本發(fā)明涉及人機(jī)集群安全，特別是涉及一種基于共識(shí)勢(shì)力場(chǎng)的無(wú)人機(jī)集群gnss欺騙防御仿真方法。

背景技術(shù)：

1、gnss是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(global?navigation?satellite?system)的縮寫(xiě)，它是一種利用衛(wèi)星提供定位、導(dǎo)航和定時(shí)服務(wù)的系統(tǒng)，包括美國(guó)的gps、俄羅斯的glonass、歐盟的galileo和中國(guó)的北斗系統(tǒng)。

2、gnss欺騙攻擊是一種惡意活動(dòng)，旨在通過(guò)發(fā)送虛假的衛(wèi)星信號(hào)來(lái)誤導(dǎo)gnss接收器的行為。gps欺騙信號(hào)類型分為轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙和生成式欺騙。轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙指攻擊者截獲真實(shí)的gps信號(hào)，通過(guò)信號(hào)發(fā)射器將截獲的gps型號(hào)延遲發(fā)射給目標(biāo)無(wú)人機(jī)，使目標(biāo)無(wú)人機(jī)誤認(rèn)為其所處位置坐標(biāo)與實(shí)際位置坐標(biāo)不符合，以達(dá)到欺騙目標(biāo)無(wú)人機(jī)的效果。生成式欺騙指攻擊者不依賴截獲真實(shí)gps信號(hào)，而是根據(jù)gps數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)直接生成虛假的gps數(shù)據(jù)，通過(guò)信號(hào)發(fā)射器將虛假gps信號(hào)發(fā)射給目標(biāo)無(wú)人機(jī)，從而使目標(biāo)無(wú)人機(jī)解算出錯(cuò)誤的時(shí)間和位置坐標(biāo)信息。根據(jù)攻擊目的，gnss欺騙分為隱蔽式(covert)攻擊與公開(kāi)(overt)攻擊。公開(kāi)攻擊通過(guò)發(fā)送較衛(wèi)星信號(hào)更強(qiáng)的定位信號(hào)，擊者公開(kāi)干擾gnss信號(hào)，導(dǎo)致接收器明顯地產(chǎn)生錯(cuò)誤，以直接破壞或混淆受害者的導(dǎo)航或定位能力，制造混亂、損害設(shè)備或系統(tǒng)為目的。但這樣的攻擊方式容易引起用戶的懷疑，且容易暴露自身位置坐標(biāo)；隱蔽式攻擊利用特定頻率的信號(hào)干擾無(wú)人機(jī)的信號(hào)接收器，對(duì)無(wú)人機(jī)施加一個(gè)較為精準(zhǔn)、偏移范圍較小的信號(hào)，旨在在不被察覺(jué)的情況下干擾gnss信號(hào)，以使接收器誤解其位置坐標(biāo)或時(shí)間信息，能夠干擾無(wú)人機(jī)的正常飛行軌跡的同時(shí)隱藏自身位置坐標(biāo)，但施加的欺騙信號(hào)有范圍限制。

3、隨著低空經(jīng)濟(jì)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，無(wú)人機(jī)的集群化、輕量化有著巨大的發(fā)展?jié)摿褪袌?chǎng)價(jià)值，農(nóng)業(yè)作業(yè)、物流運(yùn)輸、藝術(shù)表演、軍事國(guó)防等各行業(yè)在“低空經(jīng)濟(jì)+”的賦能下將迎來(lái)全新的發(fā)展機(jī)遇，針對(duì)集群在作業(yè)過(guò)程中如何有效防御定位導(dǎo)航欺騙攻擊具有重要研究?jī)r(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

2、本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于共識(shí)勢(shì)力場(chǎng)的無(wú)人機(jī)集群gnss欺騙防御仿真方法，所述方法包括如下步驟：

