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    一種可擴展的無人機機載狀態異常檢測系統技術方案
    
                            
    技術編號：42737300 閱讀：20 留言：0更新日期：2024-09-18 13:32
    
                        
    
                        
    
                            
                            本發明專利技術提供了一種可擴展的無人機機載狀態異常檢測系統，包括機載軟件模塊、異常檢測規則庫、機載硬件模塊和消息總線；機載軟件模塊包括異常檢測模塊、飛行控制模塊、任務控制模塊、載荷控制模塊和異常處置模塊；機載硬件模塊包括姿態傳感器、位置傳感器、探測傳感器和測控鏈；消息總線負責機載軟件模塊和機載硬件模塊間的消息傳輸。本發明專利技術可用于在無人機機載端實現對軟件狀態、控制消息、飛行狀態、任務、姿態、位置和傳感器異常檢測，對異常事件進行應對和處置，能夠通過增加、修改、使能規則方式對異常檢測內容進行配置，根據作戰任務動態擴展異常檢測類型。本發明專利技術相對于現有技術提升了無人機應對未知威脅的檢測和響應能力。
    
                            
                            
    


    
                            

                            
    【技術實現步驟摘要】
    
                                
    本專利技術涉及無人機領域，尤其涉及一種可擴展的無人機機載狀態異常檢測系統。

    技術介紹
    1、無人機平臺運行環境復雜，通常由操作人員通過無線測控鏈路開展遠距離操控或根據規劃的航路自動飛行，在飛行過程中易受到環境因素干擾或敵對勢力威脅，主要威脅方式包括測控信道攻擊、導航定位攻擊、傳感器攻擊、軟件漏洞攻擊等。
    2、傳統的無人機平臺在應對未知異常事件時，缺乏異常狀態檢測能力和應對處置能力，在遭受攻擊時容易出現異常行為，被敵誘騙或損毀，造成機體損失、數據泄露等問題。

