ADS-B 安全問題研究綜述*

暴佳偉，田小平，劉宇娜，鄒長寬，張雨晴

（北京石油化工學(xué)院 信息工程學(xué)院，北京 102627）

0 引言

縱觀全球，自動(dòng)依賴監(jiān)視廣播［1］（automatic dependent surveillance-broadcast，ADS-B）在飛行數(shù)據(jù)技術(shù)處理方面已成為目前發(fā)展的主要方向和趨勢。ADS-B 技術(shù)在融合導(dǎo)航衛(wèi)星、通訊技術(shù)、先進(jìn)的機(jī)載和地面設(shè)備的基礎(chǔ)上，正創(chuàng)建更為高效、便捷的空中交通監(jiān)視系統(tǒng)。ADS-B［2］信號在傳輸過程中多以報(bào)文方式直接傳輸，缺乏加密和身份驗(yàn)證，使得ADS-B 信號很容易受到各種類型的攻擊，對航空運(yùn)輸?shù)陌踩珓荼卦斐赏{［3］。隨著現(xiàn)代信號處理技術(shù)的高速發(fā)展，研究人員提出了各種有效的方法如加密、降噪和抗干擾等技術(shù)，來降低這些風(fēng)險(xiǎn)并增強(qiáng)ADS-B 安全性。本文針對上述情況，分別綜述了ADS-B 傳輸過程、ADS-B 硬件和軟件、ADS-B 數(shù)據(jù) 3個(gè)方向的進(jìn)展，在介紹各種技術(shù)原理的基礎(chǔ)上提出了引入深度學(xué)習(xí)解決該問題的研究建議。

1 ADS-B 國內(nèi)外研究進(jìn)展

1.1 國外研究進(jìn)展

歐洲是全球最早使用ADS-B 技術(shù)［4］的區(qū)域。瑞典在1991 年就舉辦了機(jī)載“飛行情報(bào)艙顯示器”和ADS-B 技術(shù)的聯(lián)合演示。截至2016 年歐洲已實(shí)現(xiàn)ADS-B 設(shè)備全覆蓋。2020 年歐洲空域已要求所有飛機(jī)都強(qiáng)制裝配ADS-B OUT 設(shè)備［5］。澳大利亞作為ADS-B 技術(shù)應(yīng)用和推廣的典范，在2013 年12 月也完成了其上層空域的ADS-B 全覆蓋［6］。并從2017 年開始，澳大利亞要求所有具備儀表飛行的飛機(jī)都必須安裝ADS-B 設(shè)備。美國在2002 年7 月就宣布已建立ADS-B 數(shù)據(jù)鏈路并啟動(dòng)ADS-B 系統(tǒng)服務(wù)［7］。實(shí)際上從2020 年起，美國空域內(nèi)的所有飛機(jī)都配備了1090ES 數(shù)據(jù)鏈設(shè)備，滿足DO-260B 標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)載設(shè)備，同時(shí)具備ADS-B OUT 監(jiān)視功能。到目前為止，美國已經(jīng)建成了星基1090ES 數(shù)據(jù)鏈接收機(jī)的監(jiān)視系統(tǒng)——銥星二代，實(shí)現(xiàn)了航路監(jiān)視領(lǐng)域的全覆蓋。亞洲ADS-B 技術(shù)開發(fā)是由國際民航組織“亞太地區(qū)航行規(guī)劃和執(zhí)行小組”負(fù)責(zé)的。日本、菲律賓、泰國、新加坡和韓國等眾多的亞太國家都在大規(guī)模響應(yīng)并積極開發(fā)部署ADS-B 系統(tǒng)。

