2017.06.07 - Матеріали науково-практичної конференції «Проблеми експлуатації та захисту інформаційно-комунікаційних систем»

НАУКОВО-ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ

«ПРОБЛЕМИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ТА ЗАХИСТУ ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ»

7 – 9 ЧЕРВНЯ 2017 Р., НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ, М. КИЇВ

УДК 621.391

О. Ю. Лавриненко

Національний авіаційний університет, м. Київ, Україна

E-mail: oleksandrlavrynenko@gmail.com

ПРИСТРІЙ ЗАХИЩЕНОГО ГОЛОСОВОГО РАДІОУПРАВЛІНЯ ФУНКЦІЯМИ БЕЗПІЛОТНОГО ЛІТАЛЬНОГО АПАРАТА

Пристрій захищеного голосового радіоуправління функціями безпілотного літального апарата, принцип дії якого базується на розпізнаванні, аналізі та синтезі голосових команд, містить мікрофон для перетворення вимовлених голосових команд в електричні сигнали, аналого-цифровий перетворювач, що перетворює ці сигнали у цифрову форму, блок аналізу голосових команд, блок виділення семантичних параметрів, блок порівняння семантичних параметрів, базу даних семантичних параметрів, блок формування сигналів управління, виконавчий пристрій безпілотного літального апарата та вбудовані радіопередавач і радіоприймач, які в сукупності у реальному часі здійснюють функції розпізнавання голосових команд та формування відповідних сигналів управління, що подаються на виконавчий пристрій безпілотного літального апарата, який відрізняється тим, що додатково містить блок підміни семантичних параметрів, блок виділення параметрів аутентифікації, блок підміни параметрів аутентифікації, лічильник голосових команд, блок порівняння параметрів аутентифікації, базу даних параметрів аутентифікації, блок синтезу голосових команд, та вирішуючий пристрій, які в сукупності у реальному часі здійснюють синтез з зміненими псевдовипадковим чином параметрами аутинтифікації та голосову аутентифікацію кожної наступної команди управління, в результаті чого, вирішуючий пристрій дозволяє або забороняє подавати сформовані сигнали управління на виконавчий пристрій безпілотного літального апарата, що забезпечує захист від можливості перехоплення управління функціями та режимами роботи безпілотного літального апарата несанкціонованими особами на протязі всього сеансу управління.

Корисна модель відноситься до галузі аналізу, синтезу, розпізнавання та захисту мовних команд управління в системах захищеного голосового радіоуправління. Найбільш поширеного

51

НАУКОВО-ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ

«ПРОБЛЕМИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ТА ЗАХИСТУ ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ»

7 – 9 ЧЕРВНЯ 2017 Р., НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ, М. КИЇВ

застосування корисна модель матиме в різноманітних варіантах реалізації пристрою захищеного голосового радіоуправління функціями безпілотного літального апарата (БПЛА) в умовах, коли необхідно виключити можливість перехоплення управління БПЛА несанкціонованими особами.

Відомий пристрій голосового управління (Патент США US

9153232 B2 Voice control device and voice control method / Guo-Feng Zhang, заявл. 09.01.2013, реєстраційний номер 13/736972), який побудовано таким чином, що розпізнавання голосових команд суб'єкта управління, яке здійснюється в процесі керування у реальному часі, відбувається з виділенням семантичних параметрів та подальшим їх порівнянням, де враховуючи результати розпізнавання, приймається рішення щодо виконання поточної команди управління виконавчим механізмом об’єкта управління.

В існуючому відомому пристрої відсутні можливості захисту від перехоплення радіоуправління виконавчим механізмом об’єкта управління, зокрема не використовуються несемантичні аутентифікаційні параметри голосових команд, що є суттєвим недоліком, оскільки в цьому випадку існує можливість перехоплення управління та використання цього пристрою несанкціонованими особами.

