مقاوم سازي موقعيت يابي در برابر فريب GPS با استفاده از سامانه هاي INS INS و Loran-C

Positioning Robustness against GPS Spoofing by Utilizing INS and Loran-C Systems

امروزه قابليت اطمينان سامانه‌ها در طراحي سامانه‌هاي جديد ناوبري در هواپيماهاي بدون‌سرنشين از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. يكي از موارد افزايش قابليت اطمينان سامانه‌ها استفاده هم‌زمان از چند سيستم براي برآورده‌كردن يك هدف خاص است. يكي از تهديدات اصلي در زمان جنگ در ناوبري هواپيماهاي بدون‌سرنشين، حمله فريب GPS است. در اين مقاله براي مقاوم‌سازي موقعيت‌يابي در برابر فريب GPS با استفاده از سيستم‌هاي INS و Loran-C معماري تلفيقي پيشنهاد شده است كه از الگوريتم‌هاي مبتني بر ذره بهره مي‌برد. ايده اصلي اين معماري شامل دو بخش اصلي شناسايي فريب با استفاده از روش آزمون فرض و جبران‌سازي آن با استفاده از الگوريتم‌هاي داده‌كاوي در تلفيق سيستم‌هاي INS/Loran-C است. در اين معماري علاوه بر افزايش قابليت اطمينان سامانه در صورت خرابي يكي از سيستم‌ها، صحت خروجي داده‌هاي موقعيت در زمان حمله فريب نيز افزايش مي‌يابد. بنابراين با قابليت اطمينان بيشتري مي‌توان از هواپيماهاي بدون‌سرنشين در شرايط خطرناك با احتمال خطرپذيري زياد از فريب‌گرهاي GPS، استفاده نمود. با استفاده از معيار ريشه ميانگين مربعات خطا، عملكرد معماري پيشنهادي مورد ارزيابي قرار مي‌گيرد. نتايج شبيه‌سازي، عملكرد معماري پيشنهادي را در دو سناريوي مختلف فريب GPS و همچنين در حالت در دسترس‌نبودن داده‌هاي GPS و Loran-C به‌صورت هم‌زمان، تأييد مي‌كند.

Nowadays, reliability of systems in designing new navigation systems for Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) has significant importance. One way to increase the reliability of systems is simultaneous use of multiple systems to reach a particular purpose. The GPS spoofing attack is one of the most important threats for UAV navigation systems in war conditions. In this article, by using INS and Loran-C systems, an integrated architecture is proposed for positioning robustness against GPS spoofing attack which benefits from particle based algorithms. The major concept of the proposed architecture consists of two basic parts; the detection part which is done by hypothesis test and the compensation part which is done by applying data fusion algorithms in the integrated INS/Loran-C systems. In this architecture in addition to the system reliability improvement in the event of a failure of one of the systems, the positioning accuracy in the presence of GPS spoofing attack is increased. So the UAVs can be used with more reliability in hazardous condition with high risk of GPS spoofers. The proposed method validation is proved by Root Mean Square Error (RMSE) metric. The simulation results validate the functionality of the proposed architecture for two GPS spoofing attack scenarios, and also in the case that the GPS and Loran-C are in outage mode, simultaneously.