1.2 國內(nèi)研究進(jìn)展

中國發(fā)展ADS-B［8］技術(shù)起步并不晚。早在1998年中國就開始建設(shè)L888，這是中國第一條ADS-B 新航線。2000 年該航線完成試運(yùn)行評估并投入正式運(yùn)營。中國民航飛行學(xué)院2005 年就在2 架西門諾爾飛機(jī)上嘗試使用ADS-B 技術(shù)。截至2020 年底，中國民航學(xué)院已為105 架飛機(jī)加裝了ADS-B 設(shè)備并建設(shè)了5 個(gè)地面基站，在廣漢飛行學(xué)院實(shí)現(xiàn)了對ADSB 信號的全域監(jiān)控。2008 年3 月，安裝調(diào)試完畢的成都至九寨ADS-B 監(jiān)視系統(tǒng)能輸出和接收1090ES數(shù)據(jù)鏈下的ADS-B 信號，并成功顯示了成都至九寨的航跡和相關(guān)的飛行信息。民航總局公布的《通用航空‘十三五’發(fā)展規(guī)劃》提出要組織和實(shí)施兼容“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的ADS-B 機(jī)載設(shè)備，并且針對設(shè)備審定其適航標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。《中國民用航空ADS-B實(shí)施規(guī)劃》總結(jié)也表明，到目前為止已完成全空域ADS-B OUT 監(jiān)視的運(yùn)行目標(biāo)；下一個(gè)目標(biāo)是到2025年完善ADS-B OUT 的運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)ADS-B IN 運(yùn)行規(guī)劃。該規(guī)劃將從總體上提高民用航空安全水平與檢測、服務(wù)能力，為我國發(fā)展成為民航強(qiáng)國提供有力保障。

綜上所述，隨著航空現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，ADS-B將成為下一代航空運(yùn)輸系統(tǒng)的核心［9］。我國的ADS-B 技術(shù)推廣得很快，相關(guān)研究也需要不斷跟進(jìn)。但面對攻擊信號干擾時(shí)，大部分接收機(jī)處理效果依然不佳，ADS-B 安全問題仍然面臨挑戰(zhàn)。

2 ADS-B 安全問題

2.1 ADS-B 協(xié)議和協(xié)議棧

ADS-B 協(xié)議主要由2 種數(shù)據(jù)鏈路構(gòu)成，分別是通用訪問收發(fā)機(jī)數(shù)據(jù)鏈（UAT）和1090ES 數(shù)據(jù)鏈，如圖 1 所示［10］。其中，UAT 消息數(shù)據(jù)共 272 位長度，載頻為978 MHz；1090ES 數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)窍鄬τ赟 模式應(yīng)答機(jī)（Mode S）消息格式的升級，負(fù)責(zé)將最初的56 位ADS-B 消息數(shù)據(jù)擴(kuò)展成 112 位 1090ES 數(shù)據(jù)鏈，載頻為1 090 MHz，這樣1090ES 數(shù)據(jù)鏈就增強(qiáng)了ADS-B監(jiān)視數(shù)據(jù)的消息字段。由于UAT 數(shù)據(jù)鏈和當(dāng)前空中交通管理系統(tǒng)（ATM）協(xié)議不兼容，因此本文的ADS-B 安全方案僅討論1090ES 數(shù)據(jù)鏈下的ADS-B數(shù)據(jù)。

圖1 ADS-B 協(xié)議組成Fig.1 ADS-B protocol composition

ADS-B 協(xié)議棧主要包括空對空的協(xié)議棧和空對地的協(xié)議棧。圖 2 為 ADS-B 空對空協(xié)議棧［10］，其機(jī)載協(xié)議層主要包括機(jī)載應(yīng)用層，ADS-B In/Out 層和機(jī)載無線電層共3 層。圖3 為空對地協(xié)議棧［10］，地面協(xié)議層也包含3 層，分別是聯(lián)邦航空管理局（FAA）應(yīng)用層，ADS-B 服務(wù)器層和地面無線電層。其中機(jī)載和地面無線電層均具有3 個(gè)子層，分別為ADS-B 報(bào)文組裝，幀組裝以及RF 調(diào)制。

圖2 ADS-B 空對空協(xié)議棧Fig.2 ADS-B air-to-air protocol stack

圖3 ADS-B 空對地協(xié)議棧Fig.3 ADS-B air-to-ground protocol stack

2.2 ADS-B 安全問題

ADS-B 的安全問題從根本上源于ADS-B 協(xié)議特點(diǎn)和ADS-B 消息是一種未加密的廣播易被攻擊者實(shí)施網(wǎng)絡(luò)攻擊。這些攻擊包括竊聽、干擾、消息刪除、消息注入和消息修改。竊聽是指攻擊者利用特定的軟件硬件獲取飛機(jī)ADS-B 信號的行為。干擾是攻擊者故意發(fā)送高功率干擾信號的行為，目的是阻止真實(shí)參與者發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的正常通信會(huì)話。消息刪除是攻擊者從ADS-B 消息中刪除合法消息的過程，使接收方誤認(rèn)為是損壞的消息并丟棄該消息。消息修改是指攻擊者在ADS-B 信號傳播過程中對其消息實(shí)施某種合法修改的過程，讓接收者很難分辨出真實(shí)的ADS-B 消息。消息注入是攻擊者創(chuàng)建并廣播偽造的ADS-B 消息過程，這些消息具有與真實(shí)ADS-B 消息幾乎一樣的屬性，導(dǎo)致大量虛假軌跡的出現(xiàn)，勢必?cái)_亂航空秩序，為航空安全留下隱患。

