可左右滑动选省市

一种有向通讯网络下多飞行器集群隐私保护系统及方法

更新时间:2024-07-01
一种有向通讯网络下多飞行器集群隐私保护系统及方法 专利申请类型:发明专利;
源自:北京高价值专利检索信息库;

专利名称:一种有向通讯网络下多飞行器集群隐私保护系统及方法

专利类型:发明专利

专利申请号:CN202111428507.3

专利申请(专利权)人:北京航空航天大学
权利人地址:北京市海淀区学院路37号

专利发明(设计)人:孟德元,乔馨乐

专利摘要:本发明公开了一种有向通讯网络下多飞行器集群隐私保护系统及方法,系统包括:第一确定模块确定多飞行器网络当前时刻的改进拉普拉斯矩阵,第二确定模块确定更新参数,第三确定模块确定为了隐私保护而添加的干扰信号,获取模块获取每个个体飞行器当前时刻的位置以及每个个体飞行器的入邻居飞行器当前时刻传递的添加干扰信号的位置信息,控制模块根据前述模块获取的信息控制每个个体飞行器。通过本发明的技术方案,能够保证在飞行器之间存在有向通讯网络的情况下,怀有恶意的敌方飞行器混入我方飞行器网络时既不妨碍我方飞行器集群,也不暴露我方飞行器初始位置。

主权利要求:
1.一种有向通讯网络下多飞行器集群隐私保护系统,其特征在于,包括第一确定模块、第二确定模块、第三确定模块、获取模块以及控制模块,其中,所述第一确定模块,用于确定多飞行器网络当前时刻的改进拉普拉斯矩阵;其中,多飞行器网络中的所有个体飞行器的总数为n,集合为V;如果多飞行器网络中的个体飞行器i能够接受到多飞行器网络中的个体飞行器j发送的信息,称多飞行器网络中的个体飞行器j是多飞行器网络中的个体飞行器i的入邻居,如果多飞行器网络中的个体飞行器i能够向多飞行器网络中的个体飞行器j发送信息,称多飞行器网络中的个体飞行器j是多飞行器网络中的个体飞行器i的出邻居; 为多飞行器网络中的个体飞行器i的入邻居构成的集合,为多飞行器网络中的个体飞行器i的出邻居构成的集合;对于vi∈V, 满足aij=1;对于vi∈V, 满足aij=0;lij=‑aij, Lii为由lij,i∈{1,2…,n}\{i},j∈{1,2,…,n}\{i}构成的矩阵,wi=|Lii|, 多飞行器网络不存在自循环:aii=0;且多飞行器网络是强连通的;
其中,vi为多飞行器网络中的个体飞行器i,vj为多飞行器网络中的个体飞行器j,aij为多飞行器网络第i行第j列的邻接矩阵元素,aii为多飞行器网络第i行第i列的邻接矩阵元素,lij为多飞行器网络第i行第j列的拉普拉斯矩阵元素,lii为多飞行器网络第i行第i列的拉普拉斯矩阵元素, 为多飞行器网络第i行第j列的改进拉普拉斯矩阵元素;
所述第二确定模块,用于确定多飞行器网络的更新参数ε1和ε2,更新参数满足:ε1≠0,所述第三确定模块,用于确定多飞行器网络传递信息时为了隐私保护而添加的干扰信号,满足:对于vi∈V,对任意的 添加满足 的干扰信号;
其中, 为多飞行器网络中的个体飞行器i向个体飞行器j传递位置信息时添加的干扰信号, 为多飞行器网络中的个体飞行器i更新位置信息时需要的更新信号;
所述获取模块,用于获取每个个体飞行器当前时刻的位置以及每个个体飞行器的邻居飞行器当前时刻传递的添加干扰信号的位置信息;
所述控制模块,用于根据所述第一确定模块、所述第二确定模块、所述第三确定模块和所述获取模块得到的多飞行器网络当前时刻的改进拉普拉斯矩阵、多飞行器网络的更新参数、隐私保护干扰信号、每个个体飞行器当前时刻的位置及每个个体飞行器的邻居飞行器当前时刻传递的添加干扰信号的位置信息控制每个个体飞行器;
所述控制模块包括:控制量确定单元和位置控制单元;其中,
