基于传感器的自动控制技术已被应用于汽车事故预防、农业监控和自平衡机器人等数百个应用领域。然而，随着传感器与环境之间的交互越来越多，控制系统能够更准确地“看”“听”“感知”自己所处的环境，网络攻击的可能性也越来越大。
为了应对这种危险，三菱电机开发了它认为是第一种传感器安全技术，用于在系统受到攻击时检测传感器测量的不一致性。这项开发得到了日本新能源和工业技术发展组织(NEDO)的支持。
(相关资料图)
自动控制系统的关键部件是传感器融合技术。与从每个传感器获取数据并单独使用相比，它通过组合来自多个传感器的数据来生成更准确的信息。例如，通过组合汽车中多个传感器的数据，可以更准确地估计汽车的速度，从而提高对性能和可靠性的更好控制。
“直到现在，人们一直认为传感器融合算法非常强大，因为它们集成了来自多个传感器的数据，不容易受到攻击，”东京以南60公里的大船村三菱电机信息技术R&D中心经理Takeshi Yoneda说。“此外，由于传感器融合算法复杂，在实际测试中很难评估其安全性。”
因此，他说，还没有为传感器融合系统开发出有效的网络攻击对策。为了测试这些系统的脆弱性，三菱研究人员建立了一个实验评估环境，使不同的传感器受到各种网络攻击。例如，加速度计和陀螺仪容易受到声音干扰，而磁力计可以使用磁信号发生器进行攻击。
在今年2月举行的三菱电机技术开放日上，研究人员利用小型无人机演示了攻击检测算法的工作原理。
为了在飞行中保持稳定性和航向，大多数无人机使用陀螺仪、加速度计和磁力计。来自加速度计和磁力计的数据被合并，并与来自陀螺仪的数据进行实时比较。在正常情况下，Yoneda表示两个结果高度相关，并使用智能滤波器(如卡尔曼滤波器)来校正两者之间的任何差异。然后，传感器融合算法使用新的组合结果生成精确的倾斜数据，以控制无人机的滚转、俯仰和偏航。
当加速度计和磁力计的组合数据遇到来自环境或无人机本身的间歇性噪声时，控制系统仅使用陀螺仪的数据来阻止这些输入，直到情况再次恢复正常。
Yoneda说：“这是因为这种机制看起来很可靠，就噪声或攻击信号而言，传感器融合系统被认为是鲁棒的。“然而，我们现在已经证明，这些系统可能会受到攻击。”
在之前的测试中，研究人员使用了带有倾斜传感器的评估板，使用了陀螺仪、加速度计和磁力计。在开放日演示中，研究人员首次使用了可编程无人机。然而，他们无法获得合适的无人机进行包含磁力计的演示，因此只有加速度计最初受到超声波的攻击。
该攻击在加速度计和陀螺仪数据之间产生了足够的差异，传感器融合算法软件中嵌入的攻击检测算法检测到两个数据集之间的连续变化并被踢开。结果：当无人机切换到故障安全模式并在任何损坏完成之前安全着陆时，融合算法完全依赖于来自陀螺仪的数据。
在第二次演示中，由于缺乏攻击检测算法，陀螺仪和加速度计受到单一超声波信号的攻击。控制系统试图用错误的信号控制无人机的姿态，这变得混乱，导致无人机滚向地面。
Yoneda说：“我的同事Shoei Nashimoto首先理解了传感器攻击干扰倾斜数据的原因。“当你知道这一点时，对策是简单和可实现的，并且通常可以应用于传感器融合控制系统。因此它可以用于许多应用。”
Yoneda还指出，检测器算法非常紧凑——只需要几十行代码。“这意味着我们可以低成本实现，因为不需要修改硬件。”
三菱的目标是明年将这项技术商业化；它将在自己的产品中使用它，并可能授权给其他汽车、无人机和人形机器人制造商。
标签：
相关新闻