按照攻擊最終針對的協(xié)議棧中對應(yīng)的協(xié)議層，這些攻擊共分為3 類，如圖4 所示。消息修改破環(huán)了ADS-B 消息的逐位構(gòu)造，主要發(fā)生在報(bào)文組裝層。消息刪除和消息注入會(huì)影響傳輸過程中的ADS-B 消息，攻擊主要集中在幀組裝層。竊聽和干擾攻擊則是發(fā)生在物理層，主要影響RF 調(diào)制層。

圖4 ADS-B 協(xié)議層的攻擊分類Fig.4 Attack classification of ADS-B protocol layer

3 ADS-B 安全問題技術(shù)研究

3.1 ADS-B 傳輸過程

ADS-B 協(xié)議棧中的數(shù)據(jù)傳輸過程表明，在發(fā)送端機(jī)載應(yīng)用設(shè)備，例如GPS 設(shè)備首先需要得到飛機(jī)的經(jīng)緯度、高度、速度等信息；再將信息注入應(yīng)答機(jī)，由應(yīng)答機(jī)整理成符合ADS-B 規(guī)范的消息；接著通過機(jī)載無線電天線將ADS-B 消息廣播出去。接收端不管是ADS-B 地面站還是其他飛機(jī)，均可以接收該ADS-B 消息，通過進(jìn)一步信號解調(diào)，就能獲得該飛機(jī)廣播的所有信息。對該傳輸過程的數(shù)據(jù)監(jiān)測不僅能實(shí)現(xiàn)對飛行航班的監(jiān)視，還能保障空中交通的安全。

針對按照ADS-B 協(xié)議廣播的ADS-B 信號容易受到攻擊并導(dǎo)致異常數(shù)據(jù)無意義傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，國內(nèi)外學(xué)者們提出用加密或者驗(yàn)證的方式解決安全問題。LEONARDI M 等［11］提出了一種 ADS-B 物理 層協(xié)議演進(jìn)方法，通過在Mode S 協(xié)議中引入二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）方案和正交相移鍵控（QPSK）方案，結(jié)果表明并不降低信道的總吞吐量。馮孟等［12］提出了一種支持消息恢復(fù)的身份簽名廣播認(rèn)證協(xié)議，通過在協(xié)議中加入密鑰生成中心（KGC），實(shí)現(xiàn)由系統(tǒng)初始化、私鑰提取和廣播認(rèn)證3 個(gè)階段組成的廣播方案，提高了協(xié)議的安全性。ASARI A 等［13］提出了一種使用聚合簽名，時(shí)間消耗來驗(yàn)證傳輸過程的無證書公鑰加密（CL-PKC）分層認(rèn)證協(xié)議，不僅降低了計(jì)算成本，而且通過隨機(jī)預(yù)測模型證明了KGC 的安全性。PAN W J 等［14］針對 ADS-B 數(shù)據(jù)則使用橢圓曲線密碼（ECC）和X. 509 證書相結(jié)合的認(rèn)證方案，采用對稱密鑰算法，不僅避免了密鑰分發(fā)問題，而且還能有效地防止ADS-B 數(shù)據(jù)被攻擊。YANG H等［15］提出了一種新的ADS-B 安全加密解決方案，通過使用時(shí)間高效流容損認(rèn)證協(xié)議（TESLA）和格式保留加密協(xié)議（FPE）的加密原語，將其應(yīng)用于空中交通監(jiān)控場景，取得了不錯(cuò)的效果。

以上方案均基于加密的思想實(shí)現(xiàn)對ADS-B 傳輸過程中的數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行保護(hù)，加密消息只能通過目標(biāo)接收者的私鑰解密，實(shí)施多種驗(yàn)證模式既保障了數(shù)據(jù)的完整性，又提高了ADS-B 技術(shù)的安全性。

