[发明专利]基于抗欺骗攻击安全域的无人机模型预测控制方法

说明书

本发明公开了一种基于抗欺骗攻击安全域的无人机模型预测控制方法，该控制方法建立无人机姿态动力学状态空间表达式；建立欺骗攻击通用模型，并且给出受到欺骗攻击下的状态空间表达式；基于欺骗攻击的特点，为控制器端以及执行器端设计安全域约束，其中包括状态量安全域约束与控制量安全域约束；在状态约束以及安全域约束下，求解优化问题获得控制量。解决了现有技术在无人机通信中容易受到欺骗攻击的问题，本发明可以充分利用欺骗攻击能量受限的特点设计安全域约束，并且结合鲁棒模型预测控制能够处理约束以及非匹配干扰的特点，对无人机进行控制。

【技术领域】

本发明属于无人机控制技术领域，具体涉及一种基于抗欺骗攻击安全域的无人机模型预测 控制方法。

【背景技术】

无人机离不开控制系统，无人机和控制系统是一体的存在。无人机控制系统在最早期，仅 仅是用来对无人机进行控制，并且对无人机的飞行状态进行监控，通过操作杆对无人机进行操 控。后来随着无人机以及无人机控制系统的不断发展，无人机控制系统更多则是用来通过无人 机获取的信息来进行分析和决策，从而进行作战任务的完成。随着互联网的高速发展，无人机 控制系统更加倾向于依靠网络来制定无人机的作战计划，通过网络和系统平台来制定多种武器 共同参与的协同作战，从而应对各种各样复杂的作战环境。然而，通过网络来通信具有受到攻 击的风险，其中比较常见的是欺骗攻击和DoS攻击。DoS攻击是通过阻断信道中信号的传播 来完成攻击目的的。与DoS攻击相比，欺骗攻击更隐蔽，可以在不触发任何警报的情况下危 害受控系统，因此需要重点研究防范无人机控制过程中的欺骗攻击防御方法。

此外，无人机本身结构复杂，且受到各种外界因素影响。当前许多研究工作基本只针对某 种形式的扰动进行抑制，这与实际情况存在差距。因此需要一种能够处理多形式扰动的算法。 另外，无人机由于受自身设备或所执行任务要求的限制，对控制算法的设计要求苛刻。通常这 些限制体现在无人机的速度限制，姿态限制以及燃料限制等。这些限制通常以状态约束或者输 入约束的形式存在。现在技术中，对多种约束下的无人机控制算法基本没有。因此，设计一种 能够处理各种约束的控制算法也是必要的。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于抗欺骗攻击安全域的无人机模 型预测控制方法，该方法是一种基于抗欺骗攻击的安全域约束设计以及鲁棒模型预测控制方法， 解决了现有技术在无人机在飞行过程中通信容易受到攻击的问题

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

基于抗欺骗攻击安全域的无人机模型预测控制方法，包括以下步骤：

步骤1，通过无人机姿态状态空间方程和欺骗攻击通用模型，建立无人机在受到欺骗攻击 时的姿态动力学状态空间表达式；

步骤2，为无人机的控制器端和执行器端设计安全域约束；

步骤3，针对无人机在受到欺骗攻击时的姿态动力学状态空间表达式中的参数，设计鲁棒 控制器以优化所述参数，最终获得无人机在受到欺骗攻击时的姿态动力学状态。

本发明的进一步改进在于：

优选的，所述步骤1包括以下步骤：

步骤1.1)建立无人机姿态动力学状态空间方程；

步骤1.2)建立无人机的欺骗攻击通用模型；

步骤1.3)通过欺骗攻击通用模型和无人机姿态动力学状态空间方程，所述鲁棒控制器中的 参数受安全域约束限制，获得欺骗攻击下的无人机姿态动力学状态空间方程。

优选的，步骤1.3)中，所述欺骗攻击下的无人机姿态动力学状态空间方程为：

其中，A、B和G为无人机参数；ω_k为范数有界扰动。