[发明专利]一种网络攻击下无人船的事件驱动航向安全控制方法

说明书

本发明涉及无人船控制领域，具体为一种网络攻击下无人船的事件驱动航向安全控制方法。发明提出的事件驱动航向安全控制设计方法考虑了开放的网络环境中网络通信受到攻击影响，进而在实际应用中能够保障无人船不会因为外部网络攻击带来的虚假信息的注入迫使航向误差偏大以及频繁地调整舵角等问题。本发明还可以实现网络资源的高效利用，节约成本，同时可以使得无人船的航向达到期望航向并保持稳定，具有更高的应用价值。

技术领域

本发明涉及无人船控制领域，具体为一种网络攻击下无人船的事件驱动航向安全控制方法。

背景技术

当今时代，对海洋资源的探索、开发和利用已经成为各个国家发展和建设的一个重要方向。无人船具有体积小，灵活性强以及自主化高等优势，现已经成为人们对海洋环境监测，海洋学数据收集，海洋资源勘探等领域的重要工具。船舶的航向控制是船舶应用中的主要问题。可以通过调节舵角来实现精确的航向控制，这对于船舶的日常运行和安全航行至关重要。无人船的航向控制通常基于网络环境中的远程陆基/母舰控制站。由于通信网络的引入，网络化无人船系统可能会遭受恶意网络攻击，从而破坏系统的稳定性和安全作业。另一方面，在攻击下，由于没有规则的调节舵角去调整航向容易造成资源的浪费。因此，在无人船受到攻击的影响下，通过设计事件驱动的安全控制方案去保障船舶的正确航向并且节约网络资源具有非常重要的意义。

在无人船的航向控制方面，国内外学者已经取得了一些研究成果。从控制器的设计角度出发，现有的航向控制方法仍有一些不足之处，例如：第一，一些现有的无人船航向控制研究中，往往考虑网络环境是可靠的和可信的，但在开放的网络环境下容易遭受到攻击者的影响，导致控制信号中断或者注入错误的信息到控制信号中，这样可能造成无人船航向偏移，甚至导致海上事故；第二，无人船的航向控制只能依靠远程陆基/母舰控制站进行网络控制，受到网络带宽的制约，连续的控制信号传输容易造成网络通道阻塞。现有的一些研究成果并没有考虑减轻网络带宽压力的问题。第三，在网络信号传输中，通信延时是不可避免的。然而在存在的结果仅仅考虑了理想情况下无延迟的信号传输。

发明内容

本发明的目的在于设计可以在网络化境受到攻击的影响以及网络通道带宽的约束下，保障无人船能够的安全地跟踪期望信号，同时减少网络带宽的压力的一种网络攻击下无人船的事件驱动航向安全控制方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括以下步骤：

步骤1：输入无人船的期望航向，无人船的动力学模型具体为：

其中，v(t)、r(t)、p(t)、ψ(t)、δ(t)和分别是方向舵运动引起的横漂速度、艏摇角速度、纵荡速度、纵荡角、舵角和航向角。w_ψ(t)和w_φ(t)是风浪对航向角和纵荡角的外部干扰；K_dp，K_dr，K_vp，K_vr和K_dv是给定系统参数增益；w_n和ζ是无阻尼的固有频率和阻尼系数。T_r和T_v传递函数的时间常数。

令分别有和公式(1)能够转化为如下状态方程：

其中

期望的跟踪信号x_d＝[0 0 ψ_d 0 0]^T。令误差信号于是有误差状态方程为：

步骤2：构建误差跟踪信号；