3.2 ADS-B 硬件和軟件

從ADS-B 協(xié)議棧中的機(jī)載無線電設(shè)備可以看出，機(jī)載ADS-B 設(shè)備可以分為2 路，一路是ADS-B IN接收系統(tǒng)，另一路是ADS-B OUT 發(fā)射系統(tǒng)，如圖5 所示［16］。ADS-B 設(shè)備分由上下天線、收發(fā)分機(jī)、終端分機(jī)3 部分構(gòu)成。ADS-B IN 接收系統(tǒng)主要是通過上天線接收ADS-B 信號，接著用收發(fā)分機(jī)對接收到的信號進(jìn)行限幅、濾波、放大、混頻成70 MHz 中頻信號，然后將其信號傳送到終端分機(jī)。終端分機(jī)對接收到的中頻信號進(jìn)行解調(diào)、提取、分類、打包、組幀、裝配完成后，最終經(jīng)過對外接口將信號在綜合顯控臺(tái)顯示出來。ADS-B OUT 發(fā)射系統(tǒng)的工作原理是使用終端分機(jī)將來自導(dǎo)航系統(tǒng)和綜合顯控系統(tǒng)的飛機(jī)飛行的信息進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、壓縮編碼等處理后，把他們組裝成112 bit ADS-B 報(bào)文并且將其儲(chǔ)存在內(nèi)部寄存器中。根據(jù)規(guī)定好的時(shí)間，在終端分機(jī)把組裝好的信息進(jìn)行中頻調(diào)制和濾波后傳輸?shù)绞瞻l(fā)分機(jī)，收發(fā)分機(jī)將信號通過混頻、濾波的方式放大信號后，通過上下天線將ADS-B 信號傳送出去。

圖5 ADS-B 設(shè)備組成框圖Fig.5 ADS-B equipment block diagram

一些學(xué)者從ADS-B 硬件設(shè)備和軟件技術(shù)方面對ADS-B 信號檢測和抗干擾問題進(jìn)行了研究。NAGANAWA J 等［17］通過扇型結(jié)構(gòu)的陣列天線結(jié)合振幅單脈沖技術(shù)的方法，來檢測ADS-B 信號是否存在欺騙干擾，該方法在欺騙防護(hù)的初始階段取得了不錯(cuò)的效果。王文益等［18］使用陣列天線接收ADSB 信號，然后向目標(biāo)位置做正交補(bǔ)空間投影，實(shí)現(xiàn)了是否存在欺騙干擾的檢測。黃龍等［19］提出了一種利用雙天線測算ADS-B 載波相位誤差的識(shí)別方法，能實(shí)現(xiàn)對欺騙信號的檢測。吳仁彪等［20］設(shè)計(jì)了一種實(shí)時(shí)的監(jiān)控軟件，它通過配置和功能性控制接收機(jī)干擾抑制模塊的參數(shù)，能明顯提高ADS-B 接收系統(tǒng)的抗干擾能力。胡鐵喬等［21］設(shè)計(jì)了一種八通道射頻端，多通道技術(shù)能滿足ADS-B 自適應(yīng)干擾抑制接收機(jī)功能需求。

以上方案主要針對ADS-B 硬件和軟件部分對ADS-B 信號檢測或抗干擾問題進(jìn)行改進(jìn)，一定程度上提高了信號的檢測效率，對ADS-B 安全問題的研究提供了參考。

3.3 ADS-B 數(shù)據(jù)

ADS-B 數(shù)據(jù)［22］被認(rèn)為是信息系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)源、現(xiàn)代空中交通管制的核心，其安全性直接影響空中交通防撞系統(tǒng)、航班離港系統(tǒng)、空中交通流管理等系統(tǒng)的性能。ADS-B 協(xié)議主要1090ES 數(shù)據(jù)鏈，其 ADS-B 報(bào)文格式結(jié)構(gòu)如表 1 所示［22］。其中，“AA”字段是國際民航組織（ICAO）分配給每架飛機(jī)的唯一標(biāo)識(shí)符。“ME”字段包含標(biāo)識(shí)、位置、速度和緊急代碼等監(jiān)視信息。“PI”字段是奇偶校驗(yàn)位，用于檢測和糾正可能存在的錯(cuò)誤位。

DF=17 表明信息是基于Mode S 發(fā)射的ADS-B數(shù)據(jù)。DF=18 表明CF 字段可在ME 字段的ADS-B消息或TIS-B 消息間選擇。DF=19 表明此ADS-B 消息為軍用預(yù)留。

