廣播式自動相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)（ADS-B）具有精度高、覆蓋范圍大、支持數(shù)據(jù)共享和空中監(jiān)視等優(yōu)點,是下一代航空運輸系統(tǒng)（NextGen）的關(guān)鍵組成部分。機載飛機上的ADS-B系統(tǒng)可以定期播放基于衛(wèi)星的飛機位置和飛行識別信息,但由于ADS-B消息協(xié)議缺乏對消息發(fā)送方或地面系統(tǒng)進行身份驗證,默認情況下不加密地廣播數(shù)據(jù),導(dǎo)致系統(tǒng)容易受到各種網(wǎng)絡(luò)攻擊,接收到虛假信息以及偽造或重復(fù)的數(shù)據(jù)。目前研究的主要應(yīng)對策略是使用額外的參與節(jié)點或傳感器通過分析物理信號驗證飛機位置或通過修改當(dāng)前協(xié)議結(jié)構(gòu)以防止攻擊,實施均有一定的難度。本文利用其報文更新快,時間關(guān)聯(lián)性強的特點,從ADS-B數(shù)據(jù)角度出發(fā)提出了基于多維距離的ADS-B異常軌跡聚類檢測方法。該方法根據(jù)1090MHz S模式報文的數(shù)據(jù)格式,選取飛行數(shù)據(jù)相關(guān)特征將ADS-B數(shù)據(jù)軌跡化;對Hausdorff距離公式進行改進,計算ADS-B軌跡數(shù)據(jù)的多維特征相似度,得到軌跡間的相似性矩陣;將多維Hausdorff距離應(yīng)用到層次聚類算法中以替代原有的歐式距離公式,利用聚類方法識別軌跡中ADS-B數(shù)據(jù)的異常。實驗證明,增加了軌跡點的運動、方向特征提高了ADS-B軌跡數(shù)據(jù)的... 

【文章來源】：中國民航大學(xué)天津市

【文章頁數(shù)】：57 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

安全保護技術(shù)分類安全廣播身份驗證技術(shù)是通過認證機制來防止攻擊的，認證機制分為物理層上的加

中國民航大學(xué)碩士學(xué)位論文10換主要發(fā)生在發(fā)射器，接收器和地面站這三個主要組成部分之間，并涉及到標(biāo)準(zhǔn)報文格式和傳輸協(xié)議。機載設(shè)備依靠GNSS可獲取到飛機的實時狀態(tài)，并向空中與地面站廣播，使得地面站與其他飛機用戶可以接收到并通過CDIT顯示出來。圖2.1為ADS-B數(shù)據(jù)流向關(guān)系圖，機載全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收器向ADS-B發(fā)射器提供飛機位置、速度、位置精度指示器(精度質(zhì)量因數(shù)，HFOM)和位置完整性指示器(水平保護標(biāo)準(zhǔn)，HPL)。飛行管理計算機(FMS)或應(yīng)答器控制面板接收來自GNSS的飛機位置信息以及來自飛行員鍵入的飛行識別代碼，并一同轉(zhuǎn)發(fā)給ADS-B發(fā)射器。大氣數(shù)據(jù)計算機向ADS-B發(fā)射器提供飛行高度信息。ADS-B發(fā)射器通過1090兆赫的數(shù)字信息鏈以每半秒一次的頻率發(fā)射數(shù)據(jù)，其中包括24位ICAO編碼、飛機位置，以及數(shù)據(jù)完好性指標(biāo)(NUC、NIC、NUC、SIL)值等，專門的ADS-B地面站接收到發(fā)射的數(shù)據(jù)并將所有數(shù)據(jù)編碼為Asterixcat021版本轉(zhuǎn)發(fā)給空中交通管制系統(tǒng)的ADS-BIN組件[27-28]。圖2.1ADS-B數(shù)據(jù)流向圖2.2.2ADS-B數(shù)據(jù)鏈技術(shù)ADS-B信息傳播依靠數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，是ADS-B技術(shù)的關(guān)鍵。目前ADS-B主要采用兩種數(shù)據(jù)鏈路：通用訪問收發(fā)機(UAT)數(shù)據(jù)鏈和ModeS(S模式)數(shù)據(jù)鏈，UAT中ADS-B消息的有效載荷為272位，工作頻率為978兆赫，支持FIS-B和TIS-B服務(wù)。由于UAT需要安裝新的硬件，它目前只用于通用航空，而1090ES與傳統(tǒng)的S模式應(yīng)答機兼容，ADS-B的有效大小僅為56位，主要用于商用飛機。S模式是飛機的應(yīng)答機的一種工作模式。應(yīng)答機有若干種模式，如模式1,2,3/A,4,5,B,C,D和S模式，這些模式使用的都是

中國民航大學(xué)碩士學(xué)位論文11脈沖調(diào)制信號[29]。S模式的特點是給每架飛機設(shè)置了一個24bit的地址碼，可以實現(xiàn)點名式的詢問和應(yīng)答。S模式的應(yīng)答機配合二次監(jiān)視雷達工作時，地面雷達對飛機發(fā)射詢問信號，頻率為1030MHz；飛機對地面發(fā)射應(yīng)答信號，頻率為1090MHz[30]。1090ES(1090MHzExtendedSquitter)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)亲钤玳_發(fā)的一種數(shù)據(jù)鏈，是基于S模式應(yīng)答機上的一種集中報文格式，使用頻率是1090MHz，ADS-B數(shù)據(jù)通過此鏈路以每0.5s的頻率更新位置信息，飛機識別信息及ICAO編碼每1s更新一次。相對于原有的S模式應(yīng)答機，其可以提供傳輸速率為1Mb/s的寬帶。原本S模式為56位只發(fā)送飛機的高度和編號信息，后來為了讓飛機廣播更多的信息，將ADS-B消息長度擴展到了112位，使得飛機可以廣播24位比特碼、位置、高度、速度等信息。因此，ADS-BModeS1090ES的意思是：使用ADS-B協(xié)議、物理層是S模式、ExtendedSquitter、工作在1090MHz頻率。2.2.3ADS-B數(shù)據(jù)格式ADS-B信號將0、1脈沖直接調(diào)制在載波上。在1μs的時間內(nèi)，脈沖在后半部分表示0，在前半部分表示1，也可以用01表示0,10表示1。一條完整的ADS-B消息長度是120μs，共有112bit數(shù)據(jù)位信息，由兩部分組成：前導(dǎo)脈沖部分和數(shù)據(jù)脈沖部分，如圖2.2所示。圖2.2ADS-B消息結(jié)構(gòu)前導(dǎo)脈沖位于開頭的8μs，其作用是為后面數(shù)據(jù)塊的解碼提供信息到達時間和脈沖參考電平等參數(shù)，解碼器根據(jù)這些參數(shù)進行數(shù)據(jù)塊的解碼并且判斷出數(shù)據(jù)位的“0”和“1”取值，數(shù)據(jù)脈沖位于前導(dǎo)脈沖之后，數(shù)據(jù)塊為112bit報文[31]。報文的各字段及其含義見表2.1。


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