基于收缩自编码器的无人机GPS欺骗攻击协同检测方法

GPS欺骗攻击是一种通过改变GPS信号来诱导接收机导航系统的恶意攻击,它会使无人机产生偏离运行轨迹、飞入禁飞区、强制降落等异常行为。当前对GPS欺骗攻击的检测仍存在模型训练效率较低、检测性能不高等问题,基于此,本文提出了一种无人机GPS欺骗攻击协同检测方法。该方法采用联邦学习框架,多个基站通过本地接收的无人机运行数据协同训练异常检测模型并计算异常检测阈值,进而检测无人机是否存在GPS欺骗攻击。此外,为了防止在联邦学习过程中不同基站本地训练数据分布差异过大导致模型训练效果降低的问题,本文采用收缩自编码器作为异常检测模型。与自编码器相比,收缩自编码器通过在损失函数中加入新的损失项,将训练数据样本的低维表示压缩到更小的范围内,从而使模型在训练过程中能够更好地学习训练数据样本的低维特征,提高了模型区分正常数据和异常数据的能力。基于公开数据集的实验结果表明,本文提出的方法对无人机GPS欺骗攻击的准确率、查准率和召回率分别达到了96.49%、96.03%和93.85%,比原始的自编码器提高了1.63%、0.8%和4.62%,且与采用集中式学习框架相比,本文提出的协同检测方法能够显著提高模型的训练效率。同时,本文提出的联邦学习收缩自编码器受平衡系数改变的影响最小,在异常检测阈值计算不准确的情况下仍然能够达到较好的检测结果。

MagDet:基于地磁的无人机GPS欺骗检测方法

GPS是目前最为广泛使用的基于卫星的导航和定位系统,对于无人机而言,它是一个不可或缺的组成部分,提供了关键的精确位置数据,对导航和任务的成功至关重要.然而,GPS欺骗攻击已经逐渐演变成对GPS依赖系统不断增加的威胁.目前,针对无人机的GPS欺骗检测方法大多基于仿真数据提出、依赖于多个无人机或者需要专用设备(例如,软件定义无线电平台和高清摄像头).本文提出一种新颖的基于地磁场的无人机GPS欺骗检测方法--Mag Det(Magnetic field-based Detection method),其基本思想是利用地球内部和周围金属建筑材料不均匀性引起的地磁场异常,通过真实飞行收集位置和磁场强度数据,包括正常和被攻击场景.应用各种机器学习算法来训练这些数据以选择最佳分类器,该分类器可以轻松部署在常见机载计算机中.该方法的检测率超过99.5%,平均错误率(Equal Error Rate,EER)为0.51%,优于现有检测方法.此外,评估了各种因素对Mag Det的影响,以证明其鲁棒性.即使在未访问过的地点(距离6 km),准确率也高于95%,EER为0.49%.

无人机GPS欺骗干扰攻击对策

自主和半自主的无人机群(unmanned aerial vehicles,UAVs)开始引发大量的研究兴趣和来自各种民用应用领域的需求,然而,为成功执行各种任务,无人机群需要GPS的信号.民用GPS信号是未加密和未认证的,这为GPS欺骗攻击的实施提供了便利,在这些攻击中,对手通过模仿真实的GPS信号,并将其广播给目标无人机,以改变其航线,迫使其降落或坠毁.在这项研究中,提出了一种GPS欺骗检测机制,能够检测单发射器和多发射器的GPS欺骗攻击,以防止改变其航线或坠毁.GPS欺骗是基于比较每两个蜂群成员之间从其GPS坐标计算出的距离和同一蜂群成员之间从脉冲无线电超宽带测距获得的距离,如果距离的差异大于选定的阈值,则宣布检测到GPS欺骗攻击.通过案例证明:检测机制优于现存的检测技术,它无需修改原有的天线和安装额外的硬件,便可检测GPS欺骗攻击,并且也不需要复杂的计算和通信开销,减少了误报,使检测机制更加可靠.