    技術實現思路
    1、專利技術目的：本專利技術所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種可擴展的無人機機載狀態異常檢測系統，包括機載軟件模塊、異常檢測規則庫、機載硬件模塊和消息總線；
    2、所述機載軟件模塊包括異常檢測模塊、飛行控制模塊、任務控制模塊、載荷控制模塊和異常處置模塊；
    3、所述機載硬件模塊包括姿態傳感器、位置傳感器、探測傳感器和測控鏈；
    4、所述消息總線負責機載軟件模塊和機載硬件模塊間的消息傳輸。
    5、所述消息總線能夠支撐各類原始消息數據、異常告警數據和異常處置指令的傳輸交互。
    6、所述原始消息數據包括：姿態傳感器監測的無人機飛行姿態參數、位置傳感器獲取的衛星定位數據、探測傳感器偵測到的圖像和視頻數據、測控鏈接收到的控制消息、飛行控制模塊發送的飛行狀態、任務控制模塊發送的任務狀態、載荷控制模塊發送的載荷狀態，以及機載軟件模塊的自身狀態信息；
    7、所述異常告警數據包括控制消息異常告警、飛行狀態異常告警、任務異常告警、姿態異常告警、位置異常告警和傳感器異常告警。
    8、所述異常檢測規則庫包括各類異常檢測規則；所述異常檢測模塊從消息總線獲取姿態傳感器、位置傳感器、探測傳感器、測控鏈發送的歐拉角、經緯高、視頻圖像、控制消息數據，并調用各類異常檢測規則開展控制消息、飛行狀態、任務、姿態、位置和傳感器異常檢測，并輸出異常告警信息到消息總線。
    9、所述各類異常檢測規則包括軟件狀態異常檢測規則、控制消息異常檢測規則、飛行狀態異常檢測規則、任務異常檢測規則、位置異常檢測規則、姿態異常檢測規則和傳感器異常檢測規則；
    10、所述軟件狀態異常檢測規則包括：對飛行控制模塊、任務控制模塊、載荷控制模塊的運行狀態進行監測，檢測異常狀態；
    11、所述控制消息異常檢測規則包括：對測控鏈獲取的控制消息進行異常檢測；
    12、所述飛行狀態異常檢測規則包括：對飛行控制模塊發送的飛行狀態數據進行異常檢測；
    13、所述任務異常檢測規則包括：對任務控制模塊發送的任務狀態進行異常檢測；
    14、所述位置異常檢測規則包括：對位置傳感器獲取的經緯高數據進行異常檢測；
    15、所述姿態異常檢測規則包括：對姿態傳感器獲取的歐拉角進行異常檢測；
    16、所述傳感器異常檢測包括：對探測傳感器獲取的視頻圖像以及載荷控制模塊發送的載荷狀態進行異常檢測。
    17、所述異常檢測模塊能夠根據不同任務狀態下無人機的異常檢測需求，動態增減、使能異常檢測規則。
    18、所述異常處置模塊能夠根據異常檢測模塊輸出的異常告警信息，進行異常分析和處置；
    19、所述異常處置模塊包括異常處置規則庫和異常處置模塊；
    20、所述異常處置規則庫支持配置異常告警和處置動作規則；
    21、所述異常處置模塊對從消息總線接收到的各類異常告警，生成異常處置指令，發送異常處置指令給飛行控制模塊、任務控制模塊和載荷控制模塊執行相應動作，或由異常處置模塊直接執行相應動作。
    22、所述異常檢測模塊包括規則判定模塊，所述規則判定模塊包括黑白名單判定模塊、閾值判定模塊、頻率判定模塊、重復判定模塊和上下文判定模塊；
    23、所述各類異常檢測規則根據檢測需求調用規則判定模塊，各類消息根據判定規則調用相應模塊進行判定，并根據規則限定，生成告警消息，具體包括：所述異常檢測模塊從消息總線接收到消息，根據預定義異常檢測規則，按需調用一個或兩個以上判定模塊，所述判定模塊包括黑名單判定模塊、閾值判定模塊、頻率判定模塊、重復判定模塊和上下文判定模塊；
    24、所述黑名單判定模塊通過黑名單匹配生成黑名單告警；
    25、所述閾值判定模塊通過判定特定字段值是否超過閾值來生成告警；
    26、所述頻率判定模塊通過統計消息出現頻率是否超過閾值來生成告警；
    27、所述重復判定模塊通過利用緩沖池存儲近期消息，檢測緩沖池中是否存在重復消息來生成告警；
    28、所述上下文判定模塊通過利用緩沖池存儲近期消息，統計計算消息特定字段項的方差，判定方差是否超過閾值來生成告警。
    29、所述黑名單規則、字段閾值規則、頻率閾值規則、重復閾值規則和方差閾值規則從異常檢測規則庫中獲取，黑名單規則設置黑名單列表，閾值判定規則設置字段閾值，頻率判定規則設置特定消息的頻率閾值，重復判定規則設置緩沖池大小和特定消息類型，上下文判定規則設置緩沖池大小和特定字段項方差閾值。
    30、設異常處置規則r＝{ri,i＝1,...,i}，ri表示第i條規則，其中i為規則的數量，異常處置指令s＝{sj,j＝1,...,j}，sj表示第j條指令，其中j為指令的數量；r→s表示滿足關系r則生成指令s；接收到告警消息存儲到緩沖區t＝{tk,k＝1,...,k}中，tk表示第k條消息，k為緩沖區大小；c(t,α)表示告警緩沖區中消息類型α的數量，δ(tk,α)為消息類型指示，δ(tk,α)＝1表示tk屬于消息類型α，δ(tk,α)＝0表示tk不屬于消息類型α。
    31、所述異常處置規則包括直接規則、計數規則和關聯規則；
    32、所述直接規則表示根據消息類型直接執行相關指令，規則表示為r＝if(δ(t,α)>0)→s；其中r表示規則，t表示告警消息，s表示指令；
    33、所述計數規則表示根據緩沖區中特定消息類型滿足特定閾值要求，規則表示為r＝if(c(t,α)>β)&(c(t,α)<γ)→s，β和γ為特定閾值；
    34、所述關聯規則表示緩沖區中兩個以上類型消息滿足特定要求，規則使用決策樹形式表示，n＝{n0,...,ni,...,ni+m}表示決策樹節點，n0代表根節點，{ni,...,ni+m}代表葉子節點，sn＝{s1,...,sm}∈s表示決策樹各葉子節點對應的異常處置指令，sm表示第m個葉子結點對應的異常處置指令；
    35、決策樹的每條邊代表對應的規則，邊edge(n0,n1)對應的規則表示為r01＝if(c(t,α01)>β01)，r01表示節點0和節點1之間的邊，c(t,α01)表示告警緩沖區中消息類型α01的數量，α01表示edge(n0,n1)對應的告警消息類型，β01表示告警消息類型數量閾值；
    36、異常處置指令包括指令忽本文檔來自技高網...
                            
