[發明專利]一種基于多特征融合的期望軌跡信號攻擊檢測方法

有效

• 申請號: 202010801732.6
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN112019526B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發明（設計）人: 余翔;谷亞培;郭雷;喬建忠
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 張乾楨;賈玉忠

1.一種基于多特征融合的期望軌跡信號攻擊檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，設計含有標稱信號的虛擬無人機系統模型；d_v表示虛擬無人機系統中人為添加的已知標稱信號，其由如下外部模型Σ₂表示：

其中ω為外部模型Σ₂的狀態，為ω的一階時間導數，系數矩陣V為適維已知常值矩陣，ω₀為已知常數

第二步，設計標稱信號觀測器，對虛擬無人機系統模型中的標稱信號進行估計；

第三步，計算無人機接收端接收到的期望軌跡信號功率，并與功率閾值對比；

第四步，根據接收到期望軌跡信號的功率及標稱信號估計誤差，設計基于多特征融合的期望軌跡信號攻擊檢測機制；

所述第三步具體實現如下：

定義表示通過直接序列擴頻通信技術傳輸的期望信號代碼，其中，p_d(t)表示期望軌跡信號代碼，P、n(t)以及cos(2πft)分別表示參考指令傳輸信號的功率閾值、偽隨機序列及載波；定義表示攻擊信號代碼，其中，p_da(t)表示虛假信號代碼，P_a表示虛假信息傳輸信號的功率；攻擊者通過將攻擊信號代碼與期望信號代碼疊加來發動虛假信息注入攻擊；攻擊后的指令信號代碼可以表示為：

其中p′_d(t)表示攻擊后期望軌跡信號代碼，P′表示無人機接收到的受攻擊的期望軌跡信號功率；將P′與P作對比，將對比結果作為攻擊檢測的判據；

所述第四步中根據接收到期望軌跡信號的功率及標稱信號估計誤差，設計基于多特征融合的期望軌跡信號攻擊檢測機制：

其中Alarm表示攻擊檢測機制，||·||表示·的范數，α表示估計誤差e_ω的閾值，為已知常數；從檢測機制Alarm中可以看出，當攻擊檢測判據估計誤差e_ω超過閾值α，同時接收到期望軌跡信號功率超過功率閾值，就會觸發攻擊警報。

2.根據權利要求1所述的一種基于多特征融合的期望軌跡信號攻擊檢測方法，其特征在于：所述第一步具體實現如下：

設計含有標稱信號的虛擬無人機系統模型Σ₁如下：

其中，p_v＝[p_vx p_vy p_vz]^T表示虛擬無人機系統Σ₁中的位置狀態，p_vx，p_vy，p_vz分別表示無人機在x，y，z方向的位置狀態，表示p_v的一階時間導數，v_v＝[v_vx v_vy v_vz]^T表示虛擬無人機系統中的速度狀態，v_vx，v_vy，v_vz分別表示無人機在x，y，z方向的速度狀態，表示v_v的一階時間導數，m表示無人機的重量；F_v和G分別表示虛擬無人機系統中的控制力和所受到的重力。

3.根據權利要求1所述的一種基于多特征融合的期望軌跡信號攻擊檢測方法，其特征在于：所述第二步具體實現如下：

為了檢測無人機是否按照期望軌跡信號飛行，利用無人機實際飛行速度狀態v，設計如下標稱信號觀測器：

其中和分別表示d_v以及ω的估計值；L和z分別表示標稱信號觀測器Σ₃的觀測增益及輔助變量，表示z的一階時間導數；

定義表示外部模型Σ₂狀態ω的估計誤差，根據外部模型Σ₂及標稱信號觀測器Σ₃，估計誤差e_ω表示為：

其中γ_a表示映射在無人機控制系統的攻擊影響，為e_ω的一階時間導數；

根據估計誤差e_ω的動態方程Σ₄可以看出，在無人機期望軌跡信號未受到攻擊情況下，通過選擇合適的標稱信號觀測器增益L，能夠使得估計誤差e_ω漸近收斂至0；如果無人機期望軌跡信號受到攻擊，估計誤差e_ω將收斂至有界區域，甚至發散；將估計誤差e_ω的收斂狀態作為攻擊檢測的判據。