表 1 ADS-B 消息格式結(jié)構(gòu)［22］Table 1 ADS-B message format structure［22］

有些學(xué)者從ADS-B 數(shù)據(jù)的角度來對異常ADS-B數(shù)據(jù)的檢測和識(shí)別進(jìn)行了相關(guān)研究，有助于提高ADS-B 協(xié) 議 的 安 全 性 。 LEONARDI M 等［23］通 過 對接收ADS-B 信號特征進(jìn)行提取，提出了一種入侵檢測算法，能檢測ADS-B 消息是否通過預(yù)期的硬件發(fā)送。李騰耀等［24］提出使用偏差數(shù)據(jù)序列、差分?jǐn)?shù)據(jù)序列和領(lǐng)域密度數(shù)據(jù)序列的方法，可實(shí)現(xiàn)對ADS-B攻擊數(shù)據(jù)的重構(gòu)，是一種ADS-B 攻擊數(shù)據(jù)的彈性恢復(fù)方法。王布宏等［25］先對ADS-B 位置數(shù)據(jù)和同步的二次雷達(dá)（SSR）數(shù)據(jù)差分得到樣本數(shù)據(jù)，再用基于粒子群算法（PSO）的超球體分類器能檢測到異常數(shù)據(jù)。嚴(yán)科等［26］采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對ADS-B 信號進(jìn)行輻射源個(gè)體識(shí)別，通過融入center loss 算法，進(jìn)一步提高了信號的識(shí)別度。

以上研究從ADS-B 數(shù)據(jù)字段的角度進(jìn)行分析，通過發(fā)現(xiàn)變化規(guī)律建立異常檢測模型，無需修改ADS-B 傳輸協(xié)議，不僅節(jié)約了成本，還提高了ADS-B信號的檢測效率。

隨著人工智能的快速發(fā)展，人工智能技術(shù)也廣泛應(yīng)用于生活的方方面面。越來越多的學(xué)者開始將人工智能技術(shù)引入到ADS-B 數(shù)據(jù)的分類和異常檢測領(lǐng)域。

4 ADS-B 安全問題在人工智能領(lǐng)域的研究

隨著航空運(yùn)輸需求的增長，需要強(qiáng)大的數(shù)據(jù)異常檢測方法來保障航空系統(tǒng)的安全和高效。隨著航空數(shù)據(jù)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，利用人工智能技術(shù)對ADS-B 數(shù)據(jù)進(jìn)行異常檢測和識(shí)別技術(shù)變得越來越流行。

機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的進(jìn)步極大地促進(jìn)了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)如何從運(yùn)營數(shù)據(jù)中獲取洞察力并提高航空安全性方面的應(yīng)用。KHAN S 等［27］比較了機(jī)器學(xué)習(xí)算法中的Logistic 回歸，樸素貝葉斯和K-最近鄰（KNN）對被攻擊ADS-B 數(shù)據(jù)集的分類效果，結(jié)果表明KNN 對正常ADS-B 數(shù)據(jù)的識(shí)別效果更好。王振昊等［28］通過使用機(jī)器學(xué)習(xí)的SVDD 方法訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)后可進(jìn)一步識(shí)別出異常數(shù)據(jù)。

航空業(yè)中所用的數(shù)據(jù)規(guī)模都比較大，盡管機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)在大型數(shù)據(jù)集和高維數(shù)據(jù)上表現(xiàn)不佳，但不少學(xué)者還是在提高大規(guī)模高維數(shù)據(jù)的異常檢測性能方面進(jìn)行了嘗試。官成功等［29］采用了一種改進(jìn)的卷積生成對抗網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習(xí)方法，通過訓(xùn)練器和生成器實(shí)現(xiàn)對ADS-B 信號的降噪，能顯著提高信噪比。王爾審等［30］利用深度學(xué)習(xí)中的seq2seq 模型和高斯分差法實(shí)現(xiàn)了對ADS-B 位置數(shù)據(jù)的重構(gòu)，也可以有效地檢測異常數(shù)據(jù)。ZHANG B 等［31］使用深度學(xué)習(xí)中的inception-v3 模型與零偏置層相結(jié)合方法實(shí)現(xiàn)了特征提取和異常檢測，該方法不僅能降低計(jì)算復(fù)雜度，還能增強(qiáng)算法魯棒性。王文益等［32］利用ADS-B 時(shí)域采樣數(shù)據(jù)，使用基于深度學(xué)習(xí)的1DCNN-BiLSTM 網(wǎng)絡(luò)模型，在提取真實(shí)信號和欺騙信號的特征的基礎(chǔ)上能識(shí)別出欺騙信號。WANG J等［33］從ADS-B 數(shù)據(jù)的角度，提出了利用深度學(xué)習(xí)中的長短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）欺騙攻擊的檢測方法，可通過閾值來計(jì)算預(yù)測值和真實(shí)值，該方法也可有效地檢測出欺騙信號。LUO P 等［34］提出了一種的VAE-SVDD 模型，其中，VAE 用于重建 ADS-B 數(shù)據(jù)，SVDD 模型用于訓(xùn)練差值，也可實(shí)現(xiàn)ADS-B 異常數(shù)據(jù)的有效檢測。

