CN110376613A - 一种基于无人机磁航向的gps欺骗干扰检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于无人机磁航向的GPS欺骗干扰检测方法，以无人机当前位置为起点A，当前航向为方向，构建虚拟航线AB段、BC段、CD段和DA段，引导无人机沿AB段进行飞行并对飞行耗时T_f进行记录，若无人机偏离虚拟航线的距离D_d小于等于门限值K_d，每隔1秒计算一次无人机当前磁航向与角度之差，记为γ，当无人机到达B点后，对此段时间内的角度差进行均值滤波，得到平均偏差，并引导无人机进入BC航段；若D_d大于K_d，则开始计时，若持续时间超过5秒，则判定为无人机GPS受到干扰并退出检测；若飞行耗时T_f＞2t仍未判断到达B点，则判定为无人机GPS受到干扰并退出检测；依次进行BC段、CD段和DA段的判断。

Description

一种基于无人机磁航向的GPS欺骗干扰检测方法

技术领域

本发明涉及无人机导航领域，更具体地说，是指一种基于无人机磁航向的GPS欺骗干扰检测方法。

背景技术

目前大多数无人机的导航都是建立在GPS接收机基础上，地面操纵人员根据GPS接收机输出的位置信息确定无人机位置、速度及航迹角，控制无人机飞往指定区域，当地面操纵人员失去对无人机的监控链路后，无人机的自主返航过程也是依靠GPS接收机输出的位置信息来导航至预定的区域，因此，GPS接收机输出数据的正确性对无人机导航至关重要。

GPS干扰分为压制式干扰和欺骗式干扰。欺骗式干扰会使GPS接收机在无意识的情况下接收到干扰信号，从而解算出错误的定位数据，进而导致采用该定位数据进行导航的无人机受到影响，不能正确进行导航。这种干扰在无人机受控情况下很容易能被操纵人员觉察从而采取应对措施，而在无人机自主返航这种应急模式下，必须研究能够检测GPS欺骗干扰的方法，保证无人机不受影响，顺利返航。

磁航向传感器是根据地球磁场信息来确定方位的设备，对于采用磁航向传感器获取航向的无人机，其航向信息不会受到GPS欺骗干扰的影响，因此可以在无人机自主返航时利用该信息来进行欺骗干扰检测，从而及时采取应对措施，避免无人机被欺骗、被干扰。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于无人机磁航向的GPS欺骗干扰检测方法，实现无人机在失去控制应急返航这种模式下对GPS欺骗干扰的检测，及时为自主导航控制提供欺骗警示，从而降低无人机受欺骗风险。

技术方案

一种基于无人机磁航向的GPS欺骗干扰检测方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：无人机失控后，自动进入应急返航模式，无人机按预定航线进行返航，此时启动无人机GPS欺骗干扰检测，每T分钟进行一次判断，进入应急返航模式后立即进行一次检测；

步骤2：以无人机当前位置(x₀,y₀)为起点A，当前航向为方向，构建虚拟航线AB段、BC段、CD段和DA段，其中B点位置为(X_B,Y_B)，C点位置为(X_C,Y_C)，D点位置为(X_D,Y_D)，各点位置按以下公式进行计算：

式中，d为虚拟航线段的长度，v为无人机巡航速度，t为单条检测航线段飞行时长；

步骤3：引导无人机沿AB段进行飞行并对飞行耗时T_f进行记录，若无人机偏离虚拟航线的距离D_d小于等于门限值K_d，每隔1秒计算一次无人机当前磁航向与角度之差，记为γ，当无人机到达B点后，对此段时间内的角度差进行均值滤波，得到平均偏差并引导无人机进入BC航段；若D_d大于K_d，则开始计时，若持续时间超过5秒，则判定为无人机GPS受到干扰并退出检测；若飞行耗时T_f>2t仍未判断到达B点，则判定为无人机GPS受到干扰并退出检测；

步骤4：引导无人机沿BC段进行飞行，按照步骤3的方法继续进行判断，得到在BC段的平均偏差引导无人机进入CD航段或判定为受到干扰并退出检测；

步骤5：引导无人机沿CD段进行飞行，按照步骤3的方法继续进行判断，得到在CD段的平均偏差引导无人机进入DA航段或判定为受到干扰并退出检测；

步骤6：引导无人机沿DA段进行飞行，按照步骤3的方法继续进行判断，得到在DA段的平均偏差到达A点后，计算无人机当前位置(x₁,y₁)与(x₀,y₀)的距离 若该距离大于门限值K_s，则判定为无人机GPS受到干扰并退出检测；若在每个航段均未检测到受干扰，则计算AB段与CD段平均偏差之和γ₁＝γ_AB+γ_CD以及BC段与DA段平均偏差之和γ₂＝γ_BC+γ_DA，若γ₁和γ₂任意一个大于门限值K_γ，则判定为无人机GPS受到干扰并退出检测；

步骤7：当判定为无人机GPS未受到干扰，则引导无人机继续沿原返航航线进行返航；当判定为无人机GPS受到干扰，则不再使用GPS位置信息进行飞行。

步骤1中的T取无人机飞行10km～20km所需时长。

步骤2中的t取值为1～2分钟。

步骤3中的K_d取值为100m～500m。

步骤6中的K_s取值为100m～1000m。

步骤6中的K_γ取值为1度～5度。

有益效果

本发明提出的一种基于无人机磁航向的GPS欺骗干扰检测方法，具有以下3点优点：

1、借助于不受GPS信号干扰的磁航向传感器作为检测基础，依据无人机自身控制策略，不受时间空间因素限制且能保证欺骗检测的可信度。

2、通过构建虚拟的正四边形检测航线，能有效降低因空中风所带来的航向偏差影响，提高检测的准确性。

3、检测过程中多个门限值可调，使用灵活，可针对多种无人机进行适配。

附图说明

图1构建虚拟检测航线示意图

图2检测流程图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明所涉方法步骤如下：

步骤1：无人机失控后，自动进入应急返航模式，无人机按预定航线进行返航，此时启动无人机GPS欺骗干扰检测，每T分钟进行一次判断，该时间取无人机飞行10km～20km所需时长，进入应急返航模式后立即进行一次检测；

步骤2：以无人机当前位置(x₀,y₀)为起点A，当前航向为方向，构建虚拟航线AB段，BC段，CD段和DA段，其中B点位置为(X_B,Y_B)，C点位置为(X_C,Y_C)，D点位置为(X_D,Y_D)，各点位置按以下公式进行计算：

上式中d为虚拟航线段的长度，v为无人机巡航速度，t为单条检测航线段飞行时长，t应保证无人机进入航线后至少能稳定飞行30秒，一般取值为1～2分钟。

步骤3：引导无人机沿AB段进行飞行并对飞行耗时T_f进行记录，若无人机偏离虚拟航线的距离D_d小于等于门限值K_d，该门限值根据无人机的抗风能力来设定，一般取值为100m～500m，每隔1秒计算一次无人机当前磁航向与角度之差，记为γ，当无人机到达B点后，对此段时间内的角度差进行均值滤波，得到平均偏差并引导无人机进入BC航段；若D_d大于K_d，则开始计时，若持续时间超过5秒，则判定为无人机GPS受到干扰并退出检测；若飞行耗时T_f>2t仍未判断到达B点，则判定为无人机GPS受到干扰并退出检测。

步骤4：引导无人机沿BC段进行飞行，按照步骤3的方法继续进行判断，得到在BC段的平均偏差引导无人机进入CD航段或判定为受到干扰并退出检测。

步骤5：引导无人机沿CD段进行飞行，按照步骤3的方法继续进行判断，得到在CD段的平均偏差引导无人机进入DA航段或判定为受到干扰并退出检测。

步骤6：引导无人机沿DA段进行飞行，按照步骤3的方法继续进行判断，得到在DA段的平均偏差到达A点后，计算无人机当前位置(x₁,y₁)与(x₀,y₀)的距离 若该距离大于门限值K_s，该门限值根据无人机判断航点切换的距离决定，一般取值为100m～1000m，则判定为无人机GPS受到干扰并退出检测；若在每个航段均未检测到受干扰，则计算AB段与CD段平均偏差之和γ₁＝γ_AB+γ_CD以及BC段与DA段平均偏差之和γ₂＝γ_BC+γ_DA，若γ₁和γ₂任意一个大于门限值K_γ，该门限值根据无人机航向控制精度来确定，一般取值为1度～5度，则判定为无人机GPS受到干扰并退出检测。

步骤7：当判定为无人机GPS未受到干扰，则引导无人机继续沿原返航航线进行返航；当判定为无人机GPS受到干扰，则不再使用GPS位置信息进行飞行。

实施例：

步骤1：无人机失控后，自动进入应急返航模式，飞行速度按巡航速度140km/h进行控制，无人机按预定航线进行返航，此时启动无人机GPS欺骗干扰检测，每8分钟进行一次判断，进入应急返航模式后立即进行一次检测；

步骤2：以无人机当前位置(x₀,y₀)为起点A，当前航向为方向，构建虚拟航线AB段，BC段，CD段和DA段，其中B点位置为(X_B,Y_B)，C点位置为(X_C,Y_C)，D点位置为(X_D,Y_D)，各点位置按以下公式进行计算：

上式中d为单条虚拟航线段的长度，取值2400米，t为单条检测航线段飞行时长，取值1分钟。

步骤3：引导无人机沿AB段进行飞行并对飞行耗时T_f进行记录，若无人机偏离虚拟航线的距离D_d小于等于门限值100米，每隔1秒计算一次无人机当前磁航向与角度之差，记为γ，当无人机到达B点后，对此段时间内的角度差进行均值滤波，得到平均偏差并引导无人机进入BC航段；若D_d大于100米，则开始计时，若持续时间超过5秒，则判定为无人机GPS受到干扰并退出检测；若飞行耗时T_f>2分钟仍未判断到达B点，则判定为无人机GPS受到干扰并退出检测。

步骤4：引导无人机沿BC段进行飞行，按照步骤3的方法继续进行判断，得到在BC段的平均偏差引导无人机进入CD航段或判定为受到干扰并退出检测。

步骤5：引导无人机沿CD段进行飞行，按照步骤3的方法继续进行判断，得到在CD段的平均偏差引导无人机进入DA航段或判定为受到干扰并退出检测。

步骤6：引导无人机沿DA段进行飞行，按照步骤3的方法继续进行判断，得到在DA段的平均偏差到达A点后，计算无人机当前位置(x₁,y₁)与(x₀,y₀)的距离 若该距离大于门限值300米，则判定为无人机GPS受到干扰并退出检测；若在每个航段均未检测到受干扰，则计算AB段与CD段平均偏差之和γ₁＝γ_AB+γ_CD以及BC段与DA段平均偏差之和γ₂＝γ_BC+γ_DA，若γ₁和γ₂任意一个大于门限值5度，则判定为无人机GPS受到干扰并退出检测。

步骤7：当判定为无人机GPS未受到干扰，则引导无人机继续沿原返航航线进行返航；当判定为无人机GPS受到干扰，则不再使用GPS位置信息进行飞行。

从而实现无人机GPS诱骗干扰的检测。

Claims (6)

1.一种基于无人机磁航向的GPS欺骗干扰检测方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：无人机失控后，自动进入应急返航模式，无人机按预定航线进行返航，此时启动无人机GPS欺骗干扰检测，每T分钟进行一次判断，进入应急返航模式后立即进行一次检测；

步骤2：以无人机当前位置(x₀,y₀)为起点A，当前航向为方向，构建虚拟航线AB段、BC段、CD段和DA段，其中B点位置为(X_B,Y_B)，C点位置为(X_C,Y_C)，D点位置为(X_D,Y_D)，各点位置按以下公式进行计算：

式中，d为虚拟航线段的长度，v为无人机巡航速度，t为单条检测航线段飞行时长；

步骤3：引导无人机沿AB段进行飞行并对飞行耗时T_f进行记录，若无人机偏离虚拟航线的距离D_d小于等于门限值K_d，每隔1秒计算一次无人机当前磁航向与角度之差，记为γ，当无人机到达B点后，对此段时间内的角度差进行均值滤波，得到平均偏差并引导无人机进入BC航段；若D_d大于K_d，则开始计时，若持续时间超过5秒，则判定为无人机GPS受到干扰并退出检测；若飞行耗时T_f＞2t仍未判断到达B点，则判定为无人机GPS受到干扰并退出检测；

步骤4：引导无人机沿BC段进行飞行，按照步骤3的方法继续进行判断，得到在BC段的平均偏差引导无人机进入CD航段或判定为受到干扰并退出检测；

步骤5：引导无人机沿CD段进行飞行，按照步骤3的方法继续进行判断，得到在CD段的平均偏差引导无人机进入DA航段或判定为受到干扰并退出检测；

步骤6：引导无人机沿DA段进行飞行，按照步骤3的方法继续进行判断，得到在DA段的平均偏差到达A点后，计算无人机当前位置(x₁,y₁)与(x₀,y₀)的距离 若该距离大于门限值K_s，则判定为无人机GPS受到干扰并退出检测；若在每个航段均未检测到受干扰，则计算AB段与CD段平均偏差之和γ₁＝γ_AB+γ_CD以及BC段与DA段平均偏差之和γ₂＝γ_BC+γ_DA，若γ₁和γ₂任意一个大于门限值K_γ，则判定为无人机GPS受到干扰并退出检测；

步骤7：当判定为无人机GPS未受到干扰，则引导无人机继续沿原返航航线进行返航；当判定为无人机GPS受到干扰，则不再使用GPS位置信息进行飞行。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机磁航向的GPS欺骗干扰检测方法，其特征在于步骤1中的T取无人机飞行10km～20km所需时长。

3.根据权利要求1所述的一种基于无人机磁航向的GPS欺骗干扰检测方法，其特征在于步骤2中的t取值为1～2分钟。

4.根据权利要求1所述的一种基于无人机磁航向的GPS欺骗干扰检测方法，其特征在于步骤3中的K_d取值为100m～500m。

5.根据权利要求1所述的一种基于无人机磁航向的GPS欺骗干扰检测方法，其特征在于步骤6中的K_s取值为100m～1000m。

6.根据权利要求1所述的一种基于无人机磁航向的GPS欺骗干扰检测方法，其特征在于步骤6中的K_γ取值为1度～5度。