本發(fā)明涉及無人機，具體涉及一種無人機自主響應控制方法、系統(tǒng)及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、無人機多域系統(tǒng)作為融合了信息、物理、任務域的一個高維度的復雜系統(tǒng)，在執(zhí)行諸如定點投放、叢林穿越、貨物運送、超低空飛行、突防作戰(zhàn)等任務時，不可避免地受到來自地面、空中、叢林等復雜環(huán)境以及惡意網(wǎng)絡攻擊等安全威脅，這將影響到無人機的安全飛行。

2、無人機多域系統(tǒng)受到的攻擊方式多種多樣，包括針對物理域和信息域的攻擊。在物理域中，欺騙攻擊和虛假數(shù)據(jù)注入攻擊是常見的手段。例如，通過欺騙gps信號，攻擊者可以誤導無人機的導航系統(tǒng)，使其偏離預定航線。虛假數(shù)據(jù)注入攻擊則通過向無人機的傳感器系統(tǒng)注入錯誤數(shù)據(jù)，使其做出錯誤的判斷和反應。這些攻擊不僅可以擾亂無人機的正常操作，還可能導致嚴重的安全事故。

3、現(xiàn)有技術(shù)在應對這些多域攻擊時存在諸多不足。缺乏多域內(nèi)快速響應機制是一個主要問題。當無人機系統(tǒng)遭受攻擊時，如果無法迅速識別并響應攻擊，往往會導致攻擊的影響迅速擴大。現(xiàn)有的防御機制往往是靜態(tài)的，缺乏動態(tài)適應能力。在復雜的多域攻擊環(huán)境中，攻擊者的手段和策略可能會不斷變化，靜態(tài)的防御機制難以有效應對?，F(xiàn)有的防御技術(shù)在自主響應方面也存在不足。無人機系統(tǒng)需要能夠在遭受攻擊時，自動做出適當?shù)姆磻皇峭耆蕾嚾斯じ深A。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供一種無人機自主響應控制方法、系統(tǒng)及介質(zhì)，該方法在面對復雜多變的攻擊時，實現(xiàn)一種能夠快速響應、動態(tài)適應并具有自主響應能力的防御機制。通過完善現(xiàn)有技術(shù)，增強系統(tǒng)的綜合防御能力，可以有效提高無人機多域系統(tǒng)的安全性和可靠性，保障其正常運行。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案。

3、一種無人機自主響應控制方法，包括以下步驟：

4、根據(jù)無人機系統(tǒng)的通信拓撲關系，將無人機系統(tǒng)中的無人機集群視為多個智能體，并依據(jù)攻擊類型構(gòu)建網(wǎng)絡攻擊下的多智能體系統(tǒng)模型；其中，在該模型中，一個智能體被指定為領導者，其他智能體則作為跟隨者；

5、當無人機系統(tǒng)遭受物理域攻擊時，根據(jù)多智能體系統(tǒng)模型設計分布式攻擊估計觀測器，并基于分布式攻擊估計觀測器對網(wǎng)絡攻擊進行重構(gòu)，獲得攻擊的估計結(jié)果；獲得攻擊估計結(jié)果后，在保證安全的前提下，基于能量消耗的約束指標，構(gòu)建彈性控制協(xié)議，抵消物理域攻擊對無人機系統(tǒng)飛行控制的影響，確保無人機在遭受攻擊時仍能保持穩(wěn)定的飛行狀態(tài)；其中，所述物理域攻擊的類型包括欺騙攻擊和虛假數(shù)據(jù)注入攻擊；

6、當無人機系統(tǒng)遭受信息域攻擊時，定義編隊函數(shù)，確定各個通道上遭受信息域攻擊的集合；構(gòu)建被攻擊通道發(fā)生攻擊的時間和不被攻擊的通道發(fā)生時間的并集；基于并集，構(gòu)建自適應彈性編隊控制協(xié)議，調(diào)控當前各個多智能體的狀態(tài)，并對無人機系統(tǒng)編隊進行控制；其中，所述信息域攻擊的類型包括拒絕服務攻擊和惡意軟件攻擊。