表2 是ADS-B 安全問題的研究方法從類型、方法、要求、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)的分類匯總表。在ADS-B 傳輸過程中的方法需要對現(xiàn)有協(xié)議進(jìn)行加密或驗(yàn)證，對數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行了有效的保護(hù)，但加密的方法通常需要ADS-B 協(xié)議上有更多的數(shù)據(jù)位儲(chǔ)存加密數(shù)據(jù)或哈希值，成本高，實(shí)施也具有一定難度。在硬件或者軟件端的對信號進(jìn)行接收的方法有陣列天線的改進(jìn)，接收軟件的配置，其方法可以提高信號的檢測強(qiáng)度和抗干擾能力，但依賴于地面站或其他設(shè)備，所需要的成本比較高，開發(fā)軟件和硬件的時(shí)間周期也比較長。人工智能技術(shù)對ADS-B 數(shù)據(jù)進(jìn)行異常數(shù)據(jù)的檢測建模和識(shí)別，取得了不錯(cuò)的檢測效果，但缺點(diǎn)就是依賴數(shù)據(jù)集本身。目前，隨著深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域的發(fā)展，可以處理大規(guī)模的航空數(shù)據(jù)，檢測出ADS-B 異常數(shù)據(jù)，節(jié)約了成本，提高了ADS-B安全性，為航空安全領(lǐng)域的發(fā)展貢獻(xiàn)了力量。

表2 ADS-B 安全問題方法比較Table 2 ADS-B security problem method comparison

5 ADS-B 安全問題的未來展望

ADS-B 存在的安全問題主要在于ADS-B 廣播信號是未加密的純文本消息，易于遭受竊聽、干擾和消息修改等方面的攻擊。這些攻擊正對全球航空運(yùn)輸事業(yè)帶來巨大隱患，如何增強(qiáng)ADS-B 的安全性將是科研學(xué)者持續(xù)關(guān)注的焦點(diǎn)。

一方面僅采用深度學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)對接收的ADS-B 數(shù)據(jù)進(jìn)行快速異常判定，提升甄別正常數(shù)據(jù)的能力，從而達(dá)到抗攻擊的效果。這樣，那些影響ADS-B 信號產(chǎn)生的所有電子設(shè)備的特性都將成為深度學(xué)習(xí)算法可以提取的特征，并能成為異常判定的依據(jù)。也就是說，ADS-B 信號帶有的指紋特征和其他特征將為正常數(shù)據(jù)的確認(rèn)提供源源不斷的依據(jù)，也將推動(dòng)深度學(xué)習(xí)算法在航空運(yùn)輸業(yè)的快速應(yīng)用。深度學(xué)習(xí)算法的優(yōu)勢自然也能得以廣泛應(yīng)用。

另一方面則采用引入一定的附加硬件，再結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法的方式增加ADS-B 廣播數(shù)據(jù)的加解密過程或接收增強(qiáng)過程，達(dá)到抗干擾和抗攻擊的能力。附加硬件會(huì)增加系統(tǒng)成本，降低附加硬件的復(fù)雜性能降低成本，這樣，研究增加簡單硬件提升整體安全性能也是一個(gè)研究方向。增加硬件會(huì)提高ADS-B 信號的復(fù)雜性，傳遞給深度學(xué)習(xí)算法的特征也將更有針對性。融合這些針對性特征與原有特征，也將更能提高整個(gè)系統(tǒng)的安全性，才能真正實(shí)現(xiàn)抗干擾和抗攻擊的效果。

6 結(jié)束語

當(dāng)前，全球的空中交通需求和流量增長迅速。在人工智能技術(shù)的背景下，如何安全有效地利用ADS-B 數(shù)據(jù)來保障航空運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，將成為當(dāng)今航空領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。本文從ADS-B安全問題入手，分別從ADS-B 傳輸過程，ADS-B 軟件和硬件，ADS-B 數(shù)據(jù)3 個(gè)維度探討了各自的技術(shù)原理，總結(jié)了國內(nèi)外的部分成果，提出人工智能技術(shù)將是未來ADS-B 安全問題的解決途徑之一。希望能對后續(xù)研究和解決ADS-B 安全問題提供一定的幫助。