所述控制量确定单元,用于根据多飞行器网络当前时刻的改进拉普拉斯矩阵、多飞行器网络的更新参数、隐私保护干扰信号、每个个体飞行器当前时刻的位置以及每个个体飞行器的邻居飞行器当前时刻传递的添加干扰信号的位置信息,确定每个个体飞行器的控制量:其中,ui(0)为个体飞行器i在0时刻的控制量,ui(t)为个体飞行器i在t时刻的控制量,xi(t)为个体飞行器i在t时刻的位置,xj(t)为个体飞行器i的邻居飞行器j在当前时刻t的位置;
所述位置控制单元,用于根据每个个体飞行器的控制量、每个个体飞行器当前时刻的位置,确定每个个体飞行器下一时刻的位置:xi(t+1)=xi(t)+ui(t)
其中,xi(t+1)为个体飞行器i在下一时刻t+1的位置。
2.一种有向通讯网络下多飞行器集群隐私保护方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:确定多飞行器网络当前时刻的改进拉普拉斯矩阵;
S2:确定多飞行器网络的更新参数ε1和ε2;
S3:确定多飞行器网络传递信息时为了隐私保护而添加的干扰信号;
S4:获取每个个体飞行器当前时刻的位置以及每个个体飞行器的邻居飞行器当前时刻传递的添加干扰信号的位置信息;
S5:根据多飞行器网络当前时刻的改进拉普拉斯矩阵、多飞行器网络的更新参数、隐私保护干扰信号、每个个体飞行器当前时刻的位置及每个个体飞行器的邻居飞行器当前时刻传递的添加干扰信号的位置信息控制每个个体飞行器;
所述步骤S1中,多飞行器网络中的所有个体飞行器的总数为n,集合为V;如果多飞行器网络中的个体飞行器i能够接受到多飞行器网络中的个体飞行器j发送的信息,称多飞行器网络中的个体飞行器j是多飞行器网络中的个体飞行器i的入邻居,如果多飞行器网络中的个体飞行器i能够向多飞行器网络中的个体飞行器j发送信息,称多飞行器网络中的个体飞行器j是多飞行器网络中的个体飞行器i的出邻居; 为多飞行器网络中的个体飞行器i的入邻居构成的集合, 为多飞行器网络中的个体飞行器i的出邻居构成的集合;对于vi∈V, 满足aij=1;对于vi∈V, 满足aij=0;lij=‑aij, Lii为由lij,i∈{1,2…,n}\{i},j∈{1,2,…,n}\{i}构成的矩阵,wi=|Lii|, 多飞行器网络不存在自循环:aii=0;且多飞行器网络是强连通的;
其中,vi为多飞行器网络中的个体飞行器i,vj为多飞行器网络中的个体飞行器j,aij为多飞行器网络第i行第j列的邻接矩阵元素,aii为多飞行器网络第i行第i列的邻接矩阵元素,lij为多飞行器网络第i行第j列的拉普拉斯矩阵元素,lii为多飞行器网络第i行第i列的拉普拉斯矩阵元素, 为多飞行器网络第i行第j列的改进拉普拉斯矩阵元素;
所述步骤S2中,更新参数满足:ε1≠0,
所述步骤S3中,干扰信号,满足:对于vi∈V,对任意的 添加满足
的干扰信号;
其中, 为多飞行器网络中的个体飞行器i向个体飞行器j传递位置信息时添加的干扰信号, 为多飞行器网络中的个体飞行器i更新位置信息时需要的更新信号;
所述步骤S5具体包括:
S5‑1:根据多飞行器网络当前时刻的改进拉普拉斯矩阵、多飞行器网络的更新参数、隐私保护干扰信号、每个个体飞行器当前时刻的位置以及每个个体飞行器的邻居飞行器当前时刻传递的添加干扰信号的位置信息,确定每个个体飞行器的控制量:其中,ui(0)为个体飞行器i在0时刻的控制量,ui(t)为个体飞行器i在t时刻的控制量,xi(t)为个体飞行器i在t时刻的位置,xj(t)为个体飞行器i的邻居飞行器j在当前时刻t的位置;