7、優(yōu)選地，所述依據(jù)攻擊類型構(gòu)建網(wǎng)絡攻擊下的多智能體系統(tǒng)模型，包括以下步驟：

8、當無人機系統(tǒng)遭受物理域攻擊時，多智能體系統(tǒng)模型為：

9、領導者：

10、；

11、跟隨者：

12、；

13、其中，和是已知的系統(tǒng)矩陣，是攻擊分布矩陣，是第個智能體上遭受的物理域網(wǎng)絡攻擊信號，為領導者動力學模型，為跟隨者動力學模型，代表跟隨者的個數(shù)，和分別代表領導者的狀態(tài)、輸出向量和李普希茨非線性項，和分別代表第個跟隨者的系統(tǒng)狀態(tài)、待設計的控制協(xié)議、系統(tǒng)輸出和李普希茨非線性項。

14、優(yōu)選地，所述當無人機系統(tǒng)遭受物理域攻擊時，根據(jù)多智能體系統(tǒng)模型設計分布式攻擊估計觀測器，并基于分布式攻擊估計觀測器對網(wǎng)絡攻擊進行重構(gòu)，獲得攻擊的估計結(jié)果，包括以下步驟：

15、是第個智能體上遭受的物理域網(wǎng)絡攻擊信號，描述為如下有界且未知的非線性函數(shù)：

16、；

17、其中，是未知常量矩陣，是與時間 t、狀態(tài) x和輸出 y有關的未知時變函數(shù)；

18、針對多智能體系統(tǒng)模型，設計如下狀態(tài)觀測器：

19、；

20、其中，和是已知的系統(tǒng)矩陣，是攻擊分布矩陣，是第個跟隨者智能體輸出，和分別是第個跟隨者智能體狀態(tài)估計與輸出估計，為系統(tǒng)狀態(tài)估計值，為控制協(xié)議，和為初始跟隨者智能體的輸出和輸出估計，和為智能體鄰居的輸出和輸出估計，為李普希茨非線性項估計，是第個智能體鄰居的集合；是第個智能體與領導者之間的作用權(quán)重，代表第和 i個智能體之間的作用權(quán)重；是觀測器的增益矩陣，是第個跟隨者的相對輸出估計誤差，是第個智能體上的攻擊估計按照如下規(guī)則：

21、；

22、其中，是給定的自適應學習率，是常量矩陣，為在時間t上的一階導數(shù)，為在時間t上的一階導數(shù)。

23、優(yōu)選地，所述獲得攻擊估計結(jié)果后，在保證安全的前提下，基于能量消耗的約束指標，構(gòu)建彈性控制協(xié)議，如下所示：

24、；

25、其中，當時，，否則；是相對輸出誤差，是控制器增益矩陣，為自適應參數(shù)，被稱為控制輸入信號，即編隊協(xié)議，分別代表領導者的系統(tǒng)輸出、第個跟隨者和第個跟隨者的系統(tǒng)輸出，代表一個滿足的常量矩陣，是攻擊分布矩陣，是第個智能體上的攻擊估計；是第個智能體與領導者之間的作用權(quán)重；是第個智能體與第個智能體之間的作用權(quán)重，是一個正定的增益矩陣，代表輸入信號的轉(zhuǎn)置，和分別代表實際能量消耗和給定的最大能量約束上界，控制的目標是在保證安全的前提下，滿足能量消耗約束指標，實現(xiàn)，和分別是第個智能體狀態(tài)與第個智能體狀態(tài)。

26、優(yōu)選地，所述依據(jù)攻擊類型構(gòu)建網(wǎng)絡攻擊下的多智能體系統(tǒng)模型，包括以下步驟：

27、當無人機系統(tǒng)遭受信息域攻擊時，多智能體系統(tǒng)模型為：

28、考慮1個領導者，個跟隨者，給定如下多智能體系統(tǒng)模型：

29、；

30、其中，和代表領導者的位置和速度向量，是智能體標號，和分別代表第個智能體的位置向量和速度向量；代表第個智能體的控制協(xié)議，是已知常數(shù)；為領導者動力學模型，為跟隨者動力學模型；為領導者智能體的輸出，為跟隨者智能體的輸出。

31、優(yōu)選地，所述定義編隊函數(shù)，確定各個通道上遭受信息域攻擊的集合；構(gòu)建被攻擊通道發(fā)生攻擊的時間和不被攻擊的通道發(fā)生時間的并集，包括以下步驟：

32、定義為連續(xù)可微的編隊函數(shù)，為與位置相關的編隊函數(shù)，為與速度相關的編隊函數(shù)，定義領導者和跟隨者的狀態(tài)分別為符號代表向量或矩陣的轉(zhuǎn)置，分別為領導者與編隊函數(shù)之間的誤差和跟隨者與編隊函數(shù)之間的誤差，分別為位置和速度兩個分向量與編隊函數(shù)的誤差，考慮是0，則有：

