[發(fā)明專利]一種智能協(xié)同環(huán)境下的多無人機抗GPS欺騙方法

有效

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• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN107976690B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發(fā)明（設計）人: 羅林波;汪新宇;馬建峰;李金庫;楊超
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S19/01
• 分類號: G01S19/01;G05D1/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

1.一種智能協(xié)同環(huán)境下的多無人機抗GPS欺騙方法，其特征在于，首先記錄無人機群中每一架無人機的GPS信號信息并在各無人機間進行信息交換；每一架無人機的機載協(xié)同控制算法通過機群GPS信息預測該無人機下一時刻的位置；通過預測位置與下一時刻刷新的GPS信息，判斷無人機是否存在潛在GPS欺騙；若判斷為可能遭受GPS欺騙則利用紅外定位進行三角定位，確定無人機的準確位置，同時修正GPS信號，否則重復以上步驟直至飛行結束，包括以下步驟：

S1、起飛準備，每個無人機控制芯片內部存儲單元中初始化一個TP數(shù)組，用于記錄每次通信范圍內每個無人機的GPS位置信息以及自身GPS位置信息，其中，數(shù)組大小為N，且與編隊大小相同，設時間戳T＝0；

S2、飛行開始，刷新GPS信號，記錄該GPS位置信息并存儲為GPS_Pos，初始情況下，對每架無人機的GPS_Pos均默認為信任，并保存到步驟S1中生成的TP數(shù)組的相應位置；

S3、進行通信，交換通信范圍內所有無人機的GPS_Pos信息，將相應的GPS_Pos信息存入步驟S1中生成的TP數(shù)組的相應位置；

S4、對于每一架無人機，將步驟S1至S3中生成的TP數(shù)組作為協(xié)同控制算法的輸入，輸出下一次GPS刷新時刻預測到達的位置，并存儲為Predict_Pos；

S5、依據(jù)協(xié)同控制算法控制無人機按照步驟S4得到的預測位置到達指定位置，同時GPS信號刷新，每一架無人機得到自身的GPS位置信息，替換之前存儲的GPS_Pos，并存儲到TP數(shù)組的相應位置；

S6、對步驟S4得到的預測位置Predict_Pos和步驟S5得到的GPS位置信息GPS_Pos進行比較，并計算得出預測位置和GPS位置信息之間的距離，以及時間戳差值，依據(jù)差值的不同分別執(zhí)行步驟S7或S8；

S7、當無人機沒有受到GPS欺騙時，信任此時的GPS_Pos信息，不修改步驟S6得到的TP數(shù)組信息，返回到步驟S4；

S8、當無人機可能受到GPS欺騙時，進入GPS_Spoofing欺騙檢測程序，具體如下：

S8-1、啟動紅外定位模塊，設定紅外掃描的范圍與通信范圍相同，通過紅外掃描與紅外通信傳遞彼此的id號，作為設備識別碼，確定該無人機與通信范圍內無人機的真實相對距離{l_i,0,l_i,1,l_i,2,…l_i,i-1,l_i,i+1…l_i,n-1}，一共n-1個，l_i,i除外，l_i,j表示id號為i的無人機與id號為j的無人機之間的真實相對距離；

S8-2、通過步驟S6得到的TP數(shù)組信息，計算出該無人機的不被信任的GPS位置信息與通信范圍內無人機中被標記為信任的GPS位置信息的相對距離，計算TP內id為i的無人機的GPS位置信息與已知的信任的id為j的無人機的GPS位置信息之間的相對距離如下，其中i'表示id為i的無人機的GPS位置信息不被信任：

從中選取4個，假設為

S8-3、通過三角定位技術，計算出該無人機的真實GPS位置信息與不被信任的GPS信號位置之間的偏差值，根據(jù)步驟S8-2中選取的4個相對距離從該無人機與通信范圍內無人機的真實相對距離{l_i，0，l_i，1，l_i，2，...l_i，i-1，l_i，i+1...l_i，n-1}中選出對應的4個{l_i，0，l_i，1，l_i，2，l_i，3}相對距離，得到方程組如下：

其中真實GPS位置信息與不被信任的GPS位置信息之間的距離向量記為

若欺騙閾值，表明與之間的偏移在系統(tǒng)的可接受范圍之內，屬于系統(tǒng)誤判，標記該GPS位置信息為可信任；

若欺騙閾值，則表示該無人機確實發(fā)生了GPS欺騙，標記該無人機發(fā)生GPS欺騙；

S8-4、根據(jù)偏差值算出該無人機真實的GPS位置信息，同時根據(jù)真實信號修改之前得到的TP數(shù)組內的相應信息，將真實的GPS位置信息反饋給其他無人機，其他無人機屏蔽被標記的無人機，退出GPS_Spoofing檢測程序，用戶決定是否繼續(xù)飛行，若繼續(xù)，返回步驟S4，否則終止飛行。