【视野】突破编队：GNSS欺骗对无人机群的影响- 大数跨境

北斗西虹桥

2024-05-30

最近的一项研究探索了全球导航卫星系统欺骗对无人机的影响。无人机依靠多种传感器模式进行关键的导航决策。本研究进行了实验分析，以评估完全通过欺骗GNSS信号控制无人机运动的可行性和要求。

该研究描述了与通过GNSS欺骗实现无人机的全面接管相关的挑战，强调了实时欺骗信号的复杂操作的必要性，以确保无碰撞的受控飞行。换句话说，虽然现成的无人机保持易受到全球导航卫星系统的欺骗攻击，实现对单个无人机的完全控制需要实时操纵欺骗信号，需要感测/驱动回路。

本文研究了单架无人机对全球导航卫星系统的干扰问题。如今，人们越来越关注在安全和安保关键应用中使用机器人的自主集群，例如搜索和救援任务、紧急支援、施工和交付。从战术和后勤的角度来看，群体在军事上也有重要的应用。精确定位、导航和通信系统是这些应用的基础，目前还不清楚对定位系统的欺骗和干扰攻击如何影响整个群生态系统。例如，对无人机群的欺骗攻击可能会导致群碰撞和倒塌，或者简单地改变其航向。

在本文中，我们采取了第一步来调查群攻击的漏洞和恢复能力。由于分布式和分散式算法对快速变化的环境的有效性以及中央控制机构的消除，分布式和分散式算法越来越多地被采用，这种分析侧重于特定的分布式和分散式群体系结构，其目标是在整个地理区域内均匀地分布无人机群，确保每个无人机覆盖一个相等的区域。这种覆盖任务在包括跟踪、监视或简单导航区域在内的各种群任务中都是必不可少的。

我们使用Lloyd松弛分析广泛部署的Voronoi细分，旨在了解覆盖任务可能遇到的攻击向量。我们使用一个定制的分布式群仿真框架（包括Gazebo、ArduPilot和QGroundControl等软件）来评估群对全球导航卫星系统欺骗攻击的行为。我们提出了关键要点，并为未来的研究机会提供了建议。

在我们的研究中，我们主要关注两个评估指标：i）算法收敛所需迭代次数的百分比变化，以及ii）无人机总飞行距离的百分比变化。对于我们的实验，我们改变群的无人机的起始位置，称为初始子位置，并应用三种欺骗技术：固定、相对和随机位置操纵。此外，考虑到每个初始子位置和欺骗方法，我们研究了在算法执行时间的1、2和3次迭代中操作位置的后果。值得注意的是，对于每个初始子位置，每次模拟执行75次。每次运行期间，根据所选的欺骗技术，无人机被欺骗和精确的欺骗位置被改变。

在我们的研究中，我们以先前的研究为指导，强调了全球导航卫星系统欺骗的挑战和控制无人机的细微差别。然而，全球导航卫星系统欺骗对无人机群群的更广泛影响仍未得到研究。我们的工作寻求了解这个领域，特别是关注群编队算法，因为编队是许多群任务的重要前提。

使用我们定制的仿真框架，我们研究了GNSS欺骗的效果。一些有意义的发现包括：欺骗导致收敛时间几乎增加3倍，导致无人机累积飞行距离超过5倍，并且显著影响群的最终空间形成。展望未来，我们需要进一步探讨攻击者利用GNSS欺骗的实际考虑因素。此外，为了开发更稳健的解决方案，有必要对各种群体算法进行全面评估，以对抗潜在的敌对战术。

内容来源于“新时空智库”

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