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低成本无人机检测:计划研讨与经验之谈

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无人机(小型无人机体系 SUAS)和反无人机体系的散布军备竞赛涓滴没有减缓的迹象。 只管军用无人机构成了最显著的要挟,但更罕见的要挟则是来自人们可以在超市里购买到的消耗级无人机。

 

低成本无人机检测:计划研讨与经验之谈

背景

消耗级无人机经常被用于看管、私运和侵入受限定的区域。近来在叙利亚的争执中,低本钱的无人机被用来发射高精度的改装过的爆炸性有效载荷,对人们造成了恐怖的心思打击。 比方,叙利亚的一所培训学校曾大批传授了这类妙技,因而必需假定修改消耗者无人驾驶飞机所需的专业知识和履历关于那些须要它的人来讲是可行的。

运用无人机的收集

跟着运用无人机的收集战成为现实,收集平安和反无人机范畴之间的差别正在削减。 2011年2月,攻击者初次公然提出要挟,以为攻击者可以在不须要进入你的大楼、停车场以至周边区域的状况下盗取敏感的无线数据,这给低预算的攻击者供应了低风险的,国度信号谍报的才。 装备了 Raspberry Pi 和调制解调器的无人机可以回旋扭转在你最敏感的修建上空,它会给攻击者供应一个特权位置举行操纵,就好像全部渗入测试团队绕过了平安体系,带着他们的笔记本电脑爬上了屋顶。 电池手艺的进步和订价的下降意味着这类要挟的可行性和可以性正在增添。

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无人机检测

探测无人机的要领很多,包含音频、光学、雷达和无源射频探测。 很多体系连系了种种手艺,以确保完整的掩盖局限并最大程度地削减误报,但价值是复杂性和不可避免的本钱。 开辟最壮大的检测体系的军备竞赛使得装备本钱急剧上升,抵达数百万美元。 当你以为到手枪的价钱局限和用于辨认它们的金属探测器的价钱更靠近时,但你要邃晓这与要挟的价值完整不相符。 如今有更先进的手艺来探测隐蔽的兵器,但金属探测器很受迎接,因为它们供应了一种低本钱的解决设计。

在预算内完成检测一架无人机的设计有更大的应战,因为你必需挑选传感器。 从本钱的角度来看,挑选音频的设计是有吸引力的,然则已有的研讨和做法表明这类设计易于涌现误报(鸟类) ,光学检测设计只能在通亮的光芒前提下事情,也可以涌现误报(远间隔遨游飞翔器)而且本钱异常高贵(热成像)。 雷达的设计很有效,但须要辐射射频而且本钱也很高贵。 这使得无源射频探测很轻易遭到滋扰,而且不能保证无人机可以自动驾驶。

在上述所列出的手艺中,只要音频和射频解决设计的本钱可以以低于市场抢先的(而且有效载荷才强的)消耗级无人机(如大疆幻影)的本钱完成,大疆幻影是一个具有低本钱的匹敌步伐的目标预算。音频易受误报的影响,其局限有限,这使得RF成为重要候选解决设计。

无源射频探测

无人机的无源射频检测是最盛行的手艺之一,因为消耗级无人机平常是长途掌握的。没有射频链接的无人机就像低金属含量的枪枝一样,这类设想用来回避金属探测器的检测,然则这类手艺的本钱异常高贵,因而你很少会在好莱坞影戏之外碰到这类反检测手艺。

如今的要挟来自无人机的无线电频次链路,这就是为何要优先斟酌检测无线电频次链路的缘由。

数据链路

一个典范的消耗级遥控无人机有两个无线电链路: 一个强迫掌握频道和一个可选的视频下行链路。 掌握通道用于从地面掌握体系(GCS)向无人机发送敕令。 这些链路平常是窄带移频键控(FSK)跳频器(目标是为了进步弹性) ,在未经许可的产业科学医学(ISM)频段中事情,如434MHz (欧盟)、 915MHz (美国)、2.4 GHz 和5.8 GHz。

2.4 GHz 频段因为具有较高的环球认可度和大批的低价无线电收发器因而,它无疑是最受消耗者迎接的无人机,也是世界上最忙碌的频段

视频下行链路用于以差别的高带宽信号将数据传回地面掌握体系(GCS)。

DJI LIGHTBRIDGE 和 OCUSYNC

DJI系列无人机运用一种动态宽带正交频分多路复用(OFDM)信号,这类信号与它的掌握链路一样,可以在最平静的信道上找到 ISM 频带。与GCS差别的是,它不会腾跃,但假如碰到来自其他体系的噪声,它会动态地从新调解(并自动从HD切换到4K)到另一个频道。在遨游飞翔历程当中,视频信号挪动并占有几个差别的频道是很正常的。依据我们现场测试的履历,视频链接将出如今它起飞时的雷同频道和情势上。这是因为地面掌握体系(GCS)四周的部份射频环境与无人机起飞时挑选信道的状况相似。

