基于累积和的无人机轨迹欺骗方法技术

本发明专利技术提出了一种基于累积和CUSUM的无人机轨迹欺骗方法，属于无人机技术领域，实现步骤为：初始化T0时刻无人机的位置偏差的累积和为零；使无人机跟踪和捕获上真实速度和位置的欺骗信号，n＝1；T

【技术实现步骤摘要】
基于累积和的无人机轨迹欺骗方法


[0001]本专利技术属于无人机
，涉及一种无人机轨迹欺骗方法，具体涉及一种基于CUSUM的无人机轨迹欺骗方法，可应用于无人机GPS安全测试。

技术介绍

[0002]随着科学技术的发展和进步，无人机的技术也越来越成熟，无人机逐渐融入到人们的生产生活中。无人机在给人们生产生活方式带来各种便利的同时，其面临的安全问题也逐渐暴露出来。由于GPS系统功率低，信号弱，GPS信号易受电磁信号干扰，因此攻击者根据目标无人机能够接收到的卫星信号特征伪造GPS干扰信号并转发到目标无人机所在信号接收区域，使目标无人机的GPS接收器接收到虚假的GPS信号，这样攻击者可以欺骗目标无人机的GPS接收器的输出位置和速度等信息，进而控制目标无人机的运动轨迹。
[0003]因此需要对无人机的GPS安全进行测试，发现其中的安全漏洞。具体来说，攻击者可以在无人机附近部署GPS攻击设备来进行GPS欺骗，这些设备包括嵌入式计算机、信号发生器和GPS发射天线。嵌入式计算机用来产生GPS欺骗信号及配置信号发生器的参数，可以调整信号发生器的发射频率；信号发生器与嵌入式计算机相连，用来将GPS欺骗信号变频至指定频段；发射天线与信号发生器的发射端相连，将GPS信号发射至目标无人机的GPS接收器上。在这一过程中，重要的是如何控制GPS欺骗信号，使得无人机的飞行控制系统无法检测到轨迹偏移，这也就是隐蔽性欺骗。影响隐蔽性欺骗能否成功的关键因素主要是部署在无人机里的检测系统的性能和轨迹欺骗造成的偏移量的大小。因此，常用的做法是攻击者根据部署在无人机里的检测系统来分析使用何种欺骗方法，使得轨迹欺骗造成的偏移不被检测系统检测到，同时最大化偏移量。
[0004]申请公布号为CN111650620A，名称为“一种基于GPS导航的轨迹欺骗方法”的专利申请，公开了一种对无人机的基于GPS导航的轨迹欺骗方法，该方法先用雷达获取到目标无人机的飞行速度和位置，然后根据平行四边形法则推导出T
n
时刻的偏移位置，此时，若偏移率大于设定值，则根据欺骗位置与预设位置是否小于阈值来调整偏移率。该专利技术欺骗位置和速度与目标无人机的预设轨迹相差较小，从而欺骗目标无人机的导航系统，使得欺骗攻击具有一定的隐蔽性。但是仅通过将欺骗位置与预设位置的偏差限制在一个较大的预设值以内，若目标无人机的飞行控制系统部署了检测能力更强的检测系统，将会导致轨迹偏差就会超过检测系统的检测阈值，使得轨迹欺骗被检测到，降低了欺骗的隐蔽性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种基于的无人机轨迹欺骗方法，旨在解决现有技术中存在的轨迹欺骗的隐蔽性较差的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案包括如下步骤：
[0007](1)初始化参数：
[0008]初始化无人机轨迹欺骗的持续时间包括N个时刻T＝{T
n
|0≤n＜N}，相邻时刻的时
间间隔为Δt，T
n
时刻无人机位置偏差error
n
的累积和为S(n)，T
n
时刻无人机的欺骗位置、真实位置、欺骗速度和真实速度分别为P
n
′
、P
n
、V
n
′
和V
n
，T0时刻无人机的位置偏差的累积和S(0)＝0，其中N≥2；
[0009](2)攻击者使无人机跟踪到GPS欺骗信号：
[0010]攻击者使用雷达获取无人机T0时刻的真实位置P0和真实速度V0，并将P0、V0分别作为无人机的欺骗位置P0′
、欺骗速率V0′
，根据P0′
和V0′
生成GPS欺骗信号后进行放大再转发，对无人机进行GPS欺骗式干扰，使得无人机捕获和跟踪到攻击者GPS欺骗信号，并令n＝1；
[0011](3)攻击者计算T
n
时刻无人机位置偏差的累积和：
[0012](3a)攻击者使用雷达获取无人机T
n