Відомий пристрій голосового управління (Патент США US

9236048 B2 Method and device for voice controlling / Manhai Li, Kaili Xiao, Jingping Wang, Xin Liao, заявл. 12.01.2011, реєстраційний номер

13/575717), що базується на семантичному розпізнаванні голосових команд, який послідовно порівнює набір семантичних параметрів промовленої команди з усіма еталонними наборами семантичних параметрів команд із бази даних (БД), яка сформувалась на етапі навчання пристрою голосового управління. Залежно від результату порівняння, виділяється найбільш близький параметр критерію схожості у заданій граничній області. Якщо результат порівняння знаходиться в межах граничної області, то відбувається формування сигналу управління та його виконання виконавчим механізмом об’єкта управління.

Недоліком відомого представленого пристрою голосового управління є те, що він не впроваджує жодного з методів захисту радіоканалу від перехоплення та нелегального управління

52

НАУКОВО-ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ

«ПРОБЛЕМИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ТА ЗАХИСТУ ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ»

7 – 9 ЧЕРВНЯ 2017 Р., НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ, М. КИЇВ

несанкціонованими особами об’єкта управління та не здійснює голосову аутентифікацію команди управління, а отже, унеможливлює заборону доступу до функцій об’єкта управління з боку несанкціонованих осіб.

З огляду на викладений вище матеріал, можна констатувати, що відомі пристрої дистанційного голосового управління, що засновані на розпізнаванні без врахування голосових характеристиках промовлених команд, не використовують голосові відмінності суб’єктів управління, а отже, не здійснюють голосову аутентифікацію для визначення прав доступу суб’єкта управління та не впроваджують захист від можливості перехоплення радіоуправління виконавчим механізмом об’єкта управління.

В основу корисної моделі поставлена задача створення пристрою захищеного голосового радіоуправління функціями БПЛА.

Поставлена задача вирішується тим, що у пристрій захищеного голосового радіоуправління функціями БПЛА, що складається із мікрофона, аналого-цифрового перетворювача (АЦП), блока аналізу голосових команд, блока виділення семантичних параметрів, блока порівняння семантичних параметрів, БД семантичних параметрів, блока формування сигналів управління, виконавчого пристрою БПЛА та вбудованих радіопередавача і радіоприймача, згідно з корисною моделлю додатково включені блок підміни семантичних параметрів, блок виділення параметрів аутентифікації, блок підміни параметрів аутентифікації, лічильник голосових команд, блок порівняння параметрів аутентифікації, БД параметрів аутентифікації, блок синтезу голосових команд, та вирішуючий пристрій, котрий за результатами аутентифікації дозволяє або забороняє передачу сформованого сигналу управління на виконавчий пристрій БПЛА.

Представлений у даній корисній моделі пристрій захищеного голосового радіоуправління функціями БПЛА реалізований таким чином, що під час розпізнавання голосових команд суб’єкта управління визначаються не тільки семантичні, але і аутентифікаційні параметри цих команд з подальшою їх підміною та синтезом голосових команд з початковим смислом але із зміненими псевдовипадковим чином параметрами аутинтифікації кожної наступної відправленої на радіоприймач команди, що забезпечує захист від можливості перехоплення радіоуправління функціями

53

НАУКОВО-ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ

«ПРОБЛЕМИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ТА ЗАХИСТУ ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ»

7 – 9 ЧЕРВНЯ 2017 Р., НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ, М. КИЇВ

БПЛА несанкціонованими особами на протязі всього сеансу управління.

Жодний з відомих розглянутих патентів не містить засобів того ж призначення, що дозволяє отримати необхідний технічний результат.

На фігурі 1 представлено загальну технологічну схему передавальної частини (пульт управління) запропонованого пристрою захищеного голосового радіоуправління функціями БПЛА, який складається із з’єднаних елементів: мікрофон 1, аналого-цифровий перетворювач 2, блок аналізу голосових команд 3, блок виділення семантичних параметрів 8, БД семантичних параметрів 10 та вбудований радіопередавач 12, до складу якого, додатково включені блок підміни семантичних параметрів 9, блок виділення параметрів аутентифікації 7, блок підміни параметрів аутентифікації 6, лічильник голосових команд 4, БД параметрів аутентифікації 5, блок синтезу голосових команд 11.