DJI 视频链路可以在从低带宽到高带宽的几种差别情势之间切换。 以 DJI Mavic Pro 为例,润滑情势供应了约为10MHz 宽带的低比特率载波,HD 情势有更高的比特率,4K 情势在20MHz 有最高的比特率和带宽。 在 20MHz 时,该信号的带宽与802.11g雷同,但操纵的频次差别,因而在丈量时依然可以与WiFi辨别开来。

蜂窝掌握的无人机

更难探测的目标是经由历程蜂窝调制解调器掌握的无人机,因为你正在寻觅加密的电话信号。 值得光荣的是,这些在公然市场上是不可用的,然则将调制解调器与MAVLink遥测模块相连系的手艺是可用的。要用无源射频检测这类要挟,你须要监控一切的当地蜂窝频谱(2G到5G),寻觅强上行信号,因为手机有差别的频次对,可以与基站举行通讯。在一个人口麋集和芜杂的区域依据信号强度被动地举行地舆定位是不现实的,因为手时机动态地调解其耗电品级以节约电量。 你能得出的唯一结论是,基于最小功率程度,手机离你的间隔“比” x 米还近。 检测带有调制解调器的机器人的一种更好的要领是在收集级别,因为你可以肯定地辨认像MAVLink 7如许的遥测手艺——固然前提是它没有加密。

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大疆的视频流自身是 AES 加密的,假如你有一个像大疆航空千里镜那样带有专有密钥的无人机探测产物,你可以解密视频链接,不仅可以吸收视频,还可以吸收无人机的 GPS 位置及其序列号。 假如你要检测的无人机不是大疆无人机,那末你就没法经由历程这个体系取得足够多的信息——正如英国警方在盖特威克无人机事宜中发明的那样,该事宜请求布置一个军方的“供应商不可知”的反无人机体系。

弱信号检测

在 ISM 波段运转的装备有严厉的功率限定(20dBm 有效辐射功率) ,这意味着它们的信号异常弱。 在一个异常喧闹的频谱中检测几千米外的微小信号并不是易事,这须要大批的数字信号处置惩罚(DSP)的专业知识。

运用软件无线电(SDR) ,可以检测无线电基带的噪声。 此噪声必需凌驾一个肯定的阈值,才斟酌进一步处置惩罚。 设置这个阈值会直接影响体系的事情局限和处置惩罚负载,因而较高的阈值只挑选最强的信号举行处置惩罚来削减事情负载,但只能检测间隔异常靠近的无人机。 一个较低的阈值将成倍增添事情量,因为你将会处置惩罚大批的 WiFi 和蓝牙同享带。

为了开辟一种低本钱的无人机探测设计,必需在低本钱的 SDR 吸收器和满足间隔以及探测才的阈值的基础上追求合理的衡量。 这可以经由历程运用其他信号参数(如频次)来完成,从而更有挑选性地处置惩罚哪些信号。

依据我们在拥堵环境中运用 SDR 探测远间隔无人机的履历来看,我们发明 2 千米是 2.4 GHz 频段无源射频消耗级无人机探测的现实最大间隔。 这个间隔是基于欧盟的 20dBm 的功率限定,因而在美国的 30dBm 的限定局限内会更远。 有像 LoRa4 如许的低功率射频体系,可以用更少的功率探测 10千米之外的局限,然则它们是窄带体系。 最小可检测信号(MDS)理论指出,吸收器的噪声跟着带宽的增添而增添,因而仅仅因为一个窄带 LoRa 信号可以传输10千米并不意味着一个20 MHz 的 DJI 视频信号就可以。 为了检测和丈量 DJI 无人机,你须要比目标信号有更多的吸收器带宽,因而 30MHz 带宽的噪声下限将是 -99 dBm ,这是相对最小值。

为了获得准确的丈量效果,你须要使信号与(随机)噪声层之间的间隔最少抵达10dB,也就是信噪比(SNR)。这将使最小可丈量信号-89dBm在抱负的“平静”前提下。斟酌到频段内其他装备(WiFi、蓝牙、Zigbee、CCTV)发生的合理的10dB信道噪声,你的检测阈值如今只要-79dBm。

