作的水面舰艇，主要用于执行危险以及不适于有人船只执行的任务。一旦配备先进的控制系统、传感器系统、通信系统和武器系统后，就可以执行多种任务，在军事领域和民用领域都起到了越来越重要的作用。在水面无人艇执行任务的过程中，可靠性是它的一个重要指标。母舰与无人水面艇之间是通过网络进行数据交互的，而欺骗攻击是网络安全中最常见和危险的攻击，欺骗攻击会在网络传输过程中篡改传感器或者控制器的数据，损害数据的完整性。

在传统的连续数据传输以及周期性传输机制下，大量不必要的数据包通过网络通信进行传输，网络通信带宽占用率高而且会造成由大量数据传输产生的传送消耗能量大，浪费通讯资源。由于网络带宽受限，以及水面无人艇自身能源有限，需要在保证水面无人艇系统性能的前提下减少数据传送，以此来降低网络带宽的占用率以及由数据传送消耗的能量。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有水面无人艇系统中，网络通讯带宽占用率大，数据传送消耗能量大的问题，而提出基于事件驱动的水面无人艇网络攻击下的容错控制方法。

基于事件驱动的水面无人艇网络攻击下的容错控制方法具体过程为：

步骤一、根据水面无人艇运动学方程，建立水面无人艇系统的状态空间方程；

步骤二、基于步骤一建立的水面无人艇系统的状态空间方程，引入随机欺骗攻击，建立随机欺骗攻击的数学模型；

步骤三、基于步骤二建立的随机欺骗攻击的数学模型，建立引入欺骗攻击的水面无人艇系统的状态空间方程；

步骤四、设计基于动态事件驱动的容错控制器增益矩阵；

步骤五、基于步骤四设计的基于动态事件驱动的容错控制器增益矩阵，设计动态事件驱动机制。

本发明的有益效果：

本发明为了提高无人水面艇的鲁棒性和可靠性，设计了容错控制器用以保证水面无人艇的稳定行驶；本发明水面无人艇系统在动态事件驱动条件下的容错控制器设计，主要包括容错控制器的设计，以及动态事件驱动机制的设计方法。

本发明建立水面无人艇系统的状态空间方程；基于水面无人艇系统的状态空间模型，引入随机欺骗攻击；重新建立引入欺骗攻击的水面无人艇系统的状态空间方程；根据水面无人艇的性能指标要求，设计基于动态事件驱动的容错控制器；基于获得的容错控制增益矩阵设计动态事件驱动机制。

从图3、4、5、6可知，水面无人艇系统不存在欺骗攻击时，水面无人艇系统是渐近稳定的；由附图8、9、10、11得到，当水面无人艇系统存在欺骗攻击时，设计的容错控制器可以使存在欺骗攻击的水面无人艇系统保持渐近稳定。由附图7和附图12可知，本发明降低了网络通信带宽占用率，减少了水面无人艇能源消耗，实现水面无人艇系统的容错控制。本发明基于动态事件驱动机制，在水面无人艇系统不存在欺骗攻击情况下，能够保证水面无人艇的渐进稳定性；在水面无人艇系统存在欺骗攻击的情况下，设计的容错控制器可以使水面无人艇保持渐进稳定。