3、s100，設(shè)置仿真信息、仿真約束條件、攻擊選擇器、惡意坐標(biāo)生成器、高斯噪聲擾動(dòng)生成器和仿真結(jié)束條件；所述仿真信息包括無(wú)人機(jī)集群中的無(wú)人機(jī)的id、最大飛行速度、起始位置坐標(biāo)、目的地位置坐標(biāo)、最大飛行時(shí)間和最大偏移距離，所述仿真約束條件為無(wú)人機(jī)無(wú)法知曉劫持地點(diǎn)的真實(shí)位置坐標(biāo)。

4、s200，設(shè)置仿真時(shí)刻變量t＝1，并控制無(wú)人機(jī)集群中的無(wú)人機(jī)由對(duì)應(yīng)的起始位置坐標(biāo)向?qū)?yīng)的目的地位置坐標(biāo)飛行。

5、s300，基于當(dāng)前仿真時(shí)刻t以及當(dāng)前仿真時(shí)刻t對(duì)應(yīng)的所有無(wú)人機(jī)的位置判斷當(dāng)前仿真程序是否滿足仿真結(jié)束條件，如果滿足，退出當(dāng)前仿真控制程序，如果不滿足，執(zhí)行s400。

6、s400，在當(dāng)前仿真時(shí)刻t，利用所述攻擊選擇器選擇將遭受導(dǎo)航欺騙攻擊的無(wú)人機(jī)，作為對(duì)應(yīng)的被攻擊對(duì)象，并利用惡意坐標(biāo)生成器生成惡意坐標(biāo)作為錯(cuò)誤定位位置坐標(biāo)發(fā)送給對(duì)應(yīng)的被攻擊對(duì)象，以及在當(dāng)前仿真時(shí)刻t，利用所述高斯噪聲擾動(dòng)生成器生成高斯噪聲。

7、s500，獲取當(dāng)前仿真時(shí)刻t對(duì)應(yīng)的第i個(gè)被攻擊對(duì)象在不采取防御措施的情況下的下一仿真時(shí)刻的位置坐標(biāo)pin(t+1)以及采取防御措施的情況下的下一仿真時(shí)刻的位置坐標(biāo)piapf(t+1)。

8、s600，基于piapf(t+1)，對(duì)第i個(gè)被攻擊對(duì)象的當(dāng)前飛行速度進(jìn)行更新，得到更新后的飛行速度viapf(t)。

9、s700，第i個(gè)被攻擊對(duì)象獲取(n-m(t))個(gè)非被攻擊對(duì)象在當(dāng)前仿真時(shí)刻t對(duì)應(yīng)的飛行速度，并基于獲取到的(n-m(t))個(gè)飛行速度計(jì)算對(duì)應(yīng)的共識(shí)速度vcon(t)，以及基于viapf(t)和vcon(t)獲取第i個(gè)被攻擊對(duì)象在當(dāng)前仿真時(shí)刻對(duì)應(yīng)的目標(biāo)飛行速度vicpf(t)，并控制第i個(gè)被攻擊對(duì)象按照vicpf(t)進(jìn)行飛行；設(shè)置t＝t+1，執(zhí)行s300。

10、其中，piapf(t+1)通過(guò)如下步驟獲取得到：

11、s501，基于第i個(gè)被攻擊對(duì)象根據(jù)上一時(shí)刻速度計(jì)算得到的位置坐標(biāo)vpi(t)、目的地位置坐標(biāo)pid、接收到的錯(cuò)誤定位位置坐標(biāo)piw(t)，計(jì)算預(yù)測(cè)的第i個(gè)被攻擊對(duì)象的劫持位置坐標(biāo)pih(t)。

12、s502，將pid作為第i個(gè)被攻擊對(duì)象的引力場(chǎng)grai，并獲取grai在當(dāng)前仿真時(shí)刻t對(duì)第i個(gè)被攻擊對(duì)象產(chǎn)生的引力值figra(t)，以及將pih(t)作為第i個(gè)被攻擊對(duì)象的斥力場(chǎng)repi，并基于repi，獲取repi在當(dāng)前仿真時(shí)刻t對(duì)第i個(gè)被攻擊對(duì)象產(chǎn)生的斥力值firep(t)。