时刻的的真实位置P
n
、真实速度V
n
，并采用平行四边形法则，以无人机T
n
‑1时刻的真实位置P
n
‑1到无人机T
n
时刻的真实位置P
n
的连线，以及无人机T
n
‑1时刻的真实位置P
n
‑1到T
n
‑1时刻欺骗位置P
n
‑1′
的连线分别为邻边，计算无人机T
n
时刻的预设轨迹位置P
n
″
；
[0013](3b)攻击者将无人机T
n
时刻的真实位置P
n
与预设轨迹位置P
n
″
的距离error
n
作为无人机T
n
时刻的位置偏差，并判断S(n
‑
1)＞0是否成立，若是，根据T
n
‑1时刻error
n
‑1的累积和S(n
‑
1)、T
n
时刻无人机的位置偏差error
n
和无人机GPS传感器在Δt内的定位误差b，计算T
n
时刻error
n
的累积和S(n)＝S(n
‑
1)+error
n
‑
b；否则，根据T
n
时刻无人机的位置偏差error
n
和无人机GPS传感器在Δt内的定位误差b，计算T
n
时刻error
n
的累积和S(n)＝error
n
‑
b；
[0014](4)判断S(n)与预先设置的阈值th是否满足S(n)＜th，若是，执行步骤(5)；否则，令T
n
时刻无人机的欺骗速度V
n
′
＝V
n
，欺骗位置P
n
′
＝P
n
，并执行步骤(6)；
[0015](5)攻击者计算T
n
时刻无人机的欺骗位置P
n
′
和欺骗速度V
n
′
：
[0016]攻击者根据无人机的真实速度V
n
和无人机的真实位置P
n
与无人机的欺骗位置P
n
′
的距离计算T
n
时刻无人机的欺骗位置P
n
′
的坐标，并根据在Δt内无人机轨迹上的任意一点Q(x,y)到P
n
的距离与无人机在时间Δt内以恒定的速度V
n
走过的路程的关系，和无人机轨迹上在点Q(x,y)处切线的斜率，建立关于P
n
′
和V
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于累积和的无人机轨迹欺骗方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)初始化参数：初始化无人机轨迹欺骗的持续时间包括N个时刻T＝{T
n
|0≤n＜N}，相邻时刻的时间间隔为Δt，T
n
时刻无人机位置偏差error
n
的累积和为S(n)，T
n
时刻无人机的欺骗位置、真实位置、欺骗速度和真实速度分别为P
n
′
、P
n
、V
n
′
和V
n
，T0时刻无人机的位置偏差的累积和S(0)＝0，其中N≥2；(2)攻击者使无人机跟踪到GPS欺骗信号：攻击者使用雷达获取无人机T0时刻的真实位置P0和真实速度V0，并将P0、V0分别作为无人机的欺骗位置P0′
、欺骗速率V0′
，根据P0′
和V0′
生成GPS欺骗信号后进行放大再转发，对无人机进行GPS欺骗式干扰，使得无人机捕获和跟踪到攻击者GPS欺骗信号，并令n＝1；(3)攻击者计算T
n
时刻无人机位置偏差的累积和：(3a)攻击者使用雷达获取无人机T
n
时刻的的真实位置P
n
、真实速度V
n
，并采用平行四边形法则，以无人机T
n
‑1时刻的真实位置P
n
‑1到无人机T
n
时刻的真实位置P
n
的连线，以及无人机T
n
‑1时刻的真实位置P
n
‑1到T
n
‑1时刻欺骗位置P
n
‑1′
的连线分别为邻边，计算无人机T
n
时刻的预设轨迹位置P
n
″
；(3b)攻击者将无人机T
n
时刻的真实位置P
n
与预设轨迹位置P
n
″
的距离error
n
作为无人机T
n
时刻的位置偏差，并判断S(n
‑
1)＞0是否成立，若是，根据T
n
‑1时刻error
n
‑1的累积和S(n
‑
1)、T
n
时刻无人机的位置偏差error
n
和无人机GPS传感器在Δt内的定位误差b，计算T
n
时刻error
n
的累积和S(n)＝S(n
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马建峰，宋焕东，孙聪，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：