S5‑2:根据每个个体飞行器的控制量、每个个体飞行器当前时刻的位置,确定每个个体飞行器下一时刻的位置:xi(t+1)=xi(t)+ui(t)其中,xi(t+1)为个体飞行器i在下一时刻t+1的位置。 说明书 : 一种有向通讯网络下多飞行器集群隐私保护系统及方法技术领域[0001] 本发明属于飞行器控制技术领域,尤其涉及一种多飞行器在有向通讯网络下的中心集群隐私保护系统及方法。背景技术[0002] 目前,飞行器集群协同在实际应用中获得了广泛的关注,其作为一种全新的任务执行形态,正逐渐成为生成体系作战能力的有效途径。单飞行器受观察角度、作战范围、打击精度、杀伤半径的限制,越来越难以单独执行侦察和攻击任务。多飞行器之间可以通过有向信息交流共同实现集群,当多飞行器网络局部发生故障时,仍然可以通过信息交流来完成预定的任务。[0003] 在实际应用中,多飞行器网络可能受敌方飞行器的干扰和恶意信息窃取,从而暴露我方基地的位置。现有技术难以克服在有向通讯网络下,敌方飞行器恶意阻止集群及窃取我方基地位置带来的影响,并且,往往采用极其复杂的加密算法,既扩大了计算量,又无法满足有向通讯的需求。发明内容[0004] 为了解决上述已有技术存在的不足,本发明提出一种有向通讯网络下多飞行器集群隐私保护系统及方法,用以解决在有向通讯网络的情况下,多飞行器网络既不暴露初始位置,又能完成中心集群任务的问题。本发明的具体技术方案如下:[0005] 一种有向通讯网络下多飞行器集群隐私保护系统,包括第一确定模块、第二确定模块、第三确定模块、获取模块以及控制模块,其中,[0006] 所述第一确定模块,用于确定多飞行器网络当前时刻的改进拉普拉斯矩阵;其中,多飞行器网络中的所有个体飞行器的总数为n,集合为V;如果多飞行器网络中的个体飞行器i能够接受到多飞行器网络中的个体飞行器j发送的信息,称多飞行器网络中的个体飞行器j是多飞行器网络中的个体飞行器i的入邻居,如果多飞行器网络中的个体飞行器i能够向多飞行器网络中的个体飞行器j发送信息,称多飞行器网络中的个体飞行器j是多飞行器网络中的个体飞行器i的出邻居; 为多飞行器网络中的个体飞行器i的入邻居构成的集合, 为多飞行器网络中的个体飞行器i的出邻居构成的集合;对于vi∈V, 满足aij=1;对于vi∈V, 满足aij=0;lij=‑aij, Lii为由lij,i∈{1,2…,n}\{i},j∈{1,2,…,n}\{i}构成的矩阵,wi=|Lii|, 多飞行器网络不存在自循环:aii=0;且多飞行器网络是强连通的;[0007] 其中,vi为多飞行器网络中的个体飞行器i,vj为多飞行器网络中的个体飞行器j,,aij为多飞行器网络第i行第j列的邻接矩阵元素,aii为多飞行器网络第i行第i列的邻接矩阵元素,lij为多飞行器网络第i行第j列的拉普拉斯矩阵元素,lii为多飞行器网络第i行第i列的拉普拉斯矩阵元素, 为多飞行器网络第i行第j列的改进拉普拉斯矩阵元素;[0008] 所述第二确定模块,用于确定多飞行器网络的更新参数ε1和ε2,更新参数满足:ε1≠0,[0009] 所述第三确定模块,用于确定多飞行器网络传递信息时为了隐私保护而添加的干扰信号,满足:对于vi∈V,对任意的 添加满足 的干扰信号;[0010] 其中, 为多飞行器网络中的个体飞行器i向个体飞行器j传递位置信息时添加的干扰信号, 为多飞行器网络中的个体飞行器i更新位置信息时需要的更新信号;[0011] 所述获取模块,用于获取每个个体飞行器当前时刻的位置以及每个个体飞行器的邻居飞行器当前时刻传递的添加干扰信号的位置信息;[0012] 所述控制模块,用于根据所述第一确定模块、所述第二确定模块、所述第三确定模块和所述获取模块得到的多飞行器网络当前时刻的改进拉普拉斯矩阵、多飞行器网络的更新参数、隐私保护干扰信号、每个个体飞行器当前时刻的位置及每个个体飞行器的邻居飞行器当前时刻传递的添加干扰信号的位置信息控制每个个体飞行器。[0013] 进一步地,所述控制模块包括:控制量确定单元和位置控制单元;其中,[0014] 所述控制量确定单元,用于根据多飞行器网络当前时刻的改进拉普拉斯矩阵、多飞行器网络的更新参数、隐私保护干扰信号、每个个体飞行器当前时刻的位置以及每个个体飞行器的邻居飞行器当前时刻传递的添加干扰信号的位置信息,确定每个个体飞行器的控制量:[0015][0016][0017] 其中,ui(0)为个体飞行器i在0时刻的控制量,ui(t)为个体飞行器i在t时刻的控制量,xi(t)为个体飞行器i在t时刻的位置,xj(t)为个体飞行器i的邻居飞行器j在当前时刻t的位置;[0018] 所述位置控制单元,用于根据每个个体飞行器的控制量、每个个体飞行器当前时刻的位置,确定每个个体飞行器下一时刻的位置:[0019] xi(t+1)=xi(t)+ui(t)[0020] 其中,xi(t+1)为个体飞行器i在下一时刻t+1的位置。[0021] 一种有向通讯网络下多飞行器集群隐私保护方法,包括以下步骤:[0022] S1:确定多飞行器网络当前时刻的改进拉普拉斯矩阵;[0023] S2:确定多飞行器网络的更新参数ε1和ε2;[0024] S3:确定多飞行器网络传递信息时为了隐私保护而添加的干扰信号;[0025] S4:获取每个个体飞行器当前时刻的位置以及每个个体飞行器的邻居飞行器当前时刻传递的添加干扰信号的位置信息;[0026] S5:根据多飞行器网络当前时刻的改进拉普拉斯矩阵、多飞行器网络的更新参数、隐私保护干扰信号、每个个体飞行器当前时刻的位置及每个个体飞行器的邻居飞行器当前时刻传递的添加干扰信号的位置信息控制每个个体飞行器。[0027] 进一步地,所述步骤S1中,多飞行器网络中的所有个体飞行器的总数为n,集合为V;如果多飞行器网络中的个体飞行器i能够接受到多飞行器网络中的个体飞行器j发送的信息,称多飞行器网络中的个体飞行器j是多飞行器网络中的个体飞行器i的入邻居,如果多飞行器网络中的个体飞行器i能够向多飞行器网络中的个体飞行器j发送信息,称多飞行器网络中的个体飞行器j是多飞行器网络中的个体飞行器i的出邻居; 为多飞行器网络中的个体飞行器i的入邻居构成的集合, 为多飞行器网络中的个体飞行器i的出邻居构成的集合;对于vi∈V, 满足aij=1;对于vi∈V, 满足aij=0;lij=‑aij,Lii为由lij,i∈{1,2…,n}\{i},j∈{1,2,…,n}\{i}构成的矩阵,wi=|Lii|,多飞行器网络不存在自循环:aii=0;且多飞行器网络是强连通的;[0028] 其中,vi为多飞行器网络中的个体飞行器i,vj为多飞行器网络中的个体飞行器j,aij为多飞行器网络第i行第j列的邻接矩阵元素,aii为多飞行器网络第i行第i列的邻接矩阵元素,lij为多飞行器网络第i行第j列的拉普拉斯矩阵元素,lii为多飞行器网络第i行第i列的拉普拉斯矩阵元素, 为多飞行器网络第i行第j列的改进拉普拉斯矩阵元素。[0029] 进一步地,所述步骤S2中,更新参数满足:ε1≠0,[0030] 进一步地,所述步骤S3中,干扰信号,满足:对于vi∈V,对任意的 添加满足 的干扰信号;[0031] 其中, 为多飞行器网络中的个体飞行器i向个体飞行器j传递位置信息时添加的干扰信号, 为多飞行器网络中的个体飞行器i更新位置信息时需要的更新信号。[0032] 进一步地,所述步骤S5具体包括:[0033] S5‑1:根据多飞行器网络当前时刻的改进拉普拉斯矩阵、多飞行器网络的更新参数、隐私保护干扰信号、每个个体飞行器当前时刻的位置以及每个个体飞行器的邻居飞行器当前时刻传递的添加干扰信号的位置信息,确定每个个体飞行器的控制量:[0034][0035][0036] 其中,ui(0)为个体飞行器i在0时刻的控制量,ui(t)为个体飞行器i在t时刻的控制量,xi(t)为个体飞行器i在t时刻的位置,xj(t)为个体飞行器i的邻居飞行器j在当前时刻t的位置;[0037] S5‑2:根据每个个体飞行器的控制量、每个个体飞行器当前时刻的位置,确定每个个体飞行器下一时刻的位置:[0038] xi(t+1)=xi(t)+ui(t)[0039] 其中,xi(t+1)为个体飞行器i在下一时刻t+1的位置。[0040] 本发明的有益效果在于:本发明的方案能够保证在飞行器之间存在有向通讯网络的情况下,怀有恶意的敌方飞行器混入我方飞行器网络时既不妨碍我方飞行器集群,也不暴露我方飞行器初始位置,符合战略需求。附图说明[0041] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,通过参考附图会更加清楚地理解本发明的特征和优点,附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,可以根据这些附图获得其他的附图。其中:[0042] 图1为本发明系统的结构示意图;[0043] 图2为多飞行器网络的示意图;[0044] 图3为本发明系统的另一个结构示意图;[0045] 图4为本发明的方法流程图;[0046] 图5为本发明实施例1的通讯拓扑图;[0047] 图6为本发明实施例1的第一组基地位置下的飞行器位置演变情况;[0048] 图7为本发明实施例1的第二组基地位置下的飞行器位置演变情况;[0049] 图8为本发明实施例1的两种基地位置下的所有飞行器传递的信息差。[0050] 附图标号说明:[0051] 1‑第一确定模块;2‑第二确定模块;3‑第三确定模块;4‑获取模块;5‑控制模块;51‑控制量确定单元;52‑位置控制单元。具体实施方式[0052] 为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。[0053] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施,因此,本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。[0054] 如图1所示,一种有向通讯网络下多飞行器集群隐私保护系统,包括第一确定模块1、第二确定模块2、第三确定模块3、获取模块4以及控制模块5,其中,[0055] 第一确定模块1,用于确定多飞行器网络当前时刻的改进拉普拉斯矩阵,由于每个飞行器的通讯范围不同,多飞行器形成的网络是有向拓扑而非平衡拓扑;[0056] 改进的拉普拉斯矩阵可以通过以下规则根据确切时刻情况进行获取:多飞行器网络中的所有个体飞行器的总数为n,集合为V;如果多飞行器网络中的个体飞行器i能够接受到多飞行器网络中的个体飞行器j发送的信息,称多飞行器网络中的个体飞行器j是多飞行器网络中的个体飞行器i的入邻居,如果多飞行器网络中的个体飞行器i能够向多飞行器网络中的个体飞行器j发送信息,称多飞行器网络中的个体飞行器j是多飞行器网络中的个体飞行器i的出邻居; 为多飞行器网络中的个体飞行器i的入邻居构成的集合, 为多飞行器网络中的个体飞行器i的出邻居构成的集合;对于vi∈V, 满足aij=1;对于vi∈V, 满足aij=0;lij=‑aij, Lii为由lij,i∈{1,2…,n}\{i},j∈{1,2,…,n}\{i}构成的矩阵,wi=|Lii|, 多飞行器网络不存在自循环:aii=0;且多飞行器网络是强连通的,每个个体飞行器都能直接或间接地接收到其他所有个体飞行器的位置信息;[0057] 其中,vi为多飞行器网络中的个体飞行器i,vj为多飞行器网络中的个体飞行器j,aij为多飞行器网络第i行第j列的邻接矩阵元素,aii为多飞行器网络第i行第i列的邻接矩阵元素,lij为多飞行器网络第i行第j列的拉普拉斯矩阵元素,lii为多飞行器网络第i行第i列的拉普拉斯矩阵元素, 为多飞行器网络第i行第j列的改进拉普拉斯矩阵元素;[0058] 第二确定模块2,用于确定多飞行器网络的更新参数ε1和ε2,更新参数满足:ε1≠0,[0059] 较佳地,选择ε1=0.1,[0060] 第三确定模块3,用于确定多飞行器网络传递信息时为了隐私保护而添加的干扰信号,满足:对于vi∈V,对任意的 添加满足 的干扰信号;[0061] 其中, 为多飞行器网络中的个体飞行器i向个体飞行器j传递位置信息时添加的干扰信号, 为多飞行器网络中的个体飞行器i更新位置信息时需要的更新信号;[0062] 获取模块4,用于获取每个个体飞行器当前时刻的位置以及每个个体飞行器的邻居飞行器当前时刻传递的添加干扰信号的位置信息;如图2所示,个体飞行器A的入邻居飞行器为个体飞行器B、个体飞行器C、个体飞行器D,而个体飞行器A却不是个体飞行器C的入邻居飞行器;具体地,可以通过在个体飞行器上安装传感器装置获取自身位置;[0063] 具体地,每个个体飞行器的入邻居飞行器当前时刻传递的添加干扰信号的位置信息指的是入邻居飞行器在传递位置信息时,不直接传递自己真实的位置信息,而是添加满足一定条件的干扰信号信息,以隐藏自己的真实位置;[0064] 控制模块5,用于根据第一确定模块1、第二确定模块2、第三确定模块3和获取模块4得到的多飞行器网络当前时刻的改进拉普拉斯矩阵、多飞行器网络的更新参数、隐私保护干扰信号、每个个体飞行器当前时刻的位置及每个个体飞行器的邻居飞行器当前时刻传递的添加干扰信号的位置信息控制每个个体飞行器。[0065] 如图3所示,控制模块5包括:控制量确定单元51和位置控制单元52;其中,[0066] 控制量确定单元51,用于根据多飞行器网络当前时刻的改进拉普拉斯矩阵、多飞行器网络的更新参数、隐私保护干扰信号、每个个体飞行器当前时刻的位置以及每个个体飞行器的邻居飞行器当前时刻传递的添加干扰信号的位置信息,通过以下公式确定每个个体飞行器的控制量:[0067][0068][0069] 其中,ui(0)为个体飞行器i在0时刻的控制量,ui(t)为个体飞行器i在t时刻的控制量,xi(t)为个体飞行器i在t时刻的位置,xj(t)为个体飞行器i的邻居飞行器j在当前时刻t的位置;[0070] 位置控制单元52,用于根据每个个体飞行器的控制量、每个个体飞行器当前时刻的位置,通过以下公式确定每个个体飞行器下一时刻的位置:[0071] xi(t+1)=xi(t)+ui(t)[0072] 其中,xi(t+1)为个体飞行器i在下一时刻t+1的位置;也就是说,每个个体飞行器根据由自身位置信息及其邻居飞行器的传递的位置信息得到的控制量,更新调整自身的位置,最终实现固定位置的集群。[0073] 本发明的中心集群隐私保护系统,第一确定模块确定多飞行器网络当前时刻的改进拉普拉斯矩阵,第二确定模块确定多飞行器网络的更新参数,第三确定模块确定多飞行器网络传递信息时为了隐私保护而添加的干扰信号,获取模块获取每个个体飞行器当前时刻的位置以及每个个体飞行器的邻居飞行器当前时刻传递的添加干扰信号的位置信息,控制模块,根据多飞行器网络当前时刻的改进拉普拉斯矩阵、多飞行器网络的更新参数、隐私保护干扰信号、每个个体飞行器当前时刻的位置以及每个个体飞行器的邻居飞行器当前时刻传递的添加干扰信号的位置信息控制每个个体飞行器。这样,能够保证在飞行器之间存在有向通讯网络的情况下,怀有恶意的敌方飞行器混入我方飞行器网络时既不妨碍我方飞行器集群,也不暴露我方飞行器初始位置,符合战略需求。[0074] 需要说明的是,本发明提供的上述有向通讯网络下的中心集群及隐私保护系统,在多飞行器网络具有强连通性的情况下,每个个体飞行器可以根据自身的位置信息及其邻居飞行器传递的位置信息实现集群目标;在个体飞行器的唯一邻居不是敌方飞行器的情况下,每个个体飞行器不会暴露自己的初始位置隐私。[0075] 一种有向通讯网络下多飞行器集群隐私保护方法,包括以下步骤:[0076] S1:确定多飞行器网络当前时刻的改进拉普拉斯矩阵;[0077] 多飞行器网络中的所有个体飞行器的总数为n,集合为V;如果多飞行器网络中的个体飞行器i能够接受到多飞行器网络中的个体飞行器j发送的信息,称多飞行器网络中的个体飞行器j是多飞行器网络中的个体飞行器i的入邻居,如果多飞行器网络中的个体飞行器i能够向多飞行器网络中的个体飞行器j发送信息,称多飞行器网络中的个体飞行器j是多飞行器网络中的个体飞行器i的出邻居; 为多飞行器网络中的个体飞行器i的入邻居构成的集合, 为多飞行器网络中的个体飞行器i的出邻居构成的集合;对于vi∈V,满足aij=1;对于vi∈V, 满足aij=0;lij=‑aij, Lii为由lij,i∈{1,2…,n}\{i},j∈{1,2,…,n}\{i}构成的矩阵,wi=|Lii|, 多飞行器网络不存在自循环:aii=0;且多飞行器网络是强连通的;[0078] 其中,vi为多飞行器网络中的个体飞行器i,vj为多飞行器网络中的个体飞行器j,aij为多飞行器网络第i行第j列的邻接矩阵元素,aii为多飞行器网络第i行第i列的邻接矩阵元素,lij为多飞行器网络第i行第j列的拉普拉斯矩阵元素,lii为多飞行器网络第i行第i列的拉普拉斯矩阵元素, 为多飞行器网络第i行第j列的改进拉普拉斯矩阵元素;[0079] S2:确定多飞行器网络的更新参数ε1和ε2,更新参数满足:ε1≠0,[0080] 较佳地,选择ε1=0.1,[0081] S3:确定多飞行器网络传递信息时为了隐私保护而添加的干扰信号,满足:对于vi∈V,对任意的 添加满足 的干扰信号;[0082] 其中, 为多飞行器网络中的个体飞行器i向个体飞行器j传递位置信息时添加的干扰信号, 为多飞行器网络中的个体飞行器i更新位置信息时需要的更新信号;[0083] 每个个体飞行器的入邻居飞行器当前时刻传递的添加干扰信号的位置信息指的是入邻居飞行器在传递位置信息时,不直接传递自己真实的位置信息,而是添加满足一定条件的干扰信号信息,以隐藏自己的真实位置;[0084] S4:获取每个个体飞行器当前时刻的位置以及每个个体飞行器的邻居飞行器当前时刻传递的添加干扰信号的位置信息;[0085] S5:根据多飞行器网络当前时刻的改进拉普拉斯矩阵、多飞行器网络的更新参数、隐私保护干扰信号、每个个体飞行器当前时刻的位置及每个个体飞行器的邻居飞行器当前时刻传递的添加干扰信号的位置信息控制每个个体飞行器。