13、s503，基于第i個(gè)被攻擊對(duì)象的飛行方向、figra(t)和firep(t)，獲取piapf(t+1)。

14、本發(fā)明至少具有以下有益效果：

15、本發(fā)明實(shí)施例提供的基于共識(shí)勢(shì)力場(chǎng)的無(wú)人機(jī)集群gnss欺騙防御仿真方法，該方法考慮更加真實(shí)的生成-隱蔽式gnss欺騙攻擊作業(yè)場(chǎng)景，將作業(yè)環(huán)境建立為一種信息不對(duì)等的攻防過(guò)程，將攻防過(guò)程建立為一種斥力場(chǎng)未知的人工勢(shì)場(chǎng)問(wèn)題，根據(jù)欺騙攻擊的空間特性設(shè)計(jì)斥力源估計(jì)方法，使受害成員能夠避免惡意攻擊造成的方向突變，以及為防止持續(xù)惡意攻擊造成的偏移誤差積累，設(shè)計(jì)一種改進(jìn)的集群共識(shí)機(jī)制，使受害成員能夠根據(jù)集群內(nèi)健康成員的飛行信息進(jìn)行飛行方向預(yù)測(cè)。本發(fā)明能夠?yàn)橛行У钟鶎?dǎo)航欺騙攻擊提供一種有效途徑。

16、應(yīng)當(dāng)理解，本部分所描述的內(nèi)容并非旨在標(biāo)識(shí)本發(fā)明的實(shí)施例的關(guān)鍵或重要特征，也不用于限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的其它特征將通過(guò)以下的說(shuō)明書(shū)而變得容易理解。

技術(shù)特征：

1.一種基于共識(shí)勢(shì)力場(chǎng)的無(wú)人機(jī)集群gnss欺騙防御仿真方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述仿真結(jié)束條件包括如下條件：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，第r個(gè)無(wú)人機(jī)在當(dāng)前仿真時(shí)刻t的極限飛行時(shí)間tilimit(t)滿足如下條件：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在s400中，在當(dāng)前仿真時(shí)刻t，對(duì)第r個(gè)無(wú)人機(jī)施加的高斯噪聲nr(t)滿足如下條件：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，figra(t)滿足如下條件：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，firep(t)滿足如下條件：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在s503中，piapf(t+1)滿足如下條件：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，viapf(t)滿足如下條件：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，vcon(t)滿足如下條件：

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，vicpf(t)＝avg(viapf(t)，vcon(t))，avg()表示取平均值。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于共識(shí)勢(shì)力場(chǎng)的無(wú)人機(jī)集群GNSS欺騙防御仿真方法，該方法考慮更加真實(shí)的生成?隱蔽式GNSS欺騙攻擊作業(yè)場(chǎng)景，將作業(yè)環(huán)境建立為一種信息不對(duì)等的攻防過(guò)程，將攻防過(guò)程建立為一種斥力場(chǎng)未知的人工勢(shì)場(chǎng)問(wèn)題，根據(jù)欺騙攻擊的空間特性設(shè)計(jì)斥力源估計(jì)方法，使受害成員能夠避免惡意攻擊造成的方向突變，以及為防止持續(xù)惡意攻擊造成的偏移誤差積累，設(shè)計(jì)一種改進(jìn)的集群共識(shí)機(jī)制，使受害成員能夠根據(jù)集群內(nèi)健康成員的飛行信息進(jìn)行飛行方向預(yù)測(cè)。本發(fā)明能夠?yàn)橛行У钟鶎?dǎo)航欺騙攻擊提供一種有效途徑。

技術(shù)研發(fā)人員：顧兆軍,趙歡,王雙
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)民航大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2