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无人机系统安全性综述

计算机科学 2024年第S1期51卷 864-869页

作者：王震周超樊永文石鹏飞中国人民解放军63891部队河南洛阳471000

近年来,无人机越来越受欢迎,无人机在军事、农业、交通运输、电影、供应链和监控等各个行业都有着巨大的潜力。尽管无人机给人们提供了种种便利,但如今与无人机相关的安全事件却层出不穷。恶意方可能对无人机进行攻击,并利用无人机进行... 详细信息

近年来,无人机越来越受欢迎,无人机在军事、农业、交通运输、电影、供应链和监控等各个行业都有着巨大的潜力。尽管无人机给人们提供了种种便利,但如今与无人机相关的安全事件却层出不穷。恶意方可能对无人机进行攻击,并利用无人机进行危及生命的活动。因此,世界各国政府已经开始规范无人机的使用。无人机需要一种智能和自动化的防御机制,以确保人类、财产和无人机本身的安全。而无人机操作系统防护是防止入侵攻击的一个重要部分。首先,对无人机结构进行了简要介绍;然后,研究了用于消费和商用无人机的现有操作系统的安全性。最后,调查了无人机操作系统的各种安全问题和可能的解决方案。

关键词：无人机无人机安全操作系统安全解决方案

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多旋翼无人机系统的信息安全参考模型

信息网络安全 2022年第3期 10-19页

作者：李国旗洪晟兰雪婷张虹北京航空航天大学可靠性与系统工程学院北京100191 北京航空航天大学网络空间安全学院北京100191 南昌大学信息工程学院南昌330031

近年来,无人机的信息安全问题备受关注,但目前没有关于该安全问题的一个完备的参考模型。文章选取多旋翼无人机系统为研究对象,首先依据推导物联网安全参考模型的方法,推导出多旋翼无人机系统的信息安全参考模型框架。然后在综合分析多... 详细信息

近年来,无人机的信息安全问题备受关注,但目前没有关于该安全问题的一个完备的参考模型。文章选取多旋翼无人机系统为研究对象,首先依据推导物联网安全参考模型的方法,推导出多旋翼无人机系统的信息安全参考模型框架。然后在综合分析多旋翼无人机系统组成和信息安全风险的基础上,将信息安全攻击对飞行安全的影响分成4类,并将其标注在安全参考模型上。由此得到的安全参考模型可以作为针对多旋翼无人机系统开展面向恶意攻击的安全性设计、分析和验证的基础和参考,并且文章所使用的研究方法对其他类型的无人机以及其他复杂的CPS或者物联网系统的信息安全研究也有参考价值。

关键词：安全参考模型无人机安全多旋翼无人机安全飞行安全

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城市无人机航线飞行间隔与调控频率综合研究

交通信息与安全 2024年第1期42卷 11-18页

作者：张健王守源赵嶷飞卢飞中国民航大学空中交通管理学院天津300300 民航东北空管局吉林分局长春130000

聚焦城市无人机航线飞行,为确保运行安全,需要为无人机配备合适的飞行间隔。面向同航线纵向飞行场景,研究了考虑冲突频率与碰撞概率且符合ICAO间隔制定原则的间隔调控模型。通过研究仅考虑无人机定位误差下的碰撞风险,得到无人机纵向飞... 详细信息

聚焦城市无人机航线飞行,为确保运行安全,需要为无人机配备合适的飞行间隔。面向同航线纵向飞行场景,研究了考虑冲突频率与碰撞概率且符合ICAO间隔制定原则的间隔调控模型。通过研究仅考虑无人机定位误差下的碰撞风险,得到无人机纵向飞行间隔,作为后续间隔计算的基准;通过综合考虑定位误差和速度误差引发的位置不确定性,计算伴随无人机航线飞行进程的碰撞风险。加大纵向间隔会延迟突破安全目标水平的时机,但随着飞行进程的推进,碰撞风险终将突破安全目标水平。基于此,提出了无人机位置调控机制,对2架无人机位置进行定期调控,以消除速度所产生的累积误差。针对某1个指定的安全目标水平,得到了纵向间隔与位置调控频率的关系曲线,发现二者存在博弈关系,实施高频调控,需要采取更小的航线间隔;反之,则需要加大航线间隔。同时,为兼顾城市空间与位置调控能力的双重约束,提出了选取曲率最大值位置的所需飞行间隔与调控频率作为折中方案,发现安全目标水平要求越严格,所需调控频率和飞行间隔越大。实验得到在满足安全目标水平为5×10^(-9)次/飞行小时情况下,所需调控频率为87次/h,所需纵向飞行间隔为90 m;同时在实际运行环境中,应用上述评估模型与方法可以客观选择所需间隔和调控频率。本文研究可以兼顾城市物流无人机空中运行的安全,提高城市空域利用率和派送效率。