Фіг. 1. Передавальна частина пристрою захищеного голосового радіоуправління функціями безпілотного літального апарата

На фігурі 2 представлено загальну технологічну схему приймальної частини (інтегрованої на борт БПЛА) запропонованого пристрою захищеного голосового радіоуправління функціями БПЛА, який складається із з’єднаних елементів: вбудований радіоприймач 13, блок

54

НАУКОВО-ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ

«ПРОБЛЕМИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ТА ЗАХИСТУ ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ»

7 – 9 ЧЕРВНЯ 2017 Р., НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ, М. КИЇВ

аналізу голосових команд 14, блок виділення семантичних параметрів 19, блока порівняння семантичних параметрів 20, БД семантичних параметрів 21, блок формування сигналів управління 22 та виконавчий пристрій БПЛА 24, до складу якого, додатково включені блок виділення параметрів аутентифікації 18, блок порівняння параметрів аутентифікації 17, лічильник голосових команд 15, БД параметрів аутентифікації 16 та вбудований вирішуючий пристрій 23.

Фіг. 2. Приймальна частина пристрою захищеного голосового радіоуправління функціями безпілотного літального апарата

Пристрій захищеного голосового радіоуправління функціями БПЛА працює наступним чином: суб'єкт управління вимовляє команду, яка надходить до мікрофона для перетворення голосової команди в електричний сигнал, який надалі надходить до АЦП, де перетворюється в цифрову форму. Далі паралельно виділяються набір семантичних параметрів і набір параметрів аутентифікації вимовленої голосової команди за допомогою блоку виділення семантичних параметрів і блоку виділення параметрів аутентифікації відповідно. Виділений набір семантичних параметрів вимовленої голосової команди надходить до блоку підміни семантичних параметрів, який порівнює його з усіма наборами семантичних параметрів з БД семантичних параметрів та за результатами порівняння підміняє їх на

55

НАУКОВО-ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ

«ПРОБЛЕМИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ТА ЗАХИСТУ ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ»

7 – 9 ЧЕРВНЯ 2017 Р., НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ, М. КИЇВ

семантичні параметри з БД. Виділений набір параметрів аутентифікації вимовленої голосової команди надходить до блоку підміни параметрів аутентифікації, який підміняє його на випадковий набір параметрів аутентифікації із заздалегідь відсортованої псевдовипадковим чином БД параметрів аутентифікації, де порядковий номер набору параметрів аутентифікації в БД задається лічильником голосових команд. Після раніше проведеної процедури підміни, семантичні параметри і параметри аутентифікації надходять до блоку синтезу голосових команд, де синтезується голосова команда

зоригінальним смисловим змістом, але з вибраними псевдовипадковим чином параметрами аутентифікації і передається радіопередавачем на борт БПЛА по радіоканалу зв'язку. На приймальній стороні каналу зв'язку, радіоприймач, що знаходиться на борту БПЛА приймає сигнал мовної команди, який надходить на вхід блока аналізу голосових команд. На наступному етапі паралельно виділяються набір семантичних параметрів і набір параметрів аутентифікації прийнятої голосової команди. Виділений набір семантичних параметрів прийнятої голосової команди надходить на блок порівняння семантичних параметрів, який порівнює його з усіма наборами семантичних параметрів з БД семантичних параметрів в результаті чого проводиться ідентифікація вимовленої голосової команди суб'єкта управління. Виділений набір параметрів аутентифікації прийнятої голосової команди надходить на блок порівняння параметрів аутентифікації, який послідовно порівнює його

зусіма наборами параметрів аутентифікації із БД параметрів аутентифікації, а також, порівнює номер поточної прийнятої голосової команди виданого лічильником голосових команд з порядковим номером обраного набору параметрів аутентифікації в БД. Згідно результату порівняння, інтегрований вирішуючий пристрій дозволяє або забороняє подавати сформований сигнал управління БПЛА на виконавчий пристрій БПЛА.

Представлений в даному патенті пристрій захищеного голосового радіоуправління функціями БПЛА є новим, має винахідницький рівень та може бути промислово придатним, який цілком вирішує поставлену задачу, а саме впровадження захисту від можливості перехоплення управління функціями та режимами роботи БПЛА у реальному часі несанкціонованими особами.

