一种用于抗欺骗攻击卫星编队的控制方法及系统

本发明属于卫星控制，涉及一种用于抗欺骗攻击卫星编队的控制方法及系统。

背景技术：

1、航天技术作为现代科技的璀璨明珠，其快速发展为人类探索太空提供了前所未有的可能。然而，随着航天活动的日益频繁，一系列技术挑战和安全问题也逐渐浮出水面。特别是在航天器编队飞行中，如何确保编队成员间的协同工作，以及在面临各种干扰和攻击时保持稳定的控制性能，成为了亟待解决的关键问题。

2、其中，抗欺骗控制方法的研究显得尤为迫切。在太空环境中，卫星传感器可能因多种原因出现测量结果异常，如传感器本身失控、外部环境突变以及恶意网络攻击等。这些异常情况会直接导致传感器测量数据的精确性降低，甚至产生完全错误的信息。而这些不准确的测量数据会直接影响到控制策略的制定和执行，进而影响到整个航天器编队的控制性能。干扰因素的存在是航天器编队控制中不可忽视的挑战。这些干扰可能来自于太空环境的自然变化，如太阳风、宇宙射线等，也可能来自于人为因素，如网络攻击、恶意干扰等。这些干扰会破坏航天器传感器测量数据的准确性，使得控制策略难以达到预期效果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中外部的干扰和攻击影响了卫星传感器的测量结果，破坏航天器传感器测量数据的准确性，使得控制策略难以达到预期效果的问题，提供一种用于抗欺骗攻击卫星编队的控制方法及系统。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种用于抗欺骗攻击卫星编队的控制方法，包括以下步骤：

4、构建基于离散时间的卫星运动模型，所述卫星运动模型包括每个卫星的目标函数和扰动；

5、基于卫星运动模型设计分布式状态观测器，所述分布式状态观测器对卫星的状态误差进行估计；

6、基于卫星运动模型设计多卫星网络的抗欺骗攻击控制器，基于抗欺骗攻击控制器对卫星的控制能力进行优化。

7、本发明的进一步改进在于：

8、所述构建的卫星运动模型为：

9、

10、其中，xi,k+1表示第i个卫星在第k+1步的状态；xi,k表示第i个卫星在第k步的状态；vi,k+1表示第i个卫星在第k+1步的速度；vi,k表示第i个卫星在第k步的速度；h表示采样时间，在本发明中为一定值；表示第i个卫星在第k步的控制输入；di,k表示第i个卫星在第k步受到的扰动。

11、所述分布式状态观测器为：

12、

13、其中表示第k+1步时卫星i对卫星j的状态估计，φi,j表示状态观测器的增益，表示受到欺骗攻击后，卫星j传输到卫星l的状态均值。

14、状态均值定义为：

15、

16、其中，ò表示大于0的小量，αi,l,k为bernoulli随机变量满足；表示第k步时受到干扰信号影响后，卫星j传输到卫星i的状态量。

17、所述抗欺骗攻击控制器为：

18、

19、其中β1,i和β2,i为大于0的控制增益。

20、设定分布式状态观测器和抗欺骗攻击控制器的约束条件为：

21、定义分布式状态观测器误差为将分布式状态观测器代入其中，得到：

22、

23、其中，

24、进一步改写为：

25、

26、其中定义卫星状态与平衡点之间的误差为

27、所述获取系统的收敛条件包括：

28、当存在观测参数θ与正定矩阵p＝diag{p,p}使下述不等式成立时，

29、

30、则，纳什搜寻策略收敛到平衡点x*，且误差限为：

31、

32、一种用于抗欺骗攻击卫星编队的控制系统，包括：

33、卫星运动模型构建模块，用于构建基于离散时间的卫星运动模型，所述卫星运动模型包括每个卫星的目标函数和扰动；

34、分布式状态观测器构建模块，用于基于卫星运动模型设计分布式状态观测器，所述分布式状态观测器对卫星的状态误差进行估计；

35、纳什搜寻博弈策略构建模块，用于基于卫星运动模型设计多卫星网络的抗欺骗攻击控制器，所述抗欺骗攻击控制器用于对卫星的控制能力进行优化。

36、一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时本发明任一项所述方法的步骤。

37、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明任一项所述方法的步骤。

38、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

39、本发明公开了一种用于抗欺骗攻击卫星编队的控制方法，在卫星编队系统遭受欺骗攻击链路破坏的情况下，设计了能够保证系统实现一致性编队的控制器设计方法，本方法是的实现是分布式的，通过链路信息的实时交互保证卫星编队系统自主地趋于预定的编队构型，分布式的实现方法在一定程度上提升了系统的可靠性，单卫星节点出现故障不影响整体系统的任务执行，同时，通过为每个卫星节点设计控制器参数，可以使系统在遭受网络欺骗攻击时，具有一定的抵抗攻击影响的能力，保证了卫星传感器的测量的精准性，控制策略难以达到预期效果，该方法对攻击信息要求少，无需知道具体形式，易于工程实现。

技术特征：

1.一种用于抗欺骗攻击卫星编队的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于抗欺骗攻击卫星编队的控制方法，其特征在于，所述构建的卫星运动模型为：

3.根据权利要求1所述的一种用于抗欺骗攻击卫星编队的控制方法，其特征在于，所述分布式状态观测器为：

4.根据权利要求3所述的一种用于抗欺骗攻击卫星编队的控制方法，其特征在于，状态均值定义为：

5.根据权利要求1所述的一种用于抗欺骗攻击卫星编队的控制方法，其特征在于，所述抗欺骗攻击控制器为：

6.根据权利要求1所述的一种用于抗欺骗攻击卫星编队的控制方法，其特征在于，设定分布式状态观测器和抗欺骗攻击控制器的约束条件为：

7.根据权利要求1所述的一种用于抗欺骗攻击卫星编队的控制方法，其特征在于，所述获取系统的收敛条件包括：

8.一种用于抗欺骗攻击卫星编队的控制系统，其特征在于，包括：

9.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述方法的步骤。

技术总结本发明公开了一种用于抗欺骗攻击卫星编队的控制方法及系统，在卫星编队系统遭受欺骗攻击链路破坏的情况下，设计了能够保证系统实现一致性编队的控制器设计方法，本方法是的实现是分布式的，通过链路信息的实时交互保证卫星编队系统自主地趋于预定的编队构型，分布式的实现方法在一定程度上提升了系统的可靠性，单卫星节点出现故障不影响整体系统的任务执行，同时，通过为每个卫星节点设计控制器参数，可以使系统在遭受网络欺骗攻击时，具有一定的抵抗攻击影响的能力，保证了卫星传感器的测量的精准性，控制策略难以达到预期效果，该方法对攻击信息要求少，无需知道具体形式，易于工程实现。技术研发人员：袁欢欢,王翔宇,袁源受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/4