基于TimeGAN-LSTM的无人机GPS欺骗干扰检测模型

针对无人机易受GPS欺骗干扰的问题,提出一种基于长短时记忆法(LSTM)的无人机全球定位系统(GPS)欺骗干扰检测模型。为了提高模型训练精度,首先利用时序生成对抗网络(TimeGAN)对训练数据集进行了数据增强工作,弥补了训练数据量的不足,还对比了增强数据集与原始数据集的性能差距。然后搭建了LSTM模型,在仿真实验下TimeGAN+LSTM模型获得的准确率、精确率、召回率和F1值分别为98.08%、98.55%、98.07%和98.31%。最后与传统机器学习模型进行比较,对比结果证明,提出的欺骗干扰检测模型拥有更好的性能指标。该模型可实现对无人机GPS欺骗干扰信号的有效检测。

基于轨迹欺骗的无人机GPS/INS复合导航系统干扰技术

在分析GPS欺骗干扰原理基础上,结合无人机(Unmanned aerial vehicle,UAV)GPS/INS复合导航系统的控制特点,设计了无人机导航系统中状态估计量的创新检测规则。采用直接轨迹欺骗与轨迹融合两种方法,实现了对无人机导航系统的侵入控制,达到了利用GPS欺骗干扰实现对无人机飞行轨迹进行控制的目的。通过理论推导和仿真分析给出了两种控制模式下归一化新息平方(Normalized innovation squared,NIS),指出当采用轨迹融合的控制方法时,不仅可实现无人机的轨迹欺骗,而且不易被检测,为GPS对抗提供了有效的干扰手段。

无人机GPS欺骗干扰方法及诱导模型的研究

GPS是无人机成功飞行的关键支持。针对无人机事故频发的现状,分析GPS欺骗干扰原理,给出了一种基于软件无线电(SDR)设备的产生式欺骗干扰解决方案。该方案阐述了GPS欺骗信号的产生流程,通过SDR设备上变频发送自主产生的欺骗信号,实现了对GPS接收机静态位置和动态位置的欺骗。经实验测试,该方案性能稳定,接收机可精准定位在欺骗位置。此外,详细阐述了一种无人机欺骗诱导模型,给出了偏移速率的计算方法,理论上证实了将无人机欺骗至特定点的可能性。

基于多传感器数据融合的无人机GPS欺骗检测研究

针对实际过程中可能存在的无人机GPS欺骗情况,提出了基于多传感器数据融合的GPS欺骗检测方法;该方法通过比较多传感器惯性导航系统加上Elman神经网络修正得到的位置信息与GPS输出位置信息,从而判断无人机GPS是否受到欺骗;该方法有两个创新点:第一个是使用Elman神经网络,在不增加传感器成本的基础上有助于提高惯导系统输出位置信息的精度,第二个创新点是使用带延迟的扩展卡尔曼滤波器,用于解决多传感器数据不同步的问题;实验结果表明,文章提出的方法能有效地检测出GPS欺骗,从而保证无人机的安全飞行。

GPS转发欺骗式干扰应用于无人机的实例分析

引言 GPS导航是现代精准定位的主要技术手段，而对其导航定位的干扰技术研究具有极其重要的实际应用价值。

基于LSTM-KF模型的无人机抗GPS欺骗方法

针对无人机GPS信号易受干扰、易欺骗的问题,提出一种结合深度学习和卡尔曼滤波的无人机抗GPS欺骗的检测方法,该方法通过使用长短期记忆网络从无人机飞行状态中预测得到无人机飞行的动力学模型,并利用卡尔曼滤波结合动力学模型进行动态调整来识别GPS欺骗,从而达到抵御GPS欺骗信号干扰的目的,同时该方法无须增加接收器的硬件开销,且易于实现。实验结果证明,相比同类方法,该方法对于识别GPS信号具有更高的准确率和更低的误报率,可有效增强无人机抗GPS欺骗干扰的能力。

