本發(fā)明屬于衛(wèi)星抗干擾對(duì)抗,涉及一種基于博弈論的衛(wèi)星通信干擾對(duì)抗方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù):
1、隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用,衛(wèi)星通信在軍事、航天、導(dǎo)航、遙感等領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。隨著國(guó)際空間競(jìng)爭(zhēng)格局不斷加劇,空間安全逐漸引起各國(guó)重視,為了應(yīng)對(duì)空間威脅,空間攻防技術(shù)已成為國(guó)際航天領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
2、衛(wèi)星通信系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中面臨著各種干擾和威脅。特別是在軍事領(lǐng)域,通過對(duì)敵方衛(wèi)星通信進(jìn)行有效干擾,可以顯著削弱敵方的通信能力,獲得戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)。因此,研究相應(yīng)的衛(wèi)星干擾對(duì)抗方法非常必要。
3、然而,傳統(tǒng)的干擾方法主要依賴于高功率干擾信號(hào)和復(fù)雜的電子戰(zhàn)技術(shù),但這些方法往往面臨著高能耗、易被偵測(cè)和適應(yīng)性差等問題,并且大部分研究中都只針對(duì)網(wǎng)絡(luò)層的電磁攻擊進(jìn)行研究而沒有考慮到物理層的控制問題。因此,針對(duì)衛(wèi)星物理層的運(yùn)行功率消耗以及網(wǎng)絡(luò)層的電磁干擾攻防問題的研究顯得非常必要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的大部分研究中都只針對(duì)網(wǎng)絡(luò)層的電磁攻擊進(jìn)行研究而沒有考慮到物理層的控制問題,導(dǎo)致了衛(wèi)星物理層的運(yùn)行功率消耗以及網(wǎng)絡(luò)層的電磁干擾攻防問題始終無法解決,提供一種基于博弈論的衛(wèi)星通信干擾對(duì)抗方法及系統(tǒng)。
2、為達(dá)到上述目的,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
3、一種基于博弈論的衛(wèi)星通信干擾對(duì)抗方法,包括以下步驟:
4、構(gòu)建衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)模型和通信模型;
5、基于運(yùn)動(dòng)模型和通信模型分別建立各衛(wèi)星的攻擊者性能指標(biāo)和防御方性能指標(biāo),根據(jù)攻擊者性能指標(biāo)和防御方性能指標(biāo)證明納什均衡的存在;
6、對(duì)已經(jīng)證明的納什均衡進(jìn)行求解,得到納什均衡控制率,獲取抗干擾策略。
7、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:
8、所述衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)模型包括:
9、在參考系坐標(biāo)下,用運(yùn)動(dòng)方程描述各航天器運(yùn)動(dòng):
10、
11、其中,μ表示萬(wàn)有引力常數(shù),a0表示參考軌道半徑,x表示航天器在x軸上的位置;y表示航天器在y軸上的位置;z表示航天器在z軸上的位置;ux表示在x軸上的控制量;uy表示在y軸上的控制量;uz表示在z軸上的控制量;
12、定義u=[ux?uy?uz]t則有:
13、
14、其中:
15、
16、所述構(gòu)建通信模型包括:
17、
18、式中,表示攻擊方發(fā)射的干擾功率,和分別表示防御方兩顆衛(wèi)星的通信功率;σ2表示環(huán)境噪聲水平;pd1表示防御者1號(hào)的位置;pd2表示防御者2號(hào)的位置;pa表示攻擊者位置。
19、所述建立各衛(wèi)星的攻擊者的性能指標(biāo)包括以下步驟:
20、攻擊者的目標(biāo)定義為:
21、
22、其中,wa表示運(yùn)行功率權(quán)重因子,代表攻擊者控制運(yùn)行功率的偏好,ya表示通信干擾權(quán)重因子,代表攻擊者控制通信干擾的偏好;pm表示攻擊者運(yùn)行功率;ct表示容量;dt表示對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分;
23、將攻擊者最優(yōu)控制問題描述為:
24、
25、所述建立各衛(wèi)星的防御方性能指標(biāo)包括以下步驟:
26、將防御方的目標(biāo)定義為:
27、
28、其中,wd1和wd2均表示運(yùn)行功率權(quán)重因子,代表防御者控制運(yùn)行功率的偏好,和分別表示防御者1號(hào)和2號(hào)的運(yùn)行功率。
29、所述對(duì)已經(jīng)證明的納什均衡進(jìn)行求解包括以下步驟:
30、采用極小值原理求解問題,得到各智能體在離散系統(tǒng)中的最優(yōu)控制序列應(yīng)當(dāng)滿足的必要條件,并利用一階差分法對(duì)運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行離散化處理;
31、基于得到的必要條件,采用梯度法求解最優(yōu)控制。
32、所述采用極小值原理求解問題包括:
33、定義哈密頓函數(shù)為:
34、h=l+λtf
35、求解如下的hji方程組:
36、
37、
38、對(duì)已經(jīng)構(gòu)建的運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行離散化處理:
39、
40、式中,δ表示步長(zhǎng)或采樣周期;
41、得到離散最優(yōu)控制序列u*(k)應(yīng)當(dāng)滿足的必要條件包括狀態(tài)方程、協(xié)態(tài)方程、極值條件、初始條件和橫截條件。