56

НАУКОВО-ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ

«ПРОБЛЕМИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ТА ЗАХИСТУ ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ»

7 – 9 ЧЕРВНЯ 2017 Р., НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ, М. КИЇВ

Література

1.Lavrynenko O. Method of Voice Control Functions of the UAV [Text] / O. Lavrynenko, G. Konakhovych, D. Bakhtiiarov. // Methods and Systems of Navigation and Motion Control (MSNMC), IEEE 4th International Conference. – 2016. –

С. 47–50.

2.Bakhtiiarov D. Protected System of Radio Control of Unmanned Aerial Vehicle [Text] / D. Bakhtiiarov, G. Konakhovych, O. Lavrynenko. // Methods and Systems of Navigation and Motion Control (MSNMC), IEEE 4th International Conference. – 2016. – С. 196–199.

3.A digital speech signal compression algorithm based on wavelet transform [Text] / G. F. Konakhovych, O. Y. Lavrynenko, D. I. Bakhtiiarov, V. V. Antonov. // Electronics and control systems. – 2016. – №2. – С. 30–36.

4.Алгоритм сжатия сигналов речевых команд управления функциями беспилотного летательного аппарата [Текст] / А. Ю. Лавриненко, Г. Ф. Конахович, Р. С. Одарченко, Д. И. Бахтияров. // Авиационно-космическая техника и технология. – 2016. – №3. – С. 57–67.

5.Порівняльний аналіз перетворення Фур’є, косинусного перетворення та вейвлет-перетворення як спектрального аналізу цифрових мовних сигналів [Текст] / Г. Ф. Конахович, О. І. Давлет’янц, О. Ю. Лавриненко, Д. І. Бахтіяров. // Наукоємні технології. – 2015. – №3. – С. 210–220.

6.Конахович Г.Ф. Комп’ютерне моделювання захищеного каналу керування безпілотним літальним апаратом [Текст] / Г. Ф. Конахович, Д. И. Бахтияров, А. Ю. Лавриненко. // Наукоємні технології. – 2015. – №4. – С.

283–290.

7.Problems of unauthorized interference to the work of UAV and methods of its solving [Text] / I. O. Kozliuk, D. І. Bakhtiiarov, O. Y. Lavrynenko, І. V. Tretiak.

//Science-Based Technologies. – 2016. – №2. – С. 206–211.

57

НАУКОВО-ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ

«ПРОБЛЕМИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ТА ЗАХИСТУ ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ»

7 – 9 ЧЕРВНЯ 2017 Р., НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ, М. КИЇВ

58

НАУКОВО-ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ

«ПРОБЛЕМИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ТА ЗАХИСТУ ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ»

7 – 9 ЧЕРВНЯ 2017 Р., НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ, М. КИЇВ

59

НАУКОВЕ ВИДАННЯ

МА Т Е Р І А Л И

НАУ К О ВО - П РА К Т И Ч Н ОЇ К О НФ Е Р Е НЦ ІЇ

«П РО БЛ Е МИ ЕК СП ЛУ АТ АЦ ІЇ Т А З АХ И СТ У ІН ФО Р МА Ц ІЙ Н О - К О МУ Н ІК АЦ ІЙ Н И Х

СИ СТЕ М»

7− 9 Ч Е Р В НЯ 2017 Р .

м. КИ Ї В

ГОЛОВНИЙ РЕДАКТОР КОНАХОВИЧ Г.Ф.

КОМП’ЮТЕРНА ВЕРСТКА ЛАВРИНЕНКО О.Ю.

КОНТАКТНИЙ E-MAIL: conference.tks@i.ua

ВІДПОВІДАЛЬНІСТЬ ЗА ЗМІСТ ТА ФОРМУ ВИКЛАДЕННЯ НАУКОВИХ РЕЗУЛЬТАТІВ

НЕСУТЬ АВТОРИ МАТЕРІАЛІВ.

© НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ, 2017

ЕЛЕКТРОННА ВЕРСІЯ МАТЕРІАЛІВ КОНФЕРЕНЦІЇ ЗРОБЛЕНА СПЕЦІАЛЬНО ДЛЯ РОЗМІЩЕННЯ НА САЙТІ КАФЕДРИ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ

НАЦІОНАЛЬНОГО АВІАЦІЙНОГО УНІВЕРСИТЕТУ http://tks.nau.edu.ua