1.一种异构无人系统抗欺骗攻击的编队跟踪控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:根据通信节点建立通信拓扑结构,构建异构无人系统的动态模型,异构无人系统包括若干智能体;
步骤2:基于异构无人系统的动态模型,设计智能体的期望编队构型;
步骤3:对独立发生在各智能体之间通信信道上的欺骗攻击进行建模,设计分布式异步脉冲弹性观测器,建立动态观测误差模型;
步骤4:基于智能体的状态信息,分布式异步脉冲弹性观测器的观测值和期望编队构型,设计基于异步脉冲控制的分布式时变编队跟踪控制协议,并建立动态跟踪误差系统模型;
步骤5:在存在欺骗攻击时,对异构无人系统编队系统进行分析,给出误差系统指数均方稳定的条件;
步骤6:分析异构无人系统在欺骗攻击下编队跟踪性能,编队跟踪误差收敛于一定误差界内,异构无人系统实现期望的时变输出编队并解决由欺骗攻击引起的信息虚假问题。
2.根据权利要求1所述的一种异构无人系统抗欺骗攻击的编队跟踪控制方法,其特征在于,步骤1中,所述通信节点建立通信拓扑结构具体为:G=(V,Ξ,A)
其中V={v1,v2,...vn}是节点的集合,在无向图中(i,j)∈Ξ表示的是智能体j从智能体n×ni接收信息;因此,在无向图中(i,j)∈Ξ等价于(j,i)∈Ξ;A=[aij]∈R 是邻接矩阵,如果n×n满足(i,j)∈Ξ,那么aij=1,否则aij=0;使用拉普拉斯矩阵L=[lij]∈R 来描述无向图G,定义为当i≠j时lij=‑aij,否则lii=∑j≠iai;耦合权重B=diag{b1,b2,...,bn},其中bi=1表示智能体i能接收领导者状态信息,否则bi=0。
3.根据权利要求1所述的一种异构无人系统抗欺骗攻击的编队跟踪控制方法,其特征在于,步骤1中,所述构建异构无人系统的动态模型包括领导者0和第i的跟随者的系统动态模型,其分别为:其中x0(t)和y0(t)分别是领导者的状态和输出,xi(t),yi(t)和ui(t)分别表示第i个跟随者的状态,输出和控制输入,A0,C0,Ai,Bi和Ci是具有适当维数的常数系统矩阵。
4.根据权利要求1所述的一种异构无人系统抗欺骗攻击的编队跟踪控制方法,其特征在于,步骤2中,所述设计智能体的期望编队构型,具体包括:T T T T
定义多智能体输出编队形状信息为h(t)=[h1(t),h2(t),...hn(t)],满足:n
其中hi(t)∈R 是分段连续可微的,Ahi和Chi是合适维数的系统矩阵,yhi是多智能体输出编队状态信息;
当选择合适的Ahi时,(Xhi,Uhi)满足下面以下线性矩阵方程:
5.根据权利要求1所述的一种异构无人系统抗欺骗攻击的编队跟踪控制方法,其特征在于,步骤3中,对独立发生在智能体之间通信信道上的欺骗攻击进行建模,具体为:欺骗攻击模型描述为wij(tk)qij(tk),首先引入一个服从伯努利分布的二元变量wij(tk),其概率密度函数为其中,μij∈[0,1]用来描述在tk时刻智能体i到智能体j的通信信道中发生欺骗攻击的概率,wij(tk)=1表示发生欺骗攻击,否则wij(tk)=0;令W(tk)=[wij(tk)]n×n,E{x}表示x的期望值,那么其中qij(tk)表示在tk时刻智能体i到智能体j的通信信道中的攻击信号,假设欺骗攻击2
的总能量是有限的,定义矩阵Q(tk)=[qij(tk)]n×n,且满足||Q(tk)||≤q;
其中,q表示攻击信号总能量。
6.根据权利要求1所述的一种异构无人系统抗欺骗攻击的编队跟踪控制方法,其特征在于,步骤3中,所述设计分布式异步脉冲弹性观测器具体为:每个智能体仅在脉冲采样瞬间独立地发送自身状态信息和接收邻居状态信息,即智能n体i只在脉冲时刻 相互通信;Πi(t)∈R是智能体i异步脉冲观测器的观测值,δ(.)是狄拉克函数,k>0是观测器的耦合增益;将所有脉冲时间序列 按时间顺序合并成时间序列tk,即
7.根据权利要求1所述的一种异构无人系统抗欺骗攻击的编队跟踪控制方法,其特征在于,步骤3中,所述建立动态观测误差模型,具体为:定义观测误差为: 那么,误差动态系统如下:
其中χ(tk)=diag{χ1(tk),χ2(tk),...,χn(tk)},χi(tk)=1表示在脉冲时刻第i个智能体发生脉冲,否则χi(tk)=0;令那么,误差动态系统写成:
8.根据权利要求1所述的一种异构无人系统抗欺骗攻击的编队跟踪控制方法,其特征在于,步骤4中,基于跟随者状态信息,分布式异步脉冲弹性观测器的观测值和期望编队构型,设计基于异步脉冲控制的分布式时变编队跟踪控制协议,具体为:ui=K1ixi+K2iΠi+K3ihi
其中K1i,K2i,K3i是适当维数的矩阵,根据下列线性矩阵方程:得到(Xi,Ui)和(Xhi,Uhi)的解,再选择合适的K1i,由下列等式可得到K2i,K3iK2i=Ui‑K1iXiK3i=Uhi‑K1iXhi
所述建立动态跟踪误差系统模型具体为:定义ei=yi(t)‑yhi(t)‑y0(t)为系统跟踪误差,使得在欺骗攻击下仍然实现满足的编队跟踪控制,异构无人系统编队控制的目标公式化为:2
E(||ei||)<β
2
其中β为一个正常数,E(||.||)代表欧几里得向量范数或其衍生得矩阵2‑范数的期望。
9.根据权利要求1所述的一种异构无人系统抗欺骗攻击的编队跟踪控制方法,其特征在于,步骤5具体为:基于Lyapunov理论,在欺骗攻击下分析异构无人系统误差系统指数均方稳定的充分条件:存在正标量α1,α2,a,b,c,d,正定矩阵S和正定矩阵P=diag(P1,...,Pn),需要满足以下矩阵不等式:T
A0S+SA0+α2S<0
Γ>κI
其中
A=diag(A1,...,An),B=diag(B1,...,Bn),K1=diag(K11,...,K1n),X=diag(X1,...,Xn)Tmax=max{tk+1‑tk},Tmin=min{tk+1‑tk},k=1,2...
10.根据权利要求9所述的一种异构无人系统抗欺骗攻击的编队跟踪控制方法,其特征在于,步骤6具体为:异构无人系统的编队跟踪误差的期望轨迹收敛于集合D: