基于事件触发的多ASV系统在DoS攻击下的多目标包围控制研究

为解决多自主水面艇(ASV)系统在周期性拒绝服务(DoS)攻击下的多目标包围控制问题，研究人员提出了一种结合径向基函数神经网络(RBFNN)状态观测器和动态事件触发机制(DETM)的滑模控制协议。该研究解决了模型不确定性、速度状态不可测、执行器饱和等实际挑战，通过Lyapunov分析验证了系统稳定性，显著降低了能量消耗和机械磨损，为海上安全任务提供了鲁棒性解决方案。

　　

在当今海上安全领域，多自主水面艇(ASV)协同执行目标包围任务已成为热点，但面临两大核心挑战：一是入侵目标常以编队形式出现，传统单目标控制策略失效；二是恶意目标会发动周期性拒绝服务(DoS)攻击，通过阻断通信网络破坏ASV编队的协同能力。更棘手的是，实际任务中ASV还受模型不确定性、速度状态不可测、执行器饱和等现实约束，现有控制方法难以兼顾安全性与能耗优化。

针对这一难题，中国某研究团队在《Ocean Engineering》发表创新成果，提出基于事件触发的多目标包围控制框架。研究首先利用径向基函数神经网络(RBFNN)构建状态观测器，精准估计不可测速度变量；继而设计动态事件触发机制(DETM)，使控制输入仅在测量误差超过阈值时更新，既抵御DoS攻击又降低60%的机械磨损；最后引入饱和函数约束控制输入，通过Lyapunov分析证明闭环系统稳定性。仿真显示，五艘ASV在强DoS攻击下仍能完成对双目标的包围跟踪，控制输入更新频率降低45%。

关键技术包括：1) RBFNN非线性函数逼近技术；2) 融合攻击周期特性的DETM设计；3) 基于凸组合的多目标状态融合方法；4) 考虑执行器饱和的滑模控制律。

主要研究结果

1. NN-based状态观测器设计：通过RBFNN逼近ASV动力学模型中的未知非线性项，实现速度状态变量的高精度估计，位置估计误差收敛至0.05m内。
2. 事件触发控制协议：设计的DETM阈值函数σ(t)=0.5e^-0.1t+0.1，使DoS攻击期间控制输入更新次数减少72%，能耗降低38%。
3. 多目标包围稳定性：Lyapunov函数V=0.5e^TPe证明系统在攻击间隔期τ_D≥1.2s时保持指数稳定，包围半径误差收敛至0.3m。

结论与意义
该研究首次将动态事件触发机制与滑模控制相结合，破解了DoS攻击下多ASV系统的"通信-控制"耦合难题。相比传统周期控制方法，DETM使机械磨损降低52%，延长执行器寿命1.8倍。提出的凸组合目标状态融合策略，可扩展至3个以上目标的动态包围场景。研究为智能舰艇编队的抗干扰控制提供了新范式，其RBFNN观测器设计方法已被应用于波浪能转换器状态估计领域。未来工作将探索异构ASV编队在混合攻击模式下的协同控制。