本發(fā)明屬于無人機防護，具體涉及一種針對gps攻擊的無人機主動防護方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著低空經(jīng)濟的發(fā)展，無人機在現(xiàn)代社會中的應(yīng)用越來越廣泛，從農(nóng)業(yè)監(jiān)測、物流運輸?shù)杰娛聜刹欤采w了諸多領(lǐng)域。然而，無人機在執(zhí)行任務(wù)時，尤其是在飛行導(dǎo)航過程中，嚴重依賴gps提供的精確位置信息。gps技術(shù)雖然廣泛應(yīng)用且可靠，但其脆弱性也逐漸顯現(xiàn)出來，尤其在面對惡意攻擊如gps欺騙攻擊和干擾攻擊時。

2、針對上述問題，現(xiàn)有技術(shù)中通常采用以下幾種方法來回應(yīng)無人機受到的gps欺騙攻擊和干擾攻擊。1、信號檢測與過濾技術(shù)：通過分析接收到的gps信號特征，檢測并過濾異常信號。這種方法依賴于復(fù)雜的信號處理算法，且在高強度攻擊下，檢測準確率和實時性難以保證。2、雙天線系統(tǒng)：使用兩組天線接收gps信號，通過比較兩組信號的差異來識別欺騙信號。此方法在設(shè)備成本和重量上有一定的增加，并且在多路徑干擾環(huán)境下表現(xiàn)不佳。3、地基增強系統(tǒng)gbas：通過地面參考站提供的差分gps信號，增強定位精度和抗干擾能力。然而，gbas需要額外的基礎(chǔ)設(shè)施支持，適用范圍受限。

3、綜上所述，盡管現(xiàn)有技術(shù)在某種程度上增強了無人機對gps攻擊的防護能力，但在實際應(yīng)用中，尤其在無人機飛行的復(fù)雜環(huán)境下，現(xiàn)有方法普遍存在防護成本過高，有效性和魯棒性仍然不足。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種針對gps攻擊的無人機主動防護方法和系統(tǒng)。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種針對gps攻擊的無人機主動防護方法，包括以下步驟：

4、根據(jù)無人機位置獲取當(dāng)前t時刻接收到的gps量測數(shù)據(jù)；

5、對當(dāng)前t時刻的gps量測數(shù)據(jù)進行一致性檢測，若檢測結(jié)果為數(shù)據(jù)異常，則將gps量測數(shù)據(jù)輸入預(yù)訓(xùn)練的時序神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行預(yù)測，輸出gps量測值，將gps量測值中的軌跡信息與gps量測數(shù)據(jù)中的軌跡信息做差，得到軌跡預(yù)測誤差值；其中，預(yù)訓(xùn)練的時序神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過學(xué)習(xí)無人機的歷史軌跡信息來建立歷史飛行軌跡與未來飛行軌跡之間的映射關(guān)系；

6、將軌跡預(yù)測誤差值輸入無人機導(dǎo)航系統(tǒng)中，實現(xiàn)對gps攻擊的消解。

7、優(yōu)選地，還包括當(dāng)gps量測數(shù)據(jù)的檢測結(jié)果為數(shù)據(jù)正常時，則將gps量測數(shù)據(jù)直接作為量測信息輸入無人機導(dǎo)航系統(tǒng)中。

8、優(yōu)選地，所述對當(dāng)前t時刻的gps量測數(shù)據(jù)進行一致性檢測具體為：

9、提取gps量測數(shù)據(jù)中的無人機位置信息，將無人機位置信息與預(yù)設(shè)值進行對比，若對比結(jié)果沒有位置偏差，則判斷檢測結(jié)果為數(shù)據(jù)正常；若對比結(jié)果存在位置偏差，則判斷檢測結(jié)果為數(shù)據(jù)異常。

10、優(yōu)選地，所述時序神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為gru網(wǎng)絡(luò)。

11、優(yōu)選地，所述預(yù)訓(xùn)練的時序神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練包括：

12、獲取無人機的歷史軌跡特征x(t)，x(t)＝{lon,lat,hig,v}；式中，lon是經(jīng)度值，lat是緯度值，hig是高度值，v是無人機的速度值；

13、將連續(xù)n個時刻的無人機飛行軌跡數(shù)據(jù)[x(t-n+1),...,x(t)]作為時序網(wǎng)絡(luò)的輸入數(shù)據(jù)，向后預(yù)測n步，即將預(yù)測未來n個時刻的軌跡數(shù)據(jù)[x(t+1),...,x(t+n)]作為輸出對時序神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，得到預(yù)訓(xùn)練的時序神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，預(yù)訓(xùn)練的時序神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的表達式為：

14、{x(t+1),...,x(t+n)}＝f[x(t-n+1),...,x(t)]；

15、式中，x(t)表示無人機在t時刻的位置信息，即歷史軌跡特征。

16、優(yōu)選地，將gps量測值中的軌跡信息與gps量測數(shù)據(jù)中的軌跡信息做差，得到軌跡預(yù)測誤差值，具體為：

17、將gps量測值中的軌跡信息與gps量測數(shù)據(jù)中的軌跡信息輸入預(yù)訓(xùn)練的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，得到軌跡預(yù)測誤差值。

18、優(yōu)選地，所述預(yù)訓(xùn)練的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練包括：

19、選取歷史軌跡數(shù)據(jù)的連續(xù)n個時刻的姿態(tài)四元數(shù)作為bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，使用預(yù)置的濾波算法對連續(xù)n個時刻的姿態(tài)四元數(shù)y＝[y(t),...,y(t+n)]進行預(yù)測得到y(tǒng)'＝[y'(t),...y'(t+n)]，并選取軌跡預(yù)測誤差值m＝y(tǒng)'-y為模型的輸出對bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，得到姿態(tài)數(shù)據(jù)與濾波誤差的映射關(guān)系，形成預(yù)訓(xùn)練的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