[0086] S5‑1:根据多飞行器网络当前时刻的改进拉普拉斯矩阵、多飞行器网络的更新参数、隐私保护干扰信号、每个个体飞行器当前时刻的位置以及每个个体飞行器的邻居飞行器当前时刻传递的添加干扰信号的位置信息,确定每个个体飞行器的控制量:[0087][0088][0089] 其中,ui(0)为个体飞行器i在0时刻的控制量,ui(t)为个体飞行器i在t时刻的控制量,xi(t)为个体飞行器i在t时刻的位置,xj(t)为个体飞行器i的邻居飞行器j在当前时刻t的位置;[0090] S5‑2:根据每个个体飞行器的控制量、每个个体飞行器当前时刻的位置,确定每个个体飞行器下一时刻的位置:[0091] xi(t+1)=xi(t)+ui(t)[0092] 其中,xi(t+1)为个体飞行器i在下一时刻t+1的位置。[0093] 在本发明实施例提供的上述控制方法中,步骤S1、步骤S2和步骤S3的执行没有固定的先后顺序,在此不做限定。[0094] 为了方便理解本发明的上述技术方案,以下通过具体实施例对本发明的上述技术方案进行详细说明。[0095] 实施例1[0096] 通过数值仿真证明本发明的系统及方法能够克服在有向通讯网络下敌方飞行器恶意阻止集群及窃取我方基地位置带来的影响。[0097] 考虑一个有向通讯网络下由三个我方飞行器(编号1,2,4)构成的网络系统,其通讯拓扑如图5(a)所示。在该有向通讯网络下,三个我方飞行器希望实现中心集群,此时,敌方飞行器(飞行器3)出现在我方视野中,伪装成我方飞行器,并与我方飞行器进行信息交流,形成如图5(b)所示的有向拓扑网络,该敌方飞行器试图阻止我方飞行器集群并盗取我方基地位置。此时,证明采用本发明的技术方案可以抵御敌方飞行器的干扰,既能完成集群,又不暴露基地信息。[0098] 考虑表1给出的两组基地位置,可以看到,飞行器1与飞行器2的基地位置发生了改变,飞行器3与飞行器4的基地位置没有发生改变,两组数据中所有基地位置的总和相同。[0099] 表1飞行器的基地位置[0100][0101] 表2根据本发明的技术方案分别设计传递的隐私保护干扰的信号[0102][0103] 在本发明的技术方案下,更新参数选取为: 分别得到两组不同基地位置下飞行器的位置演变情况:第一组基地位置下飞行器位置演变情况如图6所示,第二组基地位置下飞行器位置演变情况如图7所示,其中横轴代表时间步长,纵轴代表各飞行器当前的位置,可以看到在敌方飞行器(飞行器3)存在的情况下,无论是第一组位置下,还是第二组位置下,所有飞行器达成了中心集群,且都在位置7.5处完成集群。[0104] 接下来,观察这两组不同的基地位置下,敌方飞行器(飞行器3)接收到的信息的差异。如果在两种不同的基地位置下,敌方飞行器(飞行器3)接收到的信息不存在任何差异,则说明,敌方飞行器无法对我方基地的位置进行估计,我方基地的位置得到了保护。两种基地位置下,所有飞行器传递的信息差如图4所示,其中,横轴代表时间步长,纵轴代表两种基地位置下飞行器之间传递的信息的差异。可以看出,在两种不同的基地位置下,仅有我方飞行器(飞行器2)传递给我方飞行器(飞行器1)的信息发生了改变,其他传输的信息都没有任何变化。即虽然我方飞行器的基地位置发生了改变,敌方飞行器(飞行器3)收到的信息也没有任何变化,可以说明,本发明提出的技术方案能够克服在有向通讯网络下,敌方飞行器恶意阻止集群及窃取我方基地位置带来的影响。[0105] 在本发明中,术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的,不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上,除非另有明确的限定。[0106] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

专利地区:北京

专利申请日期:2021-11-29

专利公开日期:2024-06-18

专利公告号:CN114138021B

电话咨询
读内容
搜本页
回顶部