[发明专利]一种飞行器位置估计、欺骗检测的方法

说明书

本发明涉及一种飞行器位置估计、欺骗检测的方法，属于空域中飞行器监视和信息安全交叉技术领域。包括以下内容：报文接收模块负责接收空域中飞行器发送的ADS‑B报文；报文预处理模块对接收到的ADS‑B报文进行解码，并添加报文到达时间戳字段；时间处理模块使用接收器间的时间差异模型，得到同一报文在各个接收器间的一组到达时间差；定位模块利用一组到达时间差计算得到飞行器的位置估计值；位置优化模块利用飞行器的动力学约束，对位置估计值序列进行异常值去除、缺失点插值优化，得到最终的位置估计值；位置欺骗检测模块计算最终的位置估计值与ADS‑B报文中报告的位置间的距离，当距离值小于设定的阈值时，判断该条报文不存在位置欺骗，否则认为该报文报告的位置信息不可信。

技术领域

本发明属于空域中飞行器监视和信息安全交叉技术领域，主要涉及一种飞行器位置估计、欺骗检测的方法。

背景技术

广播式自动相关监视技术(Automatic Dependent Surveillance Broadcast,ADS-B)在下一代空中交通管制系统(NextGen ATC)中的应用已经是一种必然，ADS-B技术可以降低空域监视成本、提高监视精度、缩短更新周期，但由于ADS-B技术所采用的广播式位置报告系统通信链路公开、明文广播传输等特点，加之软件无线电技术的快速发展和普及，潜在的攻击者借助廉价的标准硬件产品，很容易做到记录和分析未加密的ADS-B消息，甚至控制无线通信信道，注入、删除和修改任何ADS-B消息，这些攻击方式将产生虚假或错误的ADS-B数据和位置信息，误导其他飞行器和地面监视系统，造成空中交通管制网络混乱和灾难性的事故。

针对空域中飞行器的位置安全问题，主要的解决方案是位置与轨迹安全验证，即识别和验证ADS-B设备实体声称的位置或轨迹是否属实，采用多种传感器信息融合处理技术获取目标位置信息，判断是否存在位置欺骗；常用的方法有到达时间的多点定位，到达角定位，到达频率差定位等技术来检测位置欺骗，这些方法都是需要特定设备或者成本非常昂贵的设备才能够实现，并且能够定位的区域覆盖率很小。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足，本发明提出一种兼容性强、覆盖范围广、定位精度高的位置估计、欺骗检测方法。

技术方案

一种飞行器位置估计的方法，包括报文接收模块、报文预处理模块、时间处理模块、定位模块、位置优化模块；按顺序进行如下步骤：

步骤1：针对某个需要监控的空域，搭建由m个ADS-B报文接收器联网组成的报文接收网络，每个接收器中的报文接收模块负责接收空域中飞行器发送的ADS-B报文；报文预处理模块对接收到的ADS-B报文进行解码，并添加报文到达时间戳字段；

步骤2：时间处理模块使用接收器间的时间差异模型，得到同一报文在各个接收器间的一组到达时间差；

步骤3：定位模块利用步骤2中得到的一组到达时间差计算得到飞行器的位置估计值；

步骤4：位置优化模块利用飞行器的动力学约束，对步骤3得到的位置估计值序列进行异常值去除、缺失点插值优化，得到最终的位置估计值。

本发明进一步的技术方案为：步骤1中所述的ADS-B报文接收器可以不具备时钟同步功能。

本发明进一步的技术方案为：步骤1中所述的报文到达时间戳的获取方法具体为：

接收器复位后，在接收到第一个数据块时，获取此时刻接收器的本地时间作为起始时刻t_f；

对采样得到的每个数据块进行编号，根据一条报文所在的数据块序列编号n、接收器的采样率s、数据块长度l、报文前导码在数据块中的位置p，计算得到该报文到达接收器时相对于起始时刻的时间偏移：