[發(fā)明專利]一種飛行器位置估計、欺騙檢測的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110463612.4
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113301508B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設計）人: 劉航;歐陽云飛;劉長衛(wèi);張瑞峰;姚藝天;費澤民;郭達偉;費泓銘;李暉暉
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學;中國人民解放軍空軍研究院航空兵研究所
• 主分類號: H04W4/029
• 分類號: H04W4/029;H04W64/00;H04W12/63;G06N20/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

本發(fā)明涉及一種飛行器位置估計、欺騙檢測的方法，屬于空域中飛行器監(jiān)視和信息安全交叉技術(shù)領(lǐng)域。包括以下內(nèi)容：報文接收模塊負責接收空域中飛行器發(fā)送的ADS?B報文；報文預處理模塊對接收到的ADS?B報文進行解碼，并添加報文到達時間戳字段；時間處理模塊使用接收器間的時間差異模型，得到同一報文在各個接收器間的一組到達時間差；定位模塊利用一組到達時間差計算得到飛行器的位置估計值；位置優(yōu)化模塊利用飛行器的動力學約束，對位置估計值序列進行異常值去除、缺失點插值優(yōu)化，得到最終的位置估計值；位置欺騙檢測模塊計算最終的位置估計值與ADS?B報文中報告的位置間的距離，當距離值小于設定的閾值時，判斷該條報文不存在位置欺騙，否則認為該報文報告的位置信息不可信。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空域中飛行器監(jiān)視和信息安全交叉技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種飛行器位置估計、欺騙檢測的方法。

背景技術(shù)

廣播式自動相關(guān)監(jiān)視技術(shù)(Automatic Dependent Surveillance Broadcast,ADS-B)在下一代空中交通管制系統(tǒng)(NextGen ATC)中的應用已經(jīng)是一種必然，ADS-B技術(shù)可以降低空域監(jiān)視成本、提高監(jiān)視精度、縮短更新周期，但由于ADS-B技術(shù)所采用的廣播式位置報告系統(tǒng)通信鏈路公開、明文廣播傳輸?shù)忍攸c，加之軟件無線電技術(shù)的快速發(fā)展和普及，潛在的攻擊者借助廉價的標準硬件產(chǎn)品，很容易做到記錄和分析未加密的ADS-B消息，甚至控制無線通信信道，注入、刪除和修改任何ADS-B消息，這些攻擊方式將產(chǎn)生虛假或錯誤的ADS-B數(shù)據(jù)和位置信息，誤導其他飛行器和地面監(jiān)視系統(tǒng)，造成空中交通管制網(wǎng)絡混亂和災難性的事故。

針對空域中飛行器的位置安全問題，主要的解決方案是位置與軌跡安全驗證，即識別和驗證ADS-B設備實體聲稱的位置或軌跡是否屬實，采用多種傳感器信息融合處理技術(shù)獲取目標位置信息，判斷是否存在位置欺騙；常用的方法有到達時間的多點定位，到達角定位，到達頻率差定位等技術(shù)來檢測位置欺騙，這些方法都是需要特定設備或者成本非常昂貴的設備才能夠?qū)崿F(xiàn)，并且能夠定位的區(qū)域覆蓋率很小。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種兼容性強、覆蓋范圍廣、定位精度高的位置估計、欺騙檢測方法。

技術(shù)方案

一種飛行器位置估計的方法，包括報文接收模塊、報文預處理模塊、時間處理模塊、定位模塊、位置優(yōu)化模塊；按順序進行如下步驟：

步驟1：針對某個需要監(jiān)控的空域，搭建由m個ADS-B報文接收器聯(lián)網(wǎng)組成的報文接收網(wǎng)絡，每個接收器中的報文接收模塊負責接收空域中飛行器發(fā)送的ADS-B報文；報文預處理模塊對接收到的ADS-B報文進行解碼，并添加報文到達時間戳字段；

步驟2：時間處理模塊使用接收器間的時間差異模型，得到同一報文在各個接收器間的一組到達時間差；

步驟3：定位模塊利用步驟2中得到的一組到達時間差計算得到飛行器的位置估計值；

步驟4：位置優(yōu)化模塊利用飛行器的動力學約束，對步驟3得到的位置估計值序列進行異常值去除、缺失點插值優(yōu)化，得到最終的位置估計值。

本發(fā)明進一步的技術(shù)方案為：步驟1中所述的ADS-B報文接收器可以不具備時鐘同步功能。

本發(fā)明進一步的技術(shù)方案為：步驟1中所述的報文到達時間戳的獲取方法具體為：

接收器復位后，在接收到第一個數(shù)據(jù)塊時，獲取此時刻接收器的本地時間作為起始時刻t_f；

對采樣得到的每個數(shù)據(jù)塊進行編號，根據(jù)一條報文所在的數(shù)據(jù)塊序列編號n、接收器的采樣率s、數(shù)據(jù)塊長度l、報文前導碼在數(shù)據(jù)塊中的位置p，計算得到該報文到達接收器時相對于起始時刻的時間偏移：