基于GPS和光流计融合的无人机传感器欺骗检测方法技术

本发明专利技术属于自主导航无人机飞行安全技术领域，具体涉及一种基于GPS和光流计融合的无人机传感器欺骗检测方法。本发明专利技术提出了一种无人机传感器信息融合模型，模型的融合级别属于决策层，融合架构属于后融合架构。模型的输入数据为GPS和光流计采集的原始数据，通过对任务中无人机实时采集的GPS和光流计的数据信息进行解析，根据两组数据分别计算出无人机实时的飞行路程；模型的输出为两组飞行路程数据融合后的信息。通过仿真实验验证了本发明专利技术实现了对GPS生成式欺骗的实时检测，高效准确。

Detection method of UAV sensor deception based on the fusion of GPS and optical flowmeter

【技术实现步骤摘要】
基于GPS和光流计融合的无人机传感器欺骗检测方法
本专利技术属于自主导航无人机飞行安全
，具体涉及一种基于GPS和光流计融合的无人机传感器欺骗检测方法。
技术介绍
无人系统的传感器是保证无人系统不对环境或自身造成伤害的不可或缺的部分，任务过程中的无人机一旦发生传感器的数据异常或者丢失，极大可能会造成任务失败，严重时会导致机体坠毁，因此无人系统传感器的安全问题越发受到重视。传统的传感器安全工作通常只关注传感器网络中数据传输的安全性，而忽略了传感器本身的安全威胁分析和数据保护。此外，由于技术或成本的限制，商业传感器通常无法区分正常和异常数据。目前无人机传感器的攻击主要包括GPS欺骗、光流欺骗、超声干涉陀螺仪和机器视觉欺骗。无人机的定位、导航和返航任务在很大程度上依赖于GPS。然而，无人机使用的民用GPS信号结构是完全开放和未加密的，地面设备接收到的信号非常微弱。因此，GPS信号很容易受到干扰和欺骗。软件无线电的发展使得GPS欺骗变得容易且成本低廉，故在上述提到的几种欺骗里无人机最常见的欺骗是GPS欺骗。GPS欺骗可能导致无人机失控甚至被劫持，所以在目前复杂的物理环境中，不能再根据单一的传感器来控制无人机，多传感器信息融合是将多个传感器的输出信息加以处理、综合和分析、从而产生比单一信息源更准确、更完整的估计和判决的技术，根据这项技术我们可以更加准确和搞笑的掌握无人机的实时状态。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于GPS和光流计融合的无人机传感器欺骗检测方法。本专利技术的目的通过如下技术方案来实现：包括以下步骤：步骤1：在无人机的飞行过程中，以设定的采样频率实时采集GPS传感器和光流计的数据；GPS传感器单次采样得到的经纬度数据为(xt,yt)；其中，t为采样次数；xt为经度；yt为纬度；光流计单次采样得到的数据为(at,bt,ct)；其中，at为无人机的对地距离，单位为米；bt为以弧度表示的累积光流，其中一个正值是由围绕X体轴的RH旋转产生的；ct为以弧度表示的累积光流，其中一个正值是由围绕Y体轴的RH旋转产生的；步骤2：根据相邻两次的GPS传感器数据，计算GPS传感器得到的无人机在两次数据采样中的飞行距离并与上次计算结果叠加得到GPS传感器测得的无人机在任务时间内的飞行路程其中，R为地球半径；步骤3：利用光流计采样得到的数据计算出无人机在两次采样中一个像素点的移动距离，即飞行距离并与上次计算结果叠加得到光流计测得的无人机在任务时间内的飞行路程步骤4：计算GPS传感器测得的无人机在任务时间内的飞行路程与光流计测得的无人机在任务时间内的飞行路程之间的差值的绝对值diff；步骤5：根据无人机在物理环境正常状态下的多次飞行试验，设置安全阈值；判断diff是否大于安全阈值；若diff大于安全阈值，则判定无人机受到了GPS传感器的欺骗；步骤6：返回步骤2，进行下一次无人机传感器欺骗检测。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出了一种无人机传感器信息融合模型，模型的融合级别属于决策层，融合架构属于后融合架构。模型的输入数据为GPS和光流计采集的原始数据，通过对任务中无人机实时采集的GPS和光流计的数据信息进行解析，根据两组数据分别计算出无人机实时的飞行路程；模型的输出为两组飞行路程数据融合后的信息。通过仿真实验验证了本专利技术实现了对GPS生成式欺骗的实时检测，高效准确。附图说明图1为一种基于GPS和光流计融合的无人机传感器欺骗检测方法的结构图。图2为一种基于GPS和光流计融合的无人机传感器欺骗检测方法的流程图。图3为一种基于GPS和光流计融合的无人机传感器欺骗检测方法的具体实现代码表。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。本专利技术设计了一种基于GPS和光流计融合的无人机传感器欺骗检测方法，属于自主导航无人机飞行安全
