[發(fā)明專利]基于車輛狀態(tài)估計(jì)的自動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210198620.5
• 申請(qǐng)日: 2022-03-02
• 公開（公告）號(hào): CN114629698A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐坤豪;趙萬(wàn)忠;王春燕;嚴(yán)偉杰;黃恒;孟琦康;董坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L9/40
• 分類號(hào): H04L9/40;G06F17/11
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種基于車輛狀態(tài)估計(jì)的自動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括：車載加速度傳感器、車速傳感器、前輪轉(zhuǎn)角傳感器、激光雷達(dá)傳感器、GPS傳感器、慣性導(dǎo)航傳感器、網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)模塊和網(wǎng)絡(luò)攻擊容錯(cuò)模塊；

所述車載加速度傳感器，用于采集車輛的加速度a_c，并將其發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)模塊；

所述車速傳感器，用于采集車輛的車速v，并將其發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)模塊；

所述前輪轉(zhuǎn)角傳感器，用于采集車輛的前輪轉(zhuǎn)角δ_f，并將其發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)模塊；

所述激光雷達(dá)傳感器，用于獲取車輛的位置和方向信號(hào)，并將其發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)模塊；

所述GPS傳感器，用于獲取車輛的位置信號(hào)，并將其發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)模塊；

所述慣性導(dǎo)航傳感器，用于獲取車輛的方向信號(hào)，并將其發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)模塊；

所述網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)模塊，包括：擴(kuò)展卡爾曼濾波觀測(cè)器、殘差累積和網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)器；

所述擴(kuò)展卡爾曼濾波觀測(cè)器，接收前輪轉(zhuǎn)角傳感器、車載加速度傳感器、車速傳感器、激光雷達(dá)傳感器、GPS傳感器、慣性導(dǎo)航傳感器發(fā)送的信號(hào)，并根據(jù)擴(kuò)展卡爾曼濾波算法估計(jì)車輛的方向和位置信號(hào)；

所述殘差累積和網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)器，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)方法判斷殘差累積和與閾值之間的關(guān)系，并發(fā)送警報(bào)信號(hào)給網(wǎng)絡(luò)攻擊容錯(cuò)模塊；

所述網(wǎng)絡(luò)攻擊容錯(cuò)模塊，通過(guò)判斷網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)模塊發(fā)送的警報(bào)信號(hào)，根據(jù)表決表判斷相應(yīng)受攻擊的傳感器，并通過(guò)擴(kuò)展卡爾曼濾波器進(jìn)行重構(gòu)處理。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于車輛狀態(tài)估計(jì)的自動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述根據(jù)表決表判斷相應(yīng)受攻擊的傳感器具體包括：使用三個(gè)擴(kuò)展卡爾曼濾波觀測(cè)器及其相應(yīng)的殘差累積和網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)器來(lái)確定受到攻擊的傳感器；第一個(gè)殘差累積和網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)器使用激光雷達(dá)傳感器和慣性導(dǎo)航傳感器測(cè)量；第二個(gè)殘差累積和網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)器使用GPS傳感器和慣性導(dǎo)航傳感器測(cè)量；第三個(gè)殘差累積和網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)器使用GPS傳感器、激光雷達(dá)及慣性導(dǎo)航傳感器測(cè)量；

11)若三個(gè)殘差累積和網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)器均不觸發(fā)警報(bào)，則未發(fā)生攻擊；

12)若僅第三個(gè)殘差累積和網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)器觸發(fā)警報(bào)，而第一個(gè)殘差累積和網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)器和第二個(gè)殘差累積和網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)器未觸發(fā)警報(bào)，則GPS傳感器受到攻擊；

13)若第二個(gè)殘差累積和網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)器和第三個(gè)殘差累積和網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)器均觸發(fā)警報(bào)，而第一個(gè)殘差累積和網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)器未觸發(fā)警報(bào)，則GPS傳感器受到攻擊，并且真實(shí)GPS信號(hào)的偏差大或隨時(shí)間發(fā)生變化；

14)若第一個(gè)殘差累積和網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)器和第三個(gè)殘差累積和網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)器均觸發(fā)警報(bào)，而第二個(gè)殘差累積和網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)器未觸發(fā)警報(bào)，則激光雷達(dá)傳感器受到攻擊；

15)若三個(gè)殘差累積和網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)器均觸發(fā)警報(bào)，并且假設(shè)最多一個(gè)傳感器可能受到攻擊，則擴(kuò)展卡爾曼濾波器出現(xiàn)問(wèn)題。

3.一種智能車輛網(wǎng)絡(luò)攻擊安全檢測(cè)方法，基于權(quán)利要求1-2中任意一項(xiàng)所述系統(tǒng)，其特征在于，步驟如下：

(1)建立自動(dòng)駕駛車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；

(2)分別通過(guò)激光雷達(dá)傳感器、GPS傳感器、慣性導(dǎo)航傳感器獲取車輛的方向和位置信號(hào)；

(3)根據(jù)步驟(1)建立的自動(dòng)駕駛車輛模型，設(shè)計(jì)擴(kuò)展卡爾曼濾波觀測(cè)器，實(shí)時(shí)估計(jì)車輛的方向和位置信號(hào)；

(4)建立各傳感器攻擊模型；

(5)根據(jù)步驟(2)中各傳感器獲取的信號(hào)、步驟(3)中擴(kuò)展卡爾曼濾波觀測(cè)器計(jì)算得出的信號(hào)以及步驟(4)建立的傳感器攻擊模型，設(shè)計(jì)殘差累積和網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)器，實(shí)時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)攻擊的檢測(cè)；

(6)根據(jù)表決表判斷相應(yīng)受攻擊的傳感器，并實(shí)時(shí)進(jìn)行信號(hào)的重構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)攻擊安全的容錯(cuò)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能車輛網(wǎng)絡(luò)攻擊安全檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟(1)中的自動(dòng)駕駛車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)模型具體為：控制輸入為前輪轉(zhuǎn)向角δ_f和車輛加速度a_c；

式中，x，y分別表示車輛運(yùn)動(dòng)在局部坐標(biāo)系下的橫、縱位移，二者的一階微分和二階微分分別表示局部坐標(biāo)系下橫縱方向的速度和加速度；ψ表示橫擺角，其一階微分表示橫擺角速度；β表示質(zhì)心側(cè)偏角；v表示車輛的速度；a表示車輛前輪到質(zhì)心的距離，b表示車輛后輪到質(zhì)心的距離。