[發明專利]一種基于麥克風陣列的超聲波攻擊檢測及定位方法

在審

• 申請號: 202310144107.2
• 申請日: 2023-02-21
• 公開（公告）號: CN116184410A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 李平;張振飛;呂釗;張超;范存航;裴勝兵;胡世昂
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: G01S15/06
• 分類號: G01S15/06;G01S15/88;G01S7/52
• 代理公司: 北京和聯順知識產權代理有限公司 11621
• 代理人: 陳菊

本發明公開了一種基于麥克風陣列的超聲波攻擊檢測及定位方法，涉及超聲波攻擊防御領域。一種基于麥克風陣列的超聲波攻擊檢測及定位方法，包括以下步驟：S1：設置超聲波揚聲器在麥克風陣列中，周期性的廣播輔助信號，與可能存在的超聲波攻擊信號發生下轉換，從而監聽有無超聲波攻擊；S2：預處理采集數據，對麥克風接收到的信號進行濾波、去噪、分割以及標準化。本發明提出的一種基于麥克風陣列的超聲波攻擊檢測及定位方法，采用在智能設備中廣泛裝配的麥克風陣列和一個超聲波揚聲器，該技術不僅可以及時、高效地檢測到超聲波攻擊事件的發生，還可以在第一時間準確地測量出攻擊者的位置，從而及時為用戶清除威脅。

技術領域

本發明涉及超聲波攻擊防御領域，特別涉及一種基于麥克風陣列的超聲波攻擊檢測及定位方法。

背景技術

基于語音設備非線性效應的超聲波攻擊已經成為了語音控制系統的重要安全威脅，超聲波語音命令通常通過用人類或合成語音調制40kHz及以上的超聲波信號來生成，麥克風放大器帶有的非線性效應^]會將超聲波信號轉移到通帶內的較低頻率，這使得命令可以記錄為正常聲音，從而在當事人無法察覺的情況下，控制目標設備的語音助手做各種事情。這種攻擊對語音控制應用程序構成嚴重威脅，利用語音控制系統可以禁用家庭安全系統。攻擊者可能會指示當事人設備發送虛假短信和電子郵件、發布虛假在線帖子、將虛假事件添加到日歷甚至可以拒絕網絡服務，攻擊者可能會輸入命令來打開飛行模式，斷開所有無線通信。

目前針對這種攻擊的檢測方法，大都需要復雜的時頻計算，且對環境噪聲的魯棒性低，很容易被攻擊者欺騙。更重要的是，目前的防御系統都無法對攻擊者作出有效的反擊，傳統的定位方法難以直接應用在跨頻段場景中，針對語音設備非線性效應語音攻擊的防御工作還有很大的發展空間。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于麥克風陣列的超聲波攻擊檢測及定位方法，采用在智能設備中廣泛裝配的麥克風陣列和一個超聲波揚聲器，超聲波揚聲器在麥克風陣列中周期性的廣播輔助信號，該技術不僅可以及時、高效地檢測到超聲波攻擊事件的發生，還可以在第一時間準確地測量出攻擊者的位置，從而及時為用戶清除威脅，并及時采取應對措施，起到保護信息安全、財產安全的作用，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種基于麥克風陣列的超聲波攻擊檢測及定位方法，包括以下步驟：

S1：設置超聲波揚聲器在麥克風陣列中，周期性的廣播輔助信號，與可能存在的超聲波攻擊信號發生下轉換，從而監聽有無超聲波攻擊；

S2：預處理采集數據，對麥克風接收到的信號進行濾波、去噪、分割以及標準化；

S3：檢測預處理信號，對差頻信號做頻譜峰值檢測，找到異常值，然后與輔助信號進行模板匹配；

S4：定位超聲波攻擊源，提取各個麥克風對之間的時延作為特征，輸入SVM分類器中進行定位；

S5：結果輸出，系統給出是否存在超聲波攻擊以及超聲波攻擊源位置。

優選的，所述步驟S1的具體步驟包括：

S101：設置一個廣播多音頻率的超聲波揚聲器在麥克風陣列中，周期性的廣播輔助信號，使其與任何頻率的攻擊信號在非線性作用下發生下轉換生成頻率在[10kHz，20kHz]內的差頻信號，從而被檢測到：

Sg?＝?cos(2πf1t?+?2πf2t?+?2πf3t)???(1)，

其中Sg為輔助信號，f1、f2、f3為多音信號的三個頻率，分別為25kHz、45kHz和65kHz。

S102：對輔助信號進行編碼，以期在后續的信號分析中降低環境噪聲的干擾。

優選的，所述步驟S2的具體步驟包括：