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基于长短期记忆网络的授时欺骗检测方法

盛孟刚 盛思缘 邓敏 王礼亮 姚志强

盛孟刚, 盛思缘, 邓敏, 王礼亮, 姚志强. 基于长短期记忆网络的授时欺骗检测方法[J]. 全球定位系统, 2024, 49(4): 86-91. doi: 10.12265/j.gnss.2024034
引用本文: 盛孟刚, 盛思缘, 邓敏, 王礼亮, 姚志强. 基于长短期记忆网络的授时欺骗检测方法[J]. 全球定位系统, 2024, 49(4): 86-91. doi: 10.12265/j.gnss.2024034
SHENG Menggang, SHENG Siyuan, DENG Min, WANG Liliang, YAO Zhiqiang. The time spoofing detection method based on Long Short-Term Memory network[J]. GNSS World of China, 2024, 49(4): 86-91. doi: 10.12265/j.gnss.2024034
Citation: SHENG Menggang, SHENG Siyuan, DENG Min, WANG Liliang, YAO Zhiqiang. The time spoofing detection method based on Long Short-Term Memory network[J]. GNSS World of China, 2024, 49(4): 86-91. doi: 10.12265/j.gnss.2024034

基于长短期记忆网络的授时欺骗检测方法

doi: 10.12265/j.gnss.2024034
基金项目: 国家重点研发计划(2020YFA0713502);湖南创新型省份建设专项经费资助(2023GK1040)
详细信息
    作者简介:

    盛孟刚:(1975—),女,副教授,主要从事导航定位技术与应用、无人系统对抗技术等相关研究. E-mail: shengmg@xtu.edu.cn

    盛思缘:(2000—),女,硕士,研究方向为导航信息安全. E-mail: 1743426700@qq.com

    邓敏:(1987—),女,副教授,研究方向为导航干扰与抗干扰技术. E-mail: iemdeng@xtu.edu.cn

    通信作者:

    盛思缘 E-mail: 1743426700@qq.com

  • 中图分类号: P228.4

The time spoofing detection method based on Long Short-Term Memory network

  • 摘要: 时空信息安全是国家关键基础设施安全的基础,时间系统被阻断或受到干扰会对国家经济带来巨大损失,甚至对国防安全造成重大威胁. 现有授时欺骗检测方法主要对接收机时钟模型变化特点建立模型,对欺骗进行检测. 由于攻击方式的不确定性和建立的接收机时钟模型计算拟合过程中自身存在的系统误差,时钟模型参数准确拟合难度较大. 环境适应能力较低. 基于此,本文提出一种基于长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)的授时欺骗检测方法. 该方法无需考虑授时欺骗的攻击方式,泛化能力强. 根据授时欺骗前后接收机钟差变化的特点,利用LSTM优异的时间序列预测能力对接收机钟差变化趋势进行准确跟踪,实现对授时欺骗干扰的有效检测. 最后使用TEXBAT(texas spoofing test battery)授时欺骗场景数据进行实验与分析,将LSTM与多层感知机(multilayer perceptron,MLP)进行实验对比. 结果表明:LSTM授时欺骗检测的性能优于MLP.

     

  • 图  1  检验量$ e(k) $统计分布直方图

    图  2  授时欺骗检测流程图

    图  3  DS2接收机钟差预测值与实际值对比

    图  4  DS2数据集$ e(k) $分布情况

    图  5  DS3接收机钟差预测值与实际值对比

    图  6  DS3数据集$ e(k) $分布情况

    图  7  DS7接收机钟差预测值与实际值对比

    图  8  DS7数据集$ e(k) $分布情况

    表  1  TEXBAT场景数据说明

    场景文件名欺骗类型平台移动性功率/dB
    1DS2授时欺骗静态10
    2DS3授时欺骗静态1.3
    3DS7授时欺骗静态1.0
    下载: 导出CSV

    表  2  检测概率对比 %

    检测算法 TEXBAT场景
    DS2 DS3 DS7
    MLP 74.8 72.6 93.6
    LSTM 93.9 92.5 95.1
    下载: 导出CSV
  • [1] VYSKOCIL P, SEBESTA J. Relative timing characteristics of GPS timing modules for time synchronization application[C]//2009 International Workshop on Satellite and Space Communications, 2009.
    [2] LI X, XU Q M. A reliable fusion positioning strategy for land vehicles in GPS-denied environments based on low-cost sensors[J]. IEEE transactions on industrial electronics, 2017, 64(4): 3205-3215. DOI: 10.1109/TIE.2016.2637306
    [3] KHALAGMEHRABADI A, GATSIS N, AKOPIAN D, et al. Real-time rejection and mitigation of time synchronization attacks on the global positioning system[J]. IEEE transactions on industrial electronics, 2018, 65(8): 6425-6435. DOI: 10.1109/TIE.2017.2787581
    [4] LU Q, FENG X Z, ZHOU C. A detection and weakening method for GNSS time-synchronization attacks[J]. IEEE sensors journal, 2021, 21(17): 19069-19077. DOI: 10.1109/JSEN.2021.3088138
    [5] 付栋, 彭竞, 马明, 等. 基于钟差检验的GNSS授时欺骗检测与识别[J]. 系统工程与电子技术, 2022, 44(3): 948-955. DOI: 10.12305/j.issn.1001-506X.2022.03.27
    [6] LEE J, TAHA A F, GATSIS N, et al. Tuning-free, low memory robust estimator to mitigate GPS spoofing attacks[J]. IEEE control system letters, 2019, 4(1): 145-150. DOI: 10.1109/LCSYS.2019.2922497
    [7] 刘洋, 李四海, 付强文, 等. 芯片级原子钟辅助的惯性/卫星组合导航系统欺骗检测方法[J]. 中国惯性技术学报, 2019, 27(5): 654-660.
    [8] OROUJI N, MOSAVI M RA multi-layer perceptron neural network to mitigate the interference of time synchronization attacks in stationary GPS receivers[J]. GPS solutions, 2021, 25(3): 1-15. DOI: 10.1007/s10291-021-01124-z
    [9] SHYTERMEJIA E, RAKIPI A, CAKAJ S, et al. Performance impact of ionospheric and tropospheric corrections ofuser position estimation using GPS raw measurements[C]//ICT Innovations, 2014(2013): ICT Innovations and Education, 2014.
    [10] YUPU W. Research on modeling and prediction of the satellite clock bias and performance evaluation of GNSS satellite clocks[J]. Acta geodaetica et cartographica sinica, 2018, 47(7): 1026.
    [11] 谢钢. GPS原理与接收机设计[M]. 北京:电子工业出版社: 2017.
    [12] HUMPHREYS T, BHTTI J , SHEPARD D P, et al. The Texas spoofing test battery: toward a standard for evaluating GPS signal authentication techniques[C]// The 25th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation (ION GNSS 2012), 2012: 3569-3583. DOI: 10.15781/T26D5PT4X
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  • 收稿日期:  2024-02-15
  • 网络出版日期:  2024-07-15

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