18272

۱۸۲۷۲

هوشمندسازي گيرنده شهري GPS در برابر اختلال فريب

دكتري

الكترونيك

دي ماه ۱۳۹۶

دكتر سيدمحمدرضا موسوي ميركلايي - دكتر علي صدر

برق

در دهه اخير حمله فريب به‌عنوان خطرناك‌ترين دخالت عمدي در GPS شناخته شده است. هدف فريب‌دهنده وادار كردن گيرنده GPS به توليد راه‌حل ناوبري غلط است. در واقع، فريب از مهم‌ترين تهديدات پيش‌روي سيگنال‌هاي GPS است كه روش‌هاي معمول افزايش دقت قادر به مقابله با آن نيستند. اين رساله به منظور شناسايي حمله فريب و مقابله با آن تدوين شده است. مقابله با فريب از دو مرحله شناسايي و جبران تشكيل مي‌شود. براي مقابله مطمئن با اختلال فريب روش‌هاي مختلفي در بخش‌هاي مختلف گيرنده پيشنهاد و پياده‌سازي مي‌گردد. به‌طوري كه حمله فريب در هر نقطه از گيرنده رخ دهد، روش جامع پيشنهادي قادر به شناسايي و كاهش آن است. به منظور راست‌آزمايي روش‌هاي پيشنهادي چهار روند مختلف توليد فريب طراحي و پياده‌سازي گرديد. در بخش اكتساب الگوريتم شناسايي و كاهش بي‌درنگ بر پايه تبديل موجك پيشنهاد مي‌شود كه در آن، اختلالات ناشي از فريب به‌صورت ضرايب بزرگ موجك خود را نشان مي‌دهند. بعد از حذف سيگنال ماهواره مربوطه به دنبال شناسايي و بازيابي ماهواره‌هاي حذف شده در اثر حمله فريب خواهيم بود. براي اين منظور نيز از تبديل موجك گسسته بر پايه درخت دوگانه استفاده مي‌شود. اين روش به طور متوسط 85% از خطاي فريب را در داده‌هاي مختلف ايستا و متحرك كاهش مي‌دهد. شناسايي فريب در حلقه رديابي با معرفي يك معيار جامع بر اساس نمونه‌هاي فريب از تابع همبستگي مختلط انجام مي‌شود. معيار پيشنهادي هم جز حقيقي و جز موهومي خروجي همبستگي را در چندين شاخه بررسي مي‌كند. معيار پيشنهادي با خطاي 2/0% و ضريب دقت 8/3 برتري قابل ملاحظه‌اي نسبت به ديگر معيارها از خود نشان مي‌دهد. تصميم‌گيري در مورد معتبر يا جعلي بودن يك سيگنال با معيار پيشنهادي توسط آزمون‌هاي فرضيه آماري در الگوريتم شناسايي پيشنهادي انجام مي‌شود. براي جبران خطاي ناشي از فريب در حلقه رديابي يك فيلتر كالمن گسترش يافته تطبيقي پيشنهاد مي‌گردد كه به عنوان تخمين‌گر به PLL حلقه رديابي اعمال مي‌‌شود. در الگوريتم كاهش فريب يك راه جديد براي تخمين همزمان ماتريس پراكنش‌ از بردار اندازه‌گيري و بردار نويز فرآيند مطابق با كيفيت سيگنال GPS ارائه مي‌گردد. پياده‌سازي الگوريتم پيشنهادي موفق به كاهش 87% اي خطاي ناشي از فريب در همه انواع داده‌ها مي‌شود.

1396/10/12

1/2/2018 12:00:00 AM

In the last decade, spoofing attacks have been identified as the most dangerous deliberate interference on the GPS. The spoofer purpose is to force the GPS receiver to generate a false navigation solution. In fact, spoofing is one of the most important threats to GPS signals, which routine methods can not cope with. This thesis has been developed to identify the spoofing attack and deal with it. Spoofing countermeasures consists of two stages of identification and compensation. To deal spoofing with deception, various methods are proposed and implemented in different sectors of the receiver. So that a spoofing attack occurs anywhere in the receiver, the proposed comprehensive method is able to identify and reduce it. In order to test the proposed methods, four different spoofing scenarios were designed and implemented. In the acquisition section, the real-time identification and reduction algorithm based on the wavelet transform is proposed, in which decomposition disturbances are represented as large coefficients of wavelet. After deciphering the satellite signal, we will deceive the identification and retrieval of the destroyed satellites. A discrete wavelet transform based on a dual tree is also used for this purpose. In the tracking section, the spoofing effect is presented as decay region of the complex correlation function. Thus, identification of spoofing in the track loop is performed by introducing a exhaustive metric based on spoofing samples from the complex correlation function. The proposed metric examines the output of imaginary and real parts of correlation output of several bbranchs. Deciding whether or not a signal with a proposed metric is valid or fake is performed by statistical hypotheses tests in the proposed identification algorithm. In order to compensate for the error caused by deception in the tracing loop, an expanded comparative Kalman filter has been proposed, which is applied as a predictor to the PLL track loop. In the spoof mitigation algorithm, a new way of simultaneously estimating the variance matrix of the measurement vector and process noise vector is presented in accordance with the quality of the GPS signal. By implementing the proposed algorithm, the error from deception in all types of data dropped by an average of 90%.