42、所述采用梯度法求解最優(yōu)控制包括以下步驟:
43、預(yù)設(shè)容許誤差,給定控制量u0(k),將其帶入離散后的狀態(tài)方程,在初始條件x(0)=x0下得到狀態(tài)序列x0(k),將狀態(tài)序列x0(k)代入伴隨方程,在末值條件λ(kf)下沿時(shí)間的逆方向計(jì)算得到協(xié)態(tài)變量序列λ0(k);
44、將x0(k)、u0(k)、λ0(k)代入梯度方程,并對(duì)u0(k)進(jìn)行修正;
45、修正時(shí),將修改量δu0(k)選在梯度的負(fù)方向,即其中,k>0,k為步長(zhǎng)參數(shù),得到控制變量的新的近似值u1(k)=u0(k)+δu0(k),開始新的迭代;
46、當(dāng)兩次迭代的性能指標(biāo)j的差值小于ε時(shí),即jj+1-jj<ε時(shí),停止迭代,此時(shí)對(duì)應(yīng)的控制uj+1即為最終的控制策略。
47、一種基于博弈論的衛(wèi)星通信干擾對(duì)抗系統(tǒng),包括:
48、模型構(gòu)建模塊,用于構(gòu)建衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)模型和通信模型;
49、性能指標(biāo)構(gòu)建模塊,用于基于運(yùn)動(dòng)模型和通信模型分別建立各衛(wèi)星的攻擊者性能指標(biāo)和防御方性能指標(biāo),根據(jù)攻擊者性能指標(biāo)和防御方性能指標(biāo)證明納什均衡的存在;
50、抗干擾策略獲取模塊,用于對(duì)已經(jīng)證明的納什均衡進(jìn)行求解,得到納什均衡控制率,獲取抗干擾策略。
51、一種終端設(shè)備,包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序,所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)本發(fā)明任一項(xiàng)所述方法的步驟。
52、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì),所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序,所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明任一項(xiàng)所述方法的步驟。
53、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下有益效果:
54、本發(fā)明公開了一種基于博弈論的衛(wèi)星通信干擾對(duì)抗方法,結(jié)合衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)模型及通信干擾模型,通過求解納什均衡點(diǎn),優(yōu)化攻防雙方的運(yùn)行功率和電磁干擾對(duì)抗策略,在構(gòu)建性能指標(biāo)時(shí),分別建立了各衛(wèi)星的攻擊者性能指標(biāo)和防御方性能指標(biāo),既考慮到物理層的運(yùn)行功率又考慮到網(wǎng)絡(luò)層的信道容量,使得攻擊方可以在保持低功率運(yùn)行的同時(shí),最大限度地降低通信方的通信容量,從而達(dá)到高效干擾的目的,并且由于信道容量與衛(wèi)星間的相對(duì)距離有關(guān),可以通過控制使得干擾衛(wèi)星可以利用更低功率的干擾信號(hào)達(dá)到攻擊的目的,從而可以降低衛(wèi)星的能耗并提高適應(yīng)性;通信方可以在保持低功率運(yùn)行的同時(shí)最大限度的增加己方的通信容量,從而達(dá)到抗干擾的目的。
1.一種基于博弈論的衛(wèi)星通信干擾對(duì)抗方法,其特征在于,包括以下步驟:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于博弈論的衛(wèi)星通信干擾對(duì)抗方法,其特征在于,所述衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)模型包括:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于博弈論的衛(wèi)星通信干擾對(duì)抗方法,其特征在于,所述構(gòu)建通信模型包括:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于博弈論的衛(wèi)星通信干擾對(duì)抗方法,其特征在于,所述建立各衛(wèi)星的攻擊者的性能指標(biāo)包括以下步驟:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于博弈論的衛(wèi)星通信干擾對(duì)抗方法,其特征在于,所述對(duì)已經(jīng)證明的納什均衡進(jìn)行求解包括以下步驟:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于博弈論的衛(wèi)星通信干擾對(duì)抗方法,其特征在于,所述采用極小值原理求解問題包括:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于博弈論的衛(wèi)星通信干擾對(duì)抗方法,其特征在于,所述采用梯度法求解最優(yōu)控制包括以下步驟:
8.一種基于博弈論的衛(wèi)星通信干擾對(duì)抗系統(tǒng),其特征在于,包括:
9.一種終端設(shè)備,包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序,其特征在于,所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述方法的步驟。
10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì),所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序,其特征在于,所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述方法的步驟。