通信干扰环境下主-从式协同制导系统故障定位和容错方法技术方案

本发明专利技术提供了一种通信干扰环境下主

【技术实现步骤摘要】
通信干扰环境下主
‑
从式协同制导系统故障定位和容错方法


[0001]本专利技术涉及通信干扰环境下主
‑
从式多飞行器协同制导系统的故障定位和容错的方法，属于飞行器制导、控制领域。具体为专利技术了一种在通信干扰环境下，当飞行器间通信数据链被劫持注入错误诱骗数据时，可对各节点和数据通信链路进行故障定位和容错的方法。

技术介绍

[0002]集群系统协同具有高效融合、协同互补和信息互助的优势，但协同控制所需要的实时信息交互依赖数据链通信网络。通信链路和控制系统的安全性会直接影响飞行器集群系统的可靠性。在强通信干扰拒止环境下，协同制导系统通信数据链易遭受干扰，导致协同执行效能降低，严重时会导致整个协同任务执行过程紊乱。敌方干扰设备可能会注入欺骗性干扰信号误导协同制导系统的正常决策控制，以致系统性能难保证或严重时被敌方诱导利用。欺骗性干扰大多综合采用多种信息技术，施加干扰和诱导行为，如使飞行器接收错误指令，误操作易导致执行任务失败甚至自毁。因此，有必要对通信干扰环境下的协同制导系统，当存在欺骗性错误信息注入时，进行故障定位和容错研究，增强多飞行器协同制导系统的可靠性和安全性。