基于GPS诱骗的低空民用无人机干扰技术研究

近年来,无人机技术不断进步与完善,在军民领域都得到了广泛应用。然而,频频发生且影响广泛的"黑飞"与滥用现象,引发了对低空无人机进行反制与干扰的热点研究。本文围绕低空民用小型无人机,结合目前较为成熟的无人机通信链路干扰技术,深入研究了切断无人机通信链路后MIMU/GPS组合的GPS定位诱骗干扰问题,通过延迟转发,人为改变可见卫星到无人机的伪距值诱使无人机朝着错误的位置飞行,研究目标是希望仅通过改变较少卫星的伪距,实现在MIMU独立定位误差范围内较大拉偏定位误差,从而达到有效诱骗,缩短诱骗引导其到达预定坐标的时间。该技术可组合无人机通信链路干扰技术构建对于低空民用小型无人机的经济、简单有效的反无人机系统。

配备GPS/INS组合导航系统的无人机诱捕方法

针对黑飞无人机威胁空域安全问题,结合无人机卫星/惯性组合导航(Global Positioning System/Inertial Navigation System,GPS/INS)系统的归一化新息平方(Normalized Innovation Squared,NIS)检测和GPS欺骗原理,分析了欺骗距离和GPS定位精度对诱捕无人机的影响,设计了一套诱捕无人机的完整步骤,研究目标是在不被无人机发觉的前提下将无人机诱骗至指定位置。通过理论分析和仿真,验证了该方法不仅可以诱捕无人机,还不易被检测到。

无人机导航系统攻击技术概述

无人机作为现代高科技产物,已深入大众视野,当前在环境监控、交通运输、媒体直播和军事行动等领域得到了广泛的应用。一个完整的无人机系统主要包括无人飞行器、地面控制站和通信链路三大组成部分,每一部分受损都可能给实际应用带来不可弥补的损失。本文在全面分析无人机系统可能遭受的安全威胁的基础上,针对无人飞行器系统中的GPS系统和陀螺仪系统存在的主要漏洞及攻击手段进行了重点阐述。

无人机反制技术研究——基于导航欺骗技术的无人机干扰拦截系统

近年来，因难以对无人机实施管控和有效拦截，我国出现了大量由无人机黑飞导致的安全事故。虽然目前市场上已经出现了如无人机激光拦截系统等设备，但是在使用中也暴露出了设备过于昂贵，附带损伤严重等问题。本文从警用实际应用出发，设计了一种基于导航欺骗技术的无人机干扰拦截系统，该系统具有拦截成本低、附带损伤小等特点，适用于我国警务应用的无人机拦截需求。

基于轨迹欺骗的GPS导航干扰试验研究

为对抗坐标跳变和来波方向检测等反GPS欺骗手段,给出一种基于轨迹欺骗的GPS导航干扰方法。该方法综合转发式欺骗干扰和生成式欺骗干扰的特点,首先利用GPS接收机获得目标当前粗略位置,并从中提取伪距、伪距变化率、授时时刻、当前星历和信号强度等重要观测量,其次将观测量连同欺骗坐标一同送入时空参数模型,进而获得欺骗信号参数,生成高度拟真的欺骗信号并发射。验证结果表明,该方法可依托体积小、重量轻的软件无线电小型化系统实现,可在不同条件下实现对GPS接收机的有效欺骗。

无人机信息安全研究综述

随着科技的进步和制造成本的不断降低,无人机已经从军用领域开始走进工业生产和人们的日常生活.如今,无人机已经广泛应用于影视拍摄、农业监测、电力巡检、个人航拍、气象监测、森林火灾探测、交通控制、货物运输及应急救援等领域.然而,无人机在给我们的生产生活带来各种便利的同时,其所面临的安全问题也逐渐暴露出来.该文首先介绍了当前无人机的发展现状,然后介绍了无人机的组成结构和应用,之后分别从保密性、完整性和可用性方面系统地阐述了当前无人机所面临的信息安全威胁.接着,该文着重从传感器、通信、软件和网络四个方面对无人机所面临的安全威胁、现有安全防护措施以及国内外的研究现状进行了详细的阐述和分析.其中,结合当前国内外最新的研究成果和我们实验室的研究和实验,重点对针对无人机的卫星导航信号的欺骗攻击和针对无人机通讯安全的攻击及其应对措施进行了阐述和分析.最后,对无人机的安全和管理的未来研究方向进行了展望.