为了从信号强度推算间隔,你可以运用一个流传模子,比方 Friis 传输公式,假定输出功率已知(比方20dBm) ,则意味着 -79 dBm (现实也是现实的)阈值的无人机在1500米局限内。 这与反无人机市场领导者援用的大数字相去甚远,但当你斟酌到牢狱私运者平常离近来的树林中的栅栏只要几百米的时刻,这些数据照样很有效的。

假如你曾驾驶过本身的无人机,你会邃晓1500米的间隔异常悠远,须要几分钟的遨游飞翔时候,而且在300米之外很难看到民用的无人机在空中遨游飞翔。

跟踪

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地舆位置

可以运用功率,相位和时序等多种手艺来对RF信号举行地舆定位,从而增添复杂性和本钱。 低价天线的基础手艺是运用信号强度和代表信号局限的掩盖圆,并运用轨迹和三角来标记交叉点。 这类2D手艺发生两个效果,一个是实在的,一个是镜像。 它对信号强度的毛病很敏感,因而不发起在市区运用。

CVE-2019-17498: libssh2整数溢出漏洞

研究人员发现libssh2中存在漏洞,但是该漏洞并不是位于openssh中,所以不影响ssh的使用。Libssh2是一个客户端C语言库,可以让应用连接到SSH服务器。但漏洞也并不位于libssh中,libssh值是一个提供与libssh2类似功能的不相关的C函数库。 该漏洞位于libssh2 v1.9.0及之前版本中,截至目前,该bug已经在master分支修复,但含有补丁的官方发布版本还没有正式发布。 该漏洞是一个越界读漏洞,可能会导致DoS或远程信息泄露。当libssh2被用于连接恶意SSH服务器时该漏洞就会被出发。

这类信号强度手艺的一种更高等的情势是运用3个传感器并建立球体来示意可以的位置,然后运用球面多少学来寻觅交叉点。 这类相似 GPS 的手艺发生了一个单一的更高质量的效果,在无人机探测方面意义严峻,包含高度。

为了削减基于信号强度的地舆定位的毛病,每一个“3D 修改”都返回肯定程度的毛病,因而,假如某个无线电装备因为树木的衰减而报告了不良的读数,则报告的偏差将很大,效果 可以抛弃或显现,但偏差半径很大。 我们已胜利地完成了这类手艺。

点击检察视频(需翻墙)

假如因为树木和修建物等障碍物而没法依托信号强度,则必需运用时序。 抵达时差(TDOA)是一种更先进的手艺,它运用一个基础的天线,但经由历程比较信号抵达时候的离散差别来定位源。 为此,软件历程必需运用称为互相干的手艺比较统一时候点的两个基带,该手艺会在样本之间发生模态时序差别。

两个无线电之间的差别将发生抛物线曲线。 经由历程比较多条曲线,你可以肯定发射器位置。 位置定位的精度与每一个采样的定时精度成正比,因而可以推断出更高的采样率会发生更高的精度效果。 GPS准确的TDOA在理论上和准确的状况下是可以的,但在现实运用中很难完成。

为了使TDOA可行,须要一个高采样率(> 20Msps),准确的纳秒级计时和互相干引擎。 这对预算、紧凑的射频检测体系提出了很多请求,然则跟着SDR和嵌入式处置惩罚手艺的进步,它比以往任何时刻都更轻易完成。 这类TDOA手艺已在政府开放市场上运用了好几年,重要用于频谱看管,然则关于消耗级无人机跟踪而言还不具有本钱效益。

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当你具有一个可以自动对信号举行地舆定位的体系时,你很快就会被地图上的数据和点所吞没。 为了明白这些效果,跟踪算法必需运用信号参数以及时候和空间将点连接起来。

在射频地舆定位中,毛病是很天然的,因而算法必需可以辨别好的和坏的候选跟踪,并依据无人机在给定时候内遨游飞翔肯定间隔的可以性作出决议。 因为无人机可以会消逝在一个大修建物背面,然后再出如今另一边,因而并不是老是可以顺畅地跟踪轨迹。在这类状况下,将天生两个轨迹并将其显现给剖析职员,以在映照的背景下举行诠释。

一旦你有了航迹,它可以用来回覆两个优先题目: 首先是无人机的航向,其次是操纵员的位置。 纵然无人机是从传感器探测局限之外发射的,航迹矢量也会显现其泉源,而无人机的型号(见辨认部份)也会显现出为搜刮操纵者供应感兴趣的圆锥体所可以抵达的最大间隔。