    
                            
    【技術保護點】
    
                                
    1.一種可擴展的無人機機載狀態異常檢測系統，其特征在于，包括機載軟件模塊、異常檢測規則庫、機載硬件模塊和消息總線；
    2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述消息總線能夠支撐各類原始消息數據、異常告警數據和異常處置指令的傳輸交互。
    3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述原始消息數據包括：姿態傳感器監測的無人機飛行姿態參數、位置傳感器獲取的衛星定位數據、探測傳感器偵測到的圖像和視頻數據、測控鏈接收到的控制消息、飛行控制模塊發送的飛行狀態、任務控制模塊發送的任務狀態、載荷控制模塊發送的載荷狀態，以及機載軟件模塊的自身狀態信息；
    4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述異常檢測規則庫包括各類異常檢測規則；所述異常檢測模塊從消息總線獲取姿態傳感器、位置傳感器、探測傳感器、測控鏈發送的歐拉角、經緯高、視頻圖像、控制消息數據，并調用各類異常檢測規則開展控制消息、飛行狀態、任務、姿態、位置和傳感器異常檢測，并輸出異常告警信息到消息總線。
    5.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述各類異常檢測規則包括軟件狀態異常檢測規則、控制消息異常檢測規則、飛行狀態異常檢測規則、任務異常檢測規則、位置異常檢測規則、姿態異常檢測規則和傳感器異常檢測規則；
    6.根據權利要求5所述的系統，其特征在于，所述異常檢測模塊能夠根據不同任務狀態下無人機的異常檢測需求，動態增減、使能異常檢測規則。
    7.根據權利要求6所述的系統，其特征在于，所述異常處置模塊能夠根據異常檢測模塊輸出的異常告警信息，進行異常分析和處置；
    8.根據權利要求7所述的系統，其特征在于，所述異常檢測模塊包括規則判定模塊，所述規則判定模塊包括黑白名單判定模塊、閾值判定模塊、頻率判定模塊、重復判定模塊和上下文判定模塊；
    9.根據權利要求8所述的系統，其特征在于，設異常處置規則R＝{ri,i＝1,...,I}，ri表示第i條規則，其中I為規則的數量，異常處置指令S＝{sj,j＝1,...,J}，sj表示第j條指令，其中J為指令的數量；r→s表示滿足關系r則生成指令s；接收到告警消息存儲到緩沖區T＝{tk,k＝1,...,K}中，tk表示第k條消息，K為緩沖區大小；C(T,α)表示告警緩沖區中消息類型α的數量，δ(tk,α)為消息類型指示，δ(tk,α)＝1表示tk屬于消息類型α，δ(tk,α)＝0表示tk不屬于消息類型α。
    10.根據權利要求9所述的系統，其特征在于，所述異常處置規則包括直接規則、計數規則和關聯規則；
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    【技術特征摘要】
    
                                
    1.一種可擴展的無人機機載狀態異常檢測系統，其特征在于，包括機載軟件模塊、異常檢測規則庫、機載硬件模塊和消息總線；
    2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述消息總線能夠支撐各類原始消息數據、異常告警數據和異常處置指令的傳輸交互。
    3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述原始消息數據包括：姿態傳感器監測的無人機飛行姿態參數、位置傳感器獲取的衛星定位數據、探測傳感器偵測到的圖像和視頻數據、測控鏈接收到的控制消息、飛行控制模塊發送的飛行狀態、任務控制模塊發送的任務狀態、載荷控制模塊發送的載荷狀態，以及機載軟件模塊的自身狀態信息；
    4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述異常檢測規則庫包括各類異常檢測規則；所述異常檢測模塊從消息總線獲取姿態傳感器、位置傳感器、探測傳感器、測控鏈發送的歐拉角、經緯高、視頻圖像、控制消息數據，并調用各類異常檢測規則開展控制消息、飛行狀態、任務、姿態、位置和傳感器異常檢測，并輸出異常告警信息到消息總線。
    5.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述各類異常檢測規則包括軟件狀態異常檢測規則、控制消息異常檢測規則、飛行狀態異常檢測規則、任務異常檢測規則、位置異常檢測規則、姿態異常檢測規則和傳感器異常檢測...
                            
    
                            
    【專利技術屬性】
    
                                技術研發人員：郭喬進，劉蔚棣，胡杰，高承志，張欣怡，高沙沙，吳其華，楊沖昊，溫馨，宮世杰，
    
        申請(專利權)人：中電萊斯信息系統有限公司，
    
        類型：發明
    
        國別省市：
    
                            
    
                            
                        
    
                    
    
                    
                    
                     
                
    
                
                
    
                    
    
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