技术实现思路

[0003]假设整个飞行器群由1个主飞行器和n个从飞行器组成，本专利技术的技术构思为：当飞行器节点或者通信链路被注入错误干扰信号时，通过本专利技术所设计方法可对协同制导系统中的节点故障和通信链路故障进行有效定位和容错，首先，根据主
‑
从协同制导系统协同变量构建分布式观测器；其次，计算基于观测器状态输出的一致性误差和绝对误差；再次，评估协同制导系统各节点的自信系数，各节点对其邻居节点通信链路的信任系数；最后，给出容错协同制导律。从而实现对通信干扰环境下主
‑
从多飞行器协同制导系统的节点故障或通信链路故障的有效定位和容错。
[0004]本专利技术设计的通信干扰环境下主
‑
从多飞行器协同制导系统故障定位和容错方法，包括以下步骤：
[0005]步骤1：根据主
‑
从协同制导系统协同变量构建分布式观测器；
[0006]假设飞行器群各包含1枚主飞行器和n枚从飞行器。可采用代数图论来表示飞行器之间的通信关系。从飞行器之间的通信关系可以用邻接矩阵A＝[a
ij
]来表示，如果第i(i＝1,2,
…
,n)枚从飞行器能够和第j(j＝1,2,
…
,n,j≠i)枚从飞行器建立通信关系则a
ij
＝1，否则，a
ij
＝0。主飞行器只可以发送信息给满足通信条件的部分从飞行器，但不能接收从飞行器的信息，采用c
i
表示第i枚从飞行器与主飞行器之间的通信关系，如果可接收主飞行器信息则c
i
＝1，否则c
i
＝0。如果网络化通信拓扑中的任意两个飞行器节点总存在至少一条通信路径，则称此通信拓扑图为连通图。如果通信拓扑图中的信息传输都是双向的，则称该图为无向图，若存在单向的信息传输链路则称该通信拓扑图为有向图。
[0007]针对二维平面下飞行器运动关系可以表示为：
[0008][0009]式中，r
i
表示第i枚飞行器与目标之间的距离，V
i
表示恒定的飞行器速度，q
i
为视线角，γ
i
和φ
i
分别为飞行器的航迹角和前置角，法向加速度a
i
垂直于速度方向，将通过设计法向加速度给出协同制导律。主飞行器相关变量以下标0标注，第i个从飞行器相关变量以下标i标注，i＝1,2,
…
,n。
[0010]主飞行器导引律独立设计，不受从飞行器影响，假设其采用改进比例导引，其飞行过程中的剩余命中时间为可由下式计算得到：
[0011][0012]式中，r0表示主飞行器与目标之间的距离，V0表示主飞行器速度，N
s
为导航比，φ0为主飞行器前置角。
[0013]为从飞行器设计分布式观测器：
[0014][0015]式中，k1表示正实数，和分别表示第i个和第j个从飞行器对主飞行器剩余命中时间的观测值。
[0016]步骤2：计算基于观测器状态输出的一致性误差和绝对误差；
[0017]定义剩余命中时间观测的一致性误差为：
[0018][0019]定义个体间不一致绝对误差为：
[0020][0021]步骤3：评估协同制导系统各节点的自信系数；
[0022]计算第i个从飞行器的自信系数：
[0023][0024]式中，ρ>0为正实数，自信系数差值变量s
i
定义为：
[0025][0026]式中，ε
i
＝|e
i
|，Ξ
i
>0为阈值，用于抵消通信干扰之外不确定性的影响。
[0027]步骤4：评估协同制导系统中各节点对其邻居节点通信链路的信任系数；
[0028]计算第i个飞行器对其邻居节点飞行器j的信任系数b
ij
为：
[0029][0030]式中，η>0为正实数，信任系数差值变量ξ
ij
定义为：
[0031][0032]式中，N
i
表示第i个从飞行器的邻居集，|N
i
|表示第i个从飞行器邻居的数量，Λ
i
为阈值，用于抵消通信干扰之外不确定性的影响，表示第l个从飞行器对主飞行器剩余命中时间的观测值。
[0033]步骤5：通过设定自信阈值和信任阈值来判定节点和通信链路的可靠性；
[0034]设定第i个从飞行器的自信阈值为C
m
，可得：
[0035][0036]当自信判定值f
i
＝1时判定第i个从飞行器可靠，f
i
＝0时判定第i个从飞行器不可靠。
[0037]类似地，设定信任阈值为b
m
，可得：
[0038][0039]当信任判定值T
ij
＝1时判定第i个从飞行器的邻居节点通信链路可靠，T
ij
＝0时判定第i个从飞行器的邻居节点通信链路不可靠。
[0040]当C
m
和b
m
的取值过大时容易导致非干扰因素，如模型不确定性等，导致评估结果将非故障误判为故障，当取值过小时，可能误判故障状态为非故障。建议在区间[0.5 0.9]之间选取，一般能较好地避免故障误判。
[0041]步骤6：设计容错协同制导律；
[0042]考虑自信判定值和信任判定值，可将分布式观测器改进为：
[0043][0044]容错协同制导律设计为：
[0045][0046]式中，k2>0为正实数，N
s
&g本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通信干扰环境下主
‑
从式协同制导系统故障定位和容错方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据主
‑
从协同制导系统协同变量构建分布式观测器；步骤2：计算基于观测器状态输出的一致性误差和绝对误差；步骤3：评估协同制导系统各节点的自信系数；步骤4：评估协同制导系统中各节点对其邻居节点通信链路的信任系数；步骤5：通过设定自信阈值和信任阈值来判定节点和通信链路的可靠性；步骤6：设计容错协同制导律。2.根据权利要求1所述的一种通信干扰环境下主
‑
从式协同制导系统故障定位和容错方法，其特征在于：在步骤1中，设飞行器群各包含1枚主飞行器和n枚从飞行器；采用代数图论来表示飞行器之间的通信关系；从飞行器之间的通信关系用邻接矩阵A＝[a
ij
]来表示，如果第i枚从飞行器能够和第j枚从飞行器建立通信关系则a
ij
＝1，否则，a
ij
＝0。3.根据权利要求1所述的一种通信干扰环境下主
‑
从式协同制导系统故障定位和容错方法，其特征在于：主飞行器只发送信息给满足通信条件的部分从飞行器，但不能接收从飞行器的信息，采用c
i
表示第i枚从飞行器与主飞行器之间的通信关系，如果接收主飞行器信息则c
i
＝1，否则c
i
＝0。4.根据权利要求1所述的一种通信干扰环境下主
‑
从式协同制导系统故障定位和容错方法，其特征在于：针对二维平面下飞行器运动关系表示为：式中，r
i
表示第i枚飞行器与目标之间的距离，V
i
表示恒定的飞行器速度，q
i
为视线角，γ
i
和φ
i
分别为飞行器的航迹角和前置角，法向加速度a
i
垂直于速度方向，将通过设计法向加速度给出协同制导律；主飞行器相关变量以下标0标注，第i个从飞行器相关变量以下标i标注，i＝1,2,
…
,n。5.根据权利要求1所述的一种通信干扰环境下主
‑
从式协同制导系统故障定位和容错方法，其特征在于：主飞行器导引律独立设计，不受从飞行器影响，设其采用改进比例导引，飞行过程中的剩余命中时间为由下式计算得到：式中，r0表示主飞行器与目标之间的距离，V0表示主飞行器速度，N
s
为导航比，φ0为主飞行器前置角；为从飞行器设计分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国飞，钟绮霖，左宗玉，王先至，汤清璞，李仕拓，凡永华，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：