33、；

34、其中，和為和在時間t上的一階導數(shù)；，代表克羅內(nèi)克積，是待設計彈性編隊控制協(xié)議；為編隊函數(shù)在時間t上的一階導數(shù)；

35、考慮多個通道同時受到拒絕服務攻擊，定義作為無攻擊到有攻擊轉(zhuǎn)換的序列集合，則：

36、；

37、其中，表示第個時間間隔，是在第個時間間隔攻擊存在的時長；考慮，則：

38、；

39、其中，和分別表示在時間間隔內(nèi)通訊拒絕和通訊連通的時間間隔的集合；對于的表達式,表示在時間從到的時間間隔內(nèi)的多個受攻擊的時間段，即這些時間段的并集組成了，也是拒絕通信的時間段；表示從到的時間間隔，除去所有受攻擊的時間間隔，即通訊連接的時間間隔；

40、定義作為在時間段內(nèi)，通道上遭受拒絕服務攻擊的集合，假設：

41、；

42、其中，，代表攻擊強度，，代表拒絕服務攻擊；定義時刻被攻擊的通道的集合f( t)為：

43、；

44、其中，是所有邊的集合；定義時間段內(nèi)被攻擊通道發(fā)生攻擊的時間和不被攻擊的通道發(fā)生時間的并集：

45、；

46、其中，為被攻擊的通道發(fā)生攻擊的時間，為不被攻擊的通道發(fā)生時間。

47、優(yōu)選地，所述自適應彈性編隊控制協(xié)議為：

48、

49、；

50、其中，為控制量，為領導者與編隊函數(shù)之間的誤差，和為智能體和智能體作為跟隨者與編隊函數(shù)之間的誤差；和是增益矩陣，是已知常數(shù)；表示整個多智能體系統(tǒng)的性能函數(shù)；和為待設計的控制器增益矩陣和自適應權(quán)值增益矩陣；是領導者與智能體的作用權(quán)重，是領導者與智能體的作用權(quán)重自適應變化系數(shù)；是智能體到智能體的作用權(quán)重；如果智能體收到智能體j的信息，，否則，；是智能體到智能體的作用權(quán)重自適應變化系數(shù)，其初始值，是關于時間t的一階導數(shù)；為跟隨者編隊函數(shù)，保證性能編隊控制協(xié)議的核心思想是在確定性能指標上界的同時，實現(xiàn)多智能體的編隊；為與速度相關的編隊函數(shù)關于時間t的一階導數(shù)；

51、通過推導計算得到，并選取合適的調(diào)節(jié)參數(shù)，根據(jù)如下線性矩陣不等式得到可允許的攻擊強度：

52、；

53、其中，為衰減率，和攻擊強度均為標量，指所有邊的集合去除時刻被攻擊的通道的集合后的集合。

54、一種無人機自主響應控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

55、處理器；

56、存儲器，其上存儲有可在所述處理器上運行的計算機程序；

57、其中，所述計算機程序被所述處理器執(zhí)行時實現(xiàn)所述的無人機自主響應控制方法的步驟。

58、一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)上存儲有數(shù)據(jù)處理程序，所述數(shù)據(jù)處理程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)所述的無人機自主響應控制方法的步驟。

59、本發(fā)明的有益效果：

60、本發(fā)明提出了一種無人機自主響應控制方法、系統(tǒng)及介質(zhì)，該方法采用分布式攻擊估計觀測器實時監(jiān)測無人機系統(tǒng)的各個智能體的狀態(tài)，識別異常行為并重構(gòu)攻擊模式。通過重構(gòu)的攻擊估計結(jié)果，系統(tǒng)可以快速調(diào)整控制策略，采用彈性控制協(xié)議來應對攻擊，確保無人機的飛行安全和穩(wěn)定。對于信息域攻擊類型，如拒絕服務（dos）攻擊和惡意軟件攻擊，我們通過定義編隊函數(shù)，確定受攻擊通道和未受攻擊通道的時間分布。自適應彈性編隊控制協(xié)議能夠根據(jù)通道的攻擊情況，動態(tài)調(diào)整各智能體之間的通信和協(xié)作方式，確保無人機集群能夠在信息域攻擊下仍然保持有效的編隊和協(xié)調(diào)。