关键词：无人机安全安全目标水平飞行间隔位置调控频率

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基于改进卷积神经网络和射频指纹的无人机检测与识别

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计算机应用 2024年第3期44卷 876-882页

作者：周景贤李希娜中国民航大学信息安全测评中心天津300300 中国民航大学计算机科学与技术学院天津300300

针对无人机(UAV)在图像识别时易受环境干扰,而传统信号识别难以准确提取特征且实时性较差的问题,提出一种基于改进卷积神经网络(CNN)和射频(RF)指纹的无人机检测识别方法。首先,使用通用软件无线电外设(USRP)捕获环境中的无线电信号,经... 详细信息

针对无人机(UAV)在图像识别时易受环境干扰,而传统信号识别难以准确提取特征且实时性较差的问题,提出一种基于改进卷积神经网络(CNN)和射频(RF)指纹的无人机检测识别方法。首先,使用通用软件无线电外设(USRP)捕获环境中的无线电信号,经过多分辨率分析获取偏差值,检测是否为无人机射频信号;其次,将检测到的无人机射频信号经过小波变换和主成分分析(PCA)处理,获得射频信号频谱,作为神经网络的输入;最后,构建轻量级残差神经网络(LRCNN),输入射频频谱进行网络训练,进行无人机的分类识别。实验结果表明,所提方法可以有效检测并识别无人机信号,平均识别精度可达84%;在信噪比(SNR)大于20 dB时,LRCNN的识别精度达到了88%,相较于支持向量机(SVM)、原始OracleCNN分别提高31和7个百分点,在识别精度和鲁棒性方面比这两种方法均有所提升。

关键词：无人机安全射频指纹小波变换注意力残差网络卷积神经网络

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无人机信息安全研究综述

计算机学报 2019年第5期42卷 1076-1094页

作者：何道敬杜晓乔银荣朱耀康樊强罗旺华东师范大学计算机科学与软件工程学院上海200062 南瑞集团公司(国网电力科学研究院) 南京211106

随着科技的进步和制造成本的不断降低,无人机已经从军用领域开始走进工业生产和人们的日常生活.如今,无人机已经广泛应用于影视拍摄、农业监测、电力巡检、个人航拍、气象监测、森林火灾探测、交通控制、货物运输及应急救援等领域.然而... 详细信息

随着科技的进步和制造成本的不断降低,无人机已经从军用领域开始走进工业生产和人们的日常生活.如今,无人机已经广泛应用于影视拍摄、农业监测、电力巡检、个人航拍、气象监测、森林火灾探测、交通控制、货物运输及应急救援等领域.然而,无人机在给我们的生产生活带来各种便利的同时,其所面临的安全问题也逐渐暴露出来.该文首先介绍了当前无人机的发展现状,然后介绍了无人机的组成结构和应用,之后分别从保密性、完整性和可用性方面系统地阐述了当前无人机所面临的信息安全威胁.接着,该文着重从传感器、通信、软件和网络四个方面对无人机所面临的安全威胁、现有安全防护措施以及国内外的研究现状进行了详细的阐述和分析.其中,结合当前国内外最新的研究成果和我们实验室的研究和实验,重点对针对无人机的卫星导航信号的欺骗攻击和针对无人机通讯安全的攻击及其应对措施进行了阐述和分析.最后,对无人机的安全和管理的未来研究方向进行了展望.

关键词：无人机安全公共安全无人机捕获 GPS欺骗无线电劫持

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多无人机协同任务分配及安全路径规划研究

多无人机协同任务分配及安全路径规划研究

作者：毛远航南京信息工程大学

学位级别：硕士

无人机（Unmanned Aerial Vehicle）已从军事应用转向更广泛的民用领域。凭借其高机动性、可扩展性、智能化特性,已被广泛应用在目标搜索、区域监控、农业生产等领域,并取得了突出的成效。无人机搭载摄像头,对地面环境进行监控,便可为... 详细信息

无人机（Unmanned Aerial Vehicle）已从军事应用转向更广泛的民用领域。凭借其高机动性、可扩展性、智能化特性,已被广泛应用在目标搜索、区域监控、农业生产等领域,并取得了突出的成效。无人机搭载摄像头,对地面环境进行监控,便可为目标搜索任务提供巨大改善,对维护城市公共安全,打击犯罪提供有力保障。然而受限于无人机自身的续航,单架无人机执行任务的能力有限。因此在面对规模较大或复杂任务时,多架无人机协同执行任务,将有效克服无人机自身短板,提高任务执行效率。本研究内容将主要从以下几个方面入手。（1）提出多无人机协同区域监控框架。提出多机协同区域覆盖模型和多架异构无人机的编队与组网方式。并在该部分提出地面目标航点坐标信息的计算方法。（2）提出一种基于K-means算法的多任务协同分配方案。首先将多任务分配问题转化为具有多种约束条件的组合优化问题,将航点任务分配,目的是为了让无人机执行任务时航程代价最低。集群内无人机依据航点规划出最短飞行路径,到达各自航点,共同执行任务。（3）提出一种动态环境下多无人机路径实时规划方案。首先提出无人机安全防碰撞距离模型,然后提出基于人工势场法改进的组内多无人机路径实时规划方法。当加入新航点任务或编队结构发生变化时,能够实时调整飞行路径。最后,通过模拟实验和真机实验证明了提出的航拍覆盖模型和任务分配算法的可行性,和其他方法的对比实验证明了本文方法的有效性。并在最后对本研究工作存在的不足之处以及后续的研究展开讨论。

关键词：无人机安全多无人机协同任务分配聚类算法人工势场法

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无人机通信网络安全综述

网络空间安全 2019年第9期10卷 13-19页

作者：王利王普闫峥西安电子科技大学陕西西安710071

随着信息技术的不断发展,越来越多的无人机被应用到各种不同的场景。但是与此同时,针对无人机的系统和通信的安全威胁和攻击也越来越多。由于无人机自身独有的特性,传统的安全保护方案很难完全直接应用在无人机系统中来防止攻击,同时这... 详细信息

随着信息技术的不断发展,越来越多的无人机被应用到各种不同的场景。但是与此同时,针对无人机的系统和通信的安全威胁和攻击也越来越多。由于无人机自身独有的特性,传统的安全保护方案很难完全直接应用在无人机系统中来防止攻击,同时这些特点也为无人机系统的保护带来了很多好处。文章在详细介绍无人机系统及其通信系统的基础上,分析了无人机链路层与网络层所面临的安全威胁和可能的攻击方法,并总结已有的安全解决方案。最后,总结本文并提出无人机安全未来研究的展望。

关键词：无人机安全链路层安全网络层安全通信方案认证方案

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抗GPS欺骗的无人机轻量级认证方法研究

抗GPS欺骗的无人机轻量级认证方法研究

作者：杜庭萱华中科技大学

学位级别：硕士

随着第五代移动通信网络的普及和移动计算技术的发展,无人机应用需求持续增长,应用领域和应用场景不断扩展。但同时,无人机面临的安全问题也越来越多。身份认证技术作为信息通信安全性的保障,其对于通过无线信道引导无人机与控制台之间... 详细信息

随着第五代移动通信网络的普及和移动计算技术的发展,无人机应用需求持续增长,应用领域和应用场景不断扩展。但同时,无人机面临的安全问题也越来越多。身份认证技术作为信息通信安全性的保障,其对于通过无线信道引导无人机与控制台之间的安全通信至关重要。目前,针对无人机的认证技术面临两项关键挑战:一方面,无人机依赖全球定位系统(Global Positioning System,GPS)接收卫星发送的信号进行定位,一旦GPS模拟器伪装成卫星,发送虚假信号给GPS接收器,无人机就面临被劫持的风险,因此,如何抵抗GPS欺骗是无人机认证的一个难点;另一方面,无人机受载荷体积和功耗的限制,计算和存储资源不足,难以搭载复杂耗时的认证算法,如何在保证认证安全性的同时,有效降低无人机认证协议的复杂度是另一个难点。为了解决这两个问题,论文开展了如下研究:(1)针对GPS欺骗的问题,本文提出了基于双重位置信息的无人机认证方案,考虑到现有无人机系统定位完全依赖独立于无人机和控制台的第三方——GPS卫星,由于其传输的GPS信号结构公开透明,使得GPS欺骗易实现,导致无人机定位安全性不足的问题,本文引入无人机与控制台之间的无线定位,通过无线定位和GPS定位得到的双重位置信息作为认证标准。在GPS欺骗等多种攻击条件下,构建了无人机对地面控制台身份认证的模型,设计了协议,开展了安全性的理论分析。分析结果表明该方案不仅能应对GPS欺骗,还能够有效抵挡中间人攻击、重放攻击和反射攻击等其他多种主流攻击。(2)针对降低认证复杂度的需求,在(1)的基础上,本文进一步优化了认证协议,提出了无人机链式结构认证方案,使用双重位置信息作为认证标准,引入区块链的思想,在连续通信过程中,后续通信利用区块链结构保证安全性,省去了密钥开销,从而在整体上降低了认证的时间开销。构建了消息块链式结构并嵌入无人机对地面控制台身份认证的模型,设计了协议,分析了时间开销,并对无人机认证协议采取链式结构的安全性进行再分析。分析结果表明该方案不仅能缩短认证时间,还能够应对GPS欺骗和其他多种攻击的安全威胁。在理论研究的基础上,对基于双重位置信息的无人机认证方案设计了原理验证实验,实验结果表明对合法身份的成功认证次数约占实验总次数的84.44%,对攻击者的检出率达到98.89%。在实验验证可行性的基础上,开展了仿真验证和性能分析工作。仿真结果表明,基于双重位置信息的无人机认证方案对GPS欺骗能实现高检出率对应低误报率,采用链式结构的无人机认证方案可使认证时间降低36.35%。

关键词：无人机安全认证协议位置认证定位技术区块链

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基于集成孤立森林的无人机异常检测算法

无线电工程 2022年第8期52卷 1375-1385页

作者：吕少岚王华伟侯召国陈凌子南京航空航天大学民航学院江苏南京210016

无人机(Unmaned Aerial Vehicle,UAV)运行过程中,通过嵌入式传感器感知飞行环境,会受到通信链路及恶劣操作环境等不确定因素的影响,导致其运行风险,从而威胁公共安全,这是亟待解决的问题。UAV异常状态检测是控制运行风险的重要手段。针... 详细信息

无人机(Unmaned Aerial Vehicle,UAV)运行过程中,通过嵌入式传感器感知飞行环境,会受到通信链路及恶劣操作环境等不确定因素的影响,导致其运行风险,从而威胁公共安全,这是亟待解决的问题。UAV异常状态检测是控制运行风险的重要手段。针对UAV异常检测的特点,利用UAV在安全状态运行过程中监管平台搜集到的相关飞行数据建立模型,提出了一种集成孤立森林(Integrated Isolated Forest,IIF)无监督异常检测算法,以便检测出异于UAV正常运行的情况。使用不同类型的UAV数据集验证了该算法的检测性能,实验结果表明,算法检测无矫正措施的UAV飞行异常的F1分数(F1-score)在0.94以上,对无矫正措施的UAV飞行异常的F1分数在0.75以上,相较于传统异常检测算法,该算法具有更好的检测性能。

关键词：集成孤立森林无人机安全异常检测无人机传感器无监督学习