，具体涉及到GPS欺骗攻击检测技术和数据融合技术。本专利技术提出了一种无人机传感器信息融合模型，模型的融合级别属于决策层，融合架构属于后融合架构。模型的输入数据为GPS和光流计采集的原始数据，通过对任务中无人机实时采集的GPS和光流计的数据信息进行解析，根据两组数据分别计算出无人机实时的飞行路程；模型的输出为两组飞行路程数据融合后的信息。通过仿真实验验证了本专利技术实现了对GPS生成式欺骗的实时检测，高效准确。一种基于GPS和光流计融合的无人机传感器欺骗检测方法，包括以下步骤：步骤1：在无人机的飞行过程中，以设定的采样频率实时采集GPS传感器和光流计的数据；GPS传感器单次采样得到的经纬度数据为(xt,yt)；其中，t为采样次数；xt为经度；yt为纬度；光流计单次采样得到的数据为(at,bt,ct)；其中，at为无人机的对地距离，单位为米；bt为以弧度表示的累积光流，其中一个正值是由围绕X体轴的RH旋转产生的；ct为以弧度表示的累积光流，其中一个正值是由围绕Y体轴的RH旋转产生的；步骤2：根据相邻两次的GPS传感器数据，计算GPS传感器得到的无人机在两次数据采样中的飞行距离并与上次计算结果叠加得到GPS传感器测得的无人机在任务时间内的飞行路程其中，R为地球半径；步骤3：利用光流计采样得到的数据计算出无人机在两次采样中一个像素点的移动距离，即飞行距离并与上次计算结果叠加得到光流计测得的无人机在任务时间内的飞行路程步骤4：计算GPS传感器测得的无人机在任务时间内的飞行路程与光流计测得的无人机在任务时间内的飞行路程之间的差值的绝对值diff；步骤5：根据无人机在物理环境正常状态下的多次飞行试验，设置安全阈值；判断diff是否大于安全阈值；若diff大于安全阈值，则判定无人机受到了GPS传感器的欺骗；步骤6：返回步骤2，进行下一次无人机传感器欺骗检测。实施例1：一种基于GPS和光流计融合的无人机传感器欺骗检测方法，在基于数据融合分析检测阶段，本专利技术分别利用GPS和光流计以5HZ的频率采集到的实时数据计算出无人机在物理环境正常状态下的飞行距离，并将两组数据实现决策融合，考虑飞行环境存在的客观因素，设置一个合理的飞行安全阈值，在欺骗仿真实验中，根据输出的融合数据是否在阈值范围内，进而发现GPS欺骗攻击。在本实施例中采样频率取5HZ，安全阈值取10。具体基于GPS和光流计数据融合的无人机传感器欺骗检测算法如图3所示，其中涉及参数的物理意义如下：gps_lat：纬度gps_lon：经度flow_x：以弧度表示的累积光流，其中一个正值是由围绕X体轴的RH旋转产生的flow_y：以弧度表示的累积光流，其中一个正值是由围绕Y体轴的RH旋转产生的ground_dis:以米为单位的对地距离t：频率为5HZ的数据采样次数<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于GPS和光流计融合的无人机传感器欺骗检测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：在无人机的飞行过程中，以设定的采样频率实时采集GPS传感器和光流计的数据；/nGPS传感器单次采样得到的经纬度数据为(x

【技术特征摘要】
1.一种基于GPS和光流计融合的无人机传感器欺骗检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在无人机的飞行过程中，以设定的采样频率实时采集GPS传感器和光流计的数据；
GPS传感器单次采样得到的经纬度数据为(xt,yt)；其中，t为采样次数；xt为经度；yt为纬度；光流计单次采样得到的数据为(at,bt,ct)；其中，at为无人机的对地距离，单位为米；bt为以弧度表示的累积光流，其中一个正值是由围绕X体轴的RH旋转产生的；ct为以弧度表示的累积光流，其中一个正值是由围绕Y体轴的RH旋转产生的；
步骤2：根据相邻两次的GPS传感器数据，计算GPS传感器得到的无人机在两次数据采样中的飞行距离并与上次计算结果叠加得到GPS传感器测得的无人机在任务时间内的飞行路程

【专利技术属性】
技术研发人员：杨武，孟涟肖，唐盖盖，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23