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

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711148875.6
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN107976690B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅林波;汪新宇;馬建峰;李金庫;楊超
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 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(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

本發(fā)明公開了一種智能協(xié)同環(huán)境下的多無人機(jī)抗GPS欺騙方法，首先對于無人機(jī)群中的每一架無人機(jī)，記錄其GPS信號信息并在各無人機(jī)間進(jìn)行信息交換；每一架無人機(jī)的機(jī)載協(xié)同控制算法通過機(jī)群GPS信息預(yù)測該無人機(jī)下一時刻的位置；通過預(yù)測位置與下一時刻刷新的GPS信息，判斷無人機(jī)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(jìn)行三角定位，確定無人機(jī)的準(zhǔn)確位置，同時修正GPS信號，否則重復(fù)以上步驟直至飛行結(jié)束。本方法可以忽略具體的GPS欺騙細(xì)節(jié)，依據(jù)協(xié)同控制機(jī)制直接檢測出是否受到了GPS欺騙，可應(yīng)對多個無人機(jī)同時受到GPS欺騙的情況，操作簡單，實用性較強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無人機(jī)自動控制與安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種智能協(xié)同環(huán)境下的多無人機(jī)抗 GPS欺騙方法，用于進(jìn)行多無人機(jī)編隊飛行下對GPS欺騙的檢測和識別，進(jìn)而消除GPS欺騙對無人機(jī)編隊飛行的影響。

背景技術(shù)

在無人機(jī)技術(shù)逐漸成熟的今天，無人機(jī)也越來越深入人們生活的方方面面。包括無人機(jī)航拍、地質(zhì)測繪、遙感、深入地質(zhì)災(zāi)害地區(qū)獲取關(guān)鍵信息等。同時，無人機(jī)作為新興的機(jī)種，其體積小、造價低、使用方便、對作戰(zhàn)環(huán)境要求低、戰(zhàn)場生存能力較強(qiáng)等優(yōu)點也被軍方所青睞，各國都在加緊研制自主的無人機(jī)控制技術(shù)用于滿足未來作戰(zhàn)的需求。然而，無人機(jī)的安全問題也日趨明顯。

目前，大部分的無人機(jī)都內(nèi)置了GPS或者其他的定位導(dǎo)航芯片，用于遠(yuǎn)程操控和定位導(dǎo)航。但是，隨著GPS欺騙技術(shù)的成熟，機(jī)載GPS芯片容易受到攻擊。攻擊者可以通過偽造GPS信號或者設(shè)置干擾機(jī)高保真的轉(zhuǎn)發(fā)GPS信號誘導(dǎo)其他無人機(jī)，使其偏離預(yù)定航線。尤其是在民用方面，由于民用GPS信號的加密程度低，抗干擾能力弱，很容易受到攻擊，誤導(dǎo)無人機(jī)依靠偽造的GPS信號進(jìn)行導(dǎo)航，使無人機(jī)進(jìn)入其他空域，甚至是禁飛區(qū)，對其他飛行器的安全造成威脅。對于編隊飛行，由于編隊中的無人機(jī)都是出于協(xié)同運(yùn)動狀態(tài)，為了保持隊形需要對機(jī)群中每一架無人機(jī)的GPS信號進(jìn)行實時跟蹤和刷新，一旦遭受GPS欺騙的攻擊，將會破壞無人機(jī)的編隊形狀，同時對編隊中的無人機(jī)造成安全威脅，甚至是產(chǎn)生相撞事故，從而造成財產(chǎn)損失。

目前抗GPS欺騙方法主要基于干擾信號與真實信號在某個參數(shù)上的差異進(jìn)行識別，如絕對功率、到達(dá)時間、到達(dá)角等，從而判斷無人機(jī)是否受到GPS欺騙。現(xiàn)有方法一種是基于GNSS 完好性信息，以達(dá)到對ADS-B發(fā)射機(jī)主動發(fā)送的ADS-B空中位置報文的真假識別。還有一種是通過抗轉(zhuǎn)發(fā)式達(dá)到欺騙干擾，以解決在聚合式干擾和分布式干擾共存時，利用RAIM解算殘余進(jìn)行抗干擾解算，基于Relax算法實現(xiàn)抗轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾。上述方法都只能解決單一類型欺騙干擾的檢測。同時，缺乏針對多無人機(jī)協(xié)同飛行環(huán)境下的抗GPS欺騙應(yīng)對措施。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種通過無人機(jī)協(xié)同控制算法對無人機(jī)群進(jìn)行編隊控制進(jìn)而實現(xiàn)在智能協(xié)同環(huán)境下的多無人機(jī)抗GPS欺騙方法，能夠在多無人機(jī)協(xié)同編隊運(yùn)行的過程中，通過多無人機(jī)之間的信息共享來檢測GPS欺騙是否發(fā)生，同時該方法能夠忽略具體GPS欺騙實現(xiàn)細(xì)節(jié)，即無論是自主式干擾還是轉(zhuǎn)發(fā)式干擾都能準(zhǔn)確識別。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種智能協(xié)同環(huán)境下的多無人機(jī)抗GPS欺騙方法，首先記錄無人機(jī)群中每一架無人機(jī)的 GPS信號信息并在各無人機(jī)間進(jìn)行信息交換；每一架無人機(jī)的機(jī)載協(xié)同控制算法通過機(jī)群GPS 信息預(yù)測該無人機(jī)下一時刻的位置；通過預(yù)測位置與下一時刻刷新的GPS信息，判斷無人機(jī)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(jìn)行三角定位，確定無人機(jī)的準(zhǔn)確位置，同時修正GPS信號，否則重復(fù)以上步驟直至飛行結(jié)束。

具體的，包括以下步驟：

S1、起飛準(zhǔn)備，每個無人機(jī)控制芯片內(nèi)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(nèi)每個無人機(jī)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(shè)時間戳T＝0；