一旦你获得航迹后,就可以用来回覆两个优先级比较高的题目:首先是无人机的航向在那里,其次是操纵员在那里。 纵然无人驾驶飞机是从传感器的探测局限之外发射的,航迹矢量也会显现其泉源,而无人机的模子(请拜见辨认章节)将给出供应你可以感兴趣的视锥角可以取得的最大间隔,用于搜刮操纵员的位置。

身份辨认

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从无源无线电频次中辨认无人机是一个应战,特别是当你没有解码协定的时刻。 解码无人机的协定,比方 FSK (移频键控)掌握信道,将是从其协定构造以至ID号辨认无人机的逻辑要领,然则鉴于要挟态势和盖特威克的最新履历,希冀你的掌握信道是一个你晓得并可以解码的协定将是一个风险的假定。

别的,因为执法缘由,你不能免费解码任何你喜好的信号。 未经许可或受权而截获信号是违法的。 不须要阻拦而举行身份辨认是有必要的,所以,如今只剩元数据剖析的要领了。

一种与供应商无关的、基于元数据的要领是运用物理信号丈量和已知信号数据库来肯定要挟。 你可以将已知的无人机参数与数据库举行婚配,并准确辨别非无人机信号,如蓝牙,但这类要领不能协助你处置惩罚未知的无人机。

探测未知的无人机

为了探测新的(未辨认的)无人机,你必需辨认出相符无人机规范的未知信号运动情势。 因为无人机平常是挪动的,须要一个宽带下行链路和一个窄带上行链路,你可以运用准确的算法来跟踪情势。

我们已开辟了运用无源射频婚配信号硬件的手艺,这类手艺使得已知的装备可以从元数据中辨认出来,而不须要解码任何协定或许蹂躏隐私。

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否定

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摧毁或滋扰无人机的风险很高。 假如你在人群中如许做,人们可以会遭到严峻危险,假如无人机一开始没有装备风险的有效载荷,这将具有嗤笑意味。

在英国(《无线电报法》)和美国(《通讯法》),在没有搜寻令的状况下滋扰无线信号都是非法行为,这使得一些反无人机体系在民用市场上没法正当运用——只管此类体系在市场上的销售量很大。。

依据我们的履历,动力学效应,比方射频滋扰机,是一个零丁的体系,应该由一个零丁的检测–跟踪–辨认解决设计触发,就像防空电池怎样联网在一起一样。

关于一个足球场来讲,这类影响可以很简单,只需向警员发送经由评价的发射场地的信息,就可以敏捷辨认无人机操纵职员,无人机的要挟也就消除了。

COPTHORNE

 

在过去的几年中,Context 公司与一家抢先的无线电制造商协作,投入了大批精神举行具有本钱效益的无人机检测研讨。 研讨的效果是一个基于他们的小型 SDR 的轻量级、无源、基于云的射频观察体系。

自动分类体系可以疾速辨认和定位已知和未知的射频体系,特别是无人机下行链路及其长途掌握器。 用户将依据可定制的划定规矩及时获知他们的存在。

在传感器上,扫描器寻觅靠近用户定义规范的信号,并以千赫兹和纳秒级的精度报告匿名丈量效果。 经由历程平安的蜂窝 VPN 向服务器报告带宽有效的信号元数据。 借助环球定位体系(GPS),该体系可扩大,位置天真且易于布置。

该体系可以运用专有的设置算法对信号种别和已知硬件举行指纹辨认。关于无人机,它可以辨别统一制造商的差别型号的掌握器,并辨认频次捷变的加密视频下行链路。后事宜取证剖析可以使得恢复装备中的RF元数据作为相符行业规范的 PCAP 文件举行同享和婚配。

多吸收信号强度指导地舆定位(RSSI)是应用服务器上两个或多个无线电的功率丈量来完成的,其精度由目标间隔和基准多少决议。 抵达时差(TDOA)是由软件无线电(SDR)支撑的,现在正在主动开辟中。

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探测局限和地舆定位局限取决于目标功率和传感器布置,无人机最多可探测2千米。 在室内运用也可以检测歹意无线装备,比方手机。

可以定义和增加自在情势的地舆围栏,作为警报划定规矩的前提,以便流传对人友爱的警报,如“西部停车场的无人机”。

今年夏天,COPTHORNE 在太阳能上胜利举行了两个月的现场测试,并设计很快举行基于规范的测试。

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本文翻译自:https://www.contextis.com/en/blog/cost-effective-drone-detection#When:08:00:00Z


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