小型无人机通信干扰器设计

当今小型无人机存在监管难度大、安全系数低、缺乏规范等问题.为解决无人机监管困难、执法困难的问题,本文提出了基于无线通信干扰的无人机干扰方案.针对现有干扰方案手段单一,对各种型号无人机适用性差的问题,该方案首先使用压制式无线通信干扰方式干扰无人机控制信号,使无人机丧失通信能力;其次利用GPS转发欺骗信号对无人机定位进行干扰;最终无人机在多重错误控制信号的作用下迫降或坠毁.该方案的关键步骤是对无人机通信的干扰和伪GPS信号的生成,本文基于Simulink的实验仿真结果论证了该方案具有较高的可行性.

同步式GPS欺骗干扰信号生成技术研究与设计

出于对"低、慢、小"无人机进行导航定位诱骗的实际需求,在实验室原有的异步生成式GPS欺骗干扰源的基础上,研制了一种小型化的同步生成式GPS欺骗干扰源。首先,在异步生成式GPS欺骗干扰源射频信号模型的基础上,考虑到干扰源信号处理延时、欺骗信号的传播延时、无人机上目标接收机所接收真实卫星信号状态以及无人机运动模型,建立了对同步欺骗信号仿真时间和状态参数进行精确计算的数学模型。其次,通过本地授时型接收机提供驯服后的基准时钟和秒脉冲(1PPS)信号,实现欺骗干扰信号与真实卫星信号系统时的同步,并通过高阶直接数字频率合成(DDS)技术精确控制信号参数、保证欺骗信号到达目标接收机接收天线相位中心时与真实信号的相位状态在成功诱骗所允许的误差范围之内。最后,通过商用接收机和无人机进行了实验验证,在无人机上目标接收机正常跟踪真实卫星信号的前提下,开启同步生成式GPS欺骗干扰源发射欺骗信号,能够使目标接收机逐渐偏离正常定位测速结果而产生受控的定位测速结果。结果验证了同步信号模型和所设计同步信号生成电路的正确性,且表明同步生成式GPS欺骗干扰源能够实现对商用接收机和无人机导航定位的诱骗。

民用GPS自主式欺骗技术与应用

针对当前民用或巡航无人机黑飞猖獗的现象,基于无人机生产厂家禁飞区限制和自动导航控制的原理,提出一种针对自主式民用GPS技术的欺骗技术,该技术可实时产生高保真GPS信号,并在空间环境下替代实际GPS导航系统,基于本文提出的自主式民用GPS欺骗技术,理论上可以实现对GPS导航设备的快速侵入和诱导,通过实际测试,验证了该技术的优势和可行性。

单站单通道GPS欺骗干扰方法

为使敌方侦察无人机抵近侦查时我方能快速反应,针对分布式欺骗干扰难以迅速部署并做出干扰的情况,研究了单站单通道下的全球定位系统(GPS)欺骗干扰.首先分析了该模式下欺骗位置与干扰机位置和欺骗信号延迟时间的关系;然后结合无人机导航系统及飞行控制原理,讨论了欺骗干扰对无人机导航系统的效果及定位被欺骗后的飞行情况,给出了单架干扰机利用单通道执行欺骗干扰的方法.仿真结果表明,该欺骗方法能够使无人机定位输出结果是干扰机的位置,并逐步诱骗敌方无人机至指定位置或区域内.

电力巡检无人机网络安全风险分析及防护技术

电力巡检无人机的使用极大的提升了电网运检的效率,但无人机所面临的网络安全风险也日趋严峻。电力无人机一旦遭受攻击和劫持,会对国家安全造成极大的威胁。本文通过分析电力巡检无人机所面临的网络安全风险,提出网络安全防护的关键技术和整体防护方案,有效的保障了电力巡检无人机的网络安全。