20、本發(fā)明還提供了一種針對gps攻擊的無人機主動防護方法系統(tǒng)，包括：

21、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于根據(jù)無人機位置獲取當(dāng)前t時刻接收到的gps量測數(shù)據(jù)；

22、數(shù)據(jù)處理模塊，用于對當(dāng)前t時刻的gps量測數(shù)據(jù)進行一致性檢測，若檢測結(jié)果為數(shù)據(jù)異常，則將gps量測數(shù)據(jù)輸入預(yù)訓(xùn)練的時序神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行預(yù)測，輸出gps量測值，將gps量測值中的軌跡信息與gps量測數(shù)據(jù)中的軌跡信息做差，得到軌跡預(yù)測誤差值；其中，預(yù)訓(xùn)練的時序神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過學(xué)習(xí)無人機的歷史軌跡信息來建立歷史飛行軌跡與未來飛行軌跡之間的映射關(guān)系；

23、攻擊消解模塊，用于將軌跡預(yù)測誤差值輸入無人機導(dǎo)航系統(tǒng)中，實現(xiàn)對gps攻擊的消解。

24、本發(fā)明還提供一種計算機設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序以實現(xiàn)所述針對gps攻擊的無人機主動防護方法中任一項所述的步驟。

25、本發(fā)明還提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述存儲介質(zhì)上存儲有計算機程序，該計算機程序被處理器加載時，能夠執(zhí)行所述針對gps攻擊的無人機主動防護方法中任一項所述的步驟。

26、本發(fā)明提供的針對gps攻擊的無人機主動防護方法具有以下有益效果：

27、本發(fā)明在gps量測數(shù)據(jù)檢測結(jié)果異常的情況下，通過預(yù)訓(xùn)練的時序神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來對gps量測數(shù)據(jù)進行預(yù)測，該網(wǎng)絡(luò)通過學(xué)習(xí)無人機的歷史軌跡信息來建立歷史飛行軌跡與未來飛行軌跡之間的映射關(guān)系，能夠根據(jù)當(dāng)前的gps量測數(shù)據(jù)預(yù)測下一時刻的gps數(shù)據(jù)，不用依賴復(fù)雜的信號處理算法，以少量的參數(shù)顯著提升了檢測效果。同時也不用借助其他硬件，降低了整體的防護成本。同時，將gps量測值中的軌跡信息與gps量測數(shù)據(jù)中的軌跡信息做差，得到軌跡預(yù)測誤差值降低整個算法的不確定性，最終將軌跡預(yù)測誤差值輸入無人機導(dǎo)航系統(tǒng)中，實現(xiàn)對gps攻擊的消解，大大提高了攻擊防護的有效性和魯棒性，提升了無人機導(dǎo)航系統(tǒng)對gps攻擊的實時檢測和消解能力。

技術(shù)特征：

1.一種針對gps攻擊的無人機主動防護方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對gps攻擊的無人機主動防護方法，其特征在于，還包括當(dāng)gps量測數(shù)據(jù)的檢測結(jié)果為數(shù)據(jù)正常時，則將gps量測數(shù)據(jù)直接作為量測信息輸入無人機導(dǎo)航系統(tǒng)中。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的針對gps攻擊的無人機主動防護方法，其特征在于，所述對當(dāng)前t時刻的gps量測數(shù)據(jù)進行一致性檢測具體為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對gps攻擊的無人機主動防護方法，其特征在于，所述時序神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為gru網(wǎng)絡(luò)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的針對gps攻擊的無人機主動防護方法，其特征在于，所述預(yù)訓(xùn)練的時序神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對gps攻擊的無人機主動防護方法，其特征在于，將gps量測值中的軌跡信息與gps量測數(shù)據(jù)中的軌跡信息做差，得到軌跡預(yù)測誤差值，具體為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的針對gps攻擊的無人機主動防護方法，其特征在于，所述預(yù)訓(xùn)練的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練包括：

8.一種針對gps攻擊的無人機主動防護方法系統(tǒng)，其特征在于，包括：

9.一種計算機設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上的計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序以實現(xiàn)權(quán)利要求1至7任一項所述方法的步驟。

10.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其特征在于，該計算機程序被處理器加載時，能夠執(zhí)行權(quán)利要求1至7任一項所述方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種針對GPS攻擊的無人機主動防護方法和系統(tǒng)，屬于無人機防護領(lǐng)域，包括：根據(jù)無人機位置獲取當(dāng)前t時刻接收到的GPS量測數(shù)據(jù)；對當(dāng)前t時刻的GPS量測數(shù)據(jù)進行一致性檢測，若檢測結(jié)果為數(shù)據(jù)異常，則將GPS量測數(shù)據(jù)輸入預(yù)訓(xùn)練的時序神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行預(yù)測，輸出GPS量測值，將GPS量測值中的軌跡信息與GPS量測數(shù)據(jù)中的軌跡信息做差，得到軌跡預(yù)測誤差值；將軌跡預(yù)測誤差值輸入無人機導(dǎo)航系統(tǒng)中，實現(xiàn)對GPS攻擊的消解。本發(fā)明實現(xiàn)了對GPS攻擊的消解，大大提高了整個攻擊防護的有效性和魯棒性，提升了無人機導(dǎo)航系統(tǒng)對GPS攻擊的實時檢測和消解能力。

技術(shù)研發(fā)人員：潘泉,李揚,呂洋,劉晨暉
受保護的技術(shù)使用者：西安辰航卓越科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19