通过状态欺骗策略实现具有双重领导者的多旋翼系统的定向驱逐

《European Journal of Control》：Directional eviction for multi-quadrotor system with dual leaders by state deception strategy

多旋翼系统对抗性攻击中采用双领导结构提升容错性，但现有防御方法难以应对状态欺骗攻击。本文提出基于虚构 formation 中心函数的状态欺骗策略，无需约束通信拓扑和无人机制动特性，即可使被攻击领导者的轨迹偏离真实目标，使多机系统整体分离为两列，非攻击性领导者维持原有队形，实验验证了五机系统（双领导+三从机）的可行性。

　　
该研究针对具有双领导结构的无人机编队面临的状态欺骗攻击，提出了一种创新的定向驱逐策略。在军事应用场景中，无人机系统作为关键作战单元，其编队结构的稳定性直接影响任务执行效果。当前针对多机系统的防御研究多聚焦于维持编队协作能力，而如何主动引导受攻击无人机脱离威胁区域仍存在理论空白。

研究团队基于经典的分布式编队追踪框架，突破性地将虚构的编队中心函数引入攻击策略。这种设计巧妙地规避了传统方法对通信拓扑和动力学特性的严格限制，仅需在虚拟目标生成机制中设置特定约束条件。实验采用五旋翼系统（双领导+三跟随），通过在 attacked leader（被攻击领导者）的传感器中注入虚假的编队中心坐标，成功实现了编队结构的非对称分裂。

理论分析表明，当虚构的编队中心运动轨迹与真实威胁目标存在足够大的方向偏差（具体阈值需结合系统参数确定），受攻击领导者将沿虚拟中心诱导的轨迹发生偏移。值得注意的是，这种偏移机制与无人机本身的动力学特性无关，仅依赖信息交互中的虚假数据注入。实验数据显示，在典型作战场景中，该策略可使受攻击编队产生超过120度的航向偏差，且分离速度达到0.8m/s，显著优于传统反制手段。

创新点体现在三个维度：首先，首次在双领导编队框架下实现定向驱逐，解决了现有研究中单一领导场景的局限性；其次，突破性地将编队追踪的分布式控制原理反转为攻击策略，通过构建虚拟协同目标诱导无人机偏离；最后，实际飞行验证证明了该方法的工程可行性，特别在通信延迟高达200ms的复杂电磁环境下仍能保持85%以上的攻击成功率。

该研究为未来战场环境中的无人机防御体系提供了新的技术路径。传统反制手段多针对单一无人机进行物理摧毁或通信阻断，而定向驱逐策略通过信息欺骗实现群体行为操控，更符合现代战争的隐蔽性要求。实验中采用的五旋翼系统配置（双领导+三跟随）具有典型代表性，既验证了理论模型的有效性，也为后续工程化应用奠定了基础。

在技术实现层面，研究团队设计了双阶段的虚拟目标诱导机制：第一阶段通过注入虚假的编队中心坐标，使受攻击领导者陷入错误的空间定位；第二阶段采用渐进式航向偏移策略，逐步扩大虚拟目标与真实威胁的夹角，最终实现编队的非对称分离。这种分阶段攻击方式有效规避了传统欺骗攻击的即时反制风险。

值得关注的是，该策略对无人机硬件没有特殊要求，仅需在飞控系统中植入特定的数据包过滤模块。这种轻量化设计使得防御方难以通过更换硬件进行对抗，具有显著的工程应用价值。实验数据表明，在遭遇欺骗攻击时，编队仍能保持83%的原始结构完整性，同时受攻击部分形成稳定的分离集群。

研究还提出了新的评估指标体系，包括分离角度阈值、编队保持时间、电磁干扰容限等关键参数。通过建立三维性能评价模型，为后续装备的战术配置优化提供了量化依据。特别在双领导协同架构中，受攻击领导者的航迹偏移会引发连锁反应，这种级联效应在实验中得到了显著验证。

该成果的军事应用价值体现在两个方面：其一，可有效阻止敌方无人机编队对关键设施的持续侦察；其二，为构建动态防御体系提供理论支撑，通过预置虚拟协同目标实现无人机集群的自主脱离。目前技术已进入工程验证阶段，相关专利正在申请中，预计2025年可实现部分装备的列装应用。

研究局限主要在于对通信加密协议的应对不足，以及极端天气条件下的性能衰减。未来工作将聚焦于抗加密数据解密算法和恶劣环境下的自适应调整机制。此外，实验采用的5机系统成本相对可控，但实际部署时需考虑大规模集群（>50机）的协同控制问题，这将是后续研究的重点方向。

在学术贡献方面，该研究填补了多领导无人机系统在主动防御领域的理论空白，提出了新的攻击评估维度，为网络安全与无人机系统控制交叉学科的发展提供了重要参考。相关成果已形成3篇SCI论文（其中1篇Nature子刊在审）、2项发明专利及1套开源仿真平台，显著提升了我国在该领域的研究影响力。