基于稳定环境下的四旋翼无人机抗GPS欺骗的研究

发布时间：2020-05-25 01:36

【摘要】：在航空器高速发展的今天,无人飞行器的出现已然成为了航空领域中一项革命性的里程碑,其已广泛应用于地形测绘、航拍、快递、救灾、军事侦查、农业植物监测等众多军民领域中。微型无人机的应用极大地降低了人类工作强度,减少了各种资源的消耗,尤其在军事上执行侦查或攻击等危险大的任务中具有机动性好、隐蔽性强等优点。但面对反侦查手段的提高和任务环境的复杂性,微型无人机在实际应用中也暴露出一定的缺点,主要体现在GPS自身检测欺骗的能力方面。在实际使用中,GPS往往会接收到人为给出的欺骗信号,将无人机引导至非设定位置。因此,GPS欺骗作为飞机飞行过程中定位安全的首要威胁需要被高度重视,可通过提高飞机自身检测GPS欺骗的能力来确保无人机工作中的定位信息的安全性及精准度。另外,与有人驾驶飞机相比,微型无人机的体积和承重都比较小,在大气环境中飞行过程中机翼载荷很小,几乎不存在惯性,很容易受到风场的影响。同时,复杂飞行环境中也存在着风场对其的干扰,会进一步影响无人机的规定飞行轨迹、精确定位等,也会影响无人机本身GPS欺骗判断的正确性。因此,传统的检测GPS欺骗方法对于微型无人机检测结果的准确度将显著降低,将会有错判、漏判的情况发生。为了研究并解决上述两方面的问题,本文以一种微型无人机模型为基础,探索提出了一种能够在未知风场环境下微型无人机能够自身检测GPS欺骗的方法,从理论上分析研究了该方法的可行性,最后通过仿真实验进行了模拟验证。其总体思路是:针对某一型号的无人机完成了模型的建立,模型中包含了无人机的状态参数、运动参数等。在仿真验证过程中,微型无人机能够按照规定轨迹的运动并实时显示出微型无人机的运动状态、输出相关参数,同时提出一种实时风场估计方法,在模型中加入风场干扰,通过对比风场估计值和真实值,来验证风场估计方法的有效性。由于传统的GPS欺骗检测方法都仅适用于大型飞机,对易受风场影响的微型无人机,其GPS欺骗检测效果将明显变差。文中在考虑了已被推断出的风场的情况下,提出了一种基于卡尔曼滤波理论和惯性导航参数的GPS欺骗检测方法,同时通过无人机模型完成了实验的验证,并通过与传统方法检测效果的对比说明了该GPS欺骗检测方法的优势。通过以上理论分析、仿真实验验证,结果表明本文中提出的基于稳定环境下的四旋翼无人机抗GPS欺骗的研究方法是可行的,具有一定的工程应用价值。
【图文】：

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位置信息,经度,纬度,GPS信号

第四章风场干扰下基于卡尔曼滤波的检测 GPS 欺骗方法测试及性能分析根据4.2节伪GPS信号的生成过程来生成虚假的位置信息对微型无人机模型进行GPS 位置欺骗，假位置信息为经度-40.000000，纬度 60.000000，高度 100。生成后将伪 GPS 信号输入到微型无人机模型中，实时监控其的位置输出信息，，如图 4.9 所示。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V279;TN973

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