Файл: 2017.06.07 - Матеріали науково-практичної конференції «Проблеми експлуатації та захисту інформаційно-комунікаційних систем».pdf

Н

АУКОВО

-

ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ

«ПРОБЛЕМИ

ЕКСПЛУАТАЦІЇ

ТА

ЗАХИСТУ

ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ

СИСТЕМ»

7

–

9

 ЧЕРВНЯ 

2017

 Р

.,

Н

АЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

,

 М

.

К

ИЇВ

46 

реалізації  пристроїв  (пультів  управління)  голосового  дистанційного 
радіоуправління функціями безпілотного літального апарата (БПЛА) в 
умовах, коли необхідно виключити можливість користування пультом 
управління (ПУ) несанкціонованими особами. 

Відомий  пристрій  дистанційного  голосового  управління  (Патент 

США  US  5199080  Voice-operated  remote  control  system  /  Toshiyuki 
Kimura,  Kazuo  Yabe,  заявл.  07.09.1990,  реєстраційний  номер 
07/578706), який побудовано таким чином, що функція розпізнавання 
голосової команди, яка здійснюється в процесі керування у реальному 
часі,  враховує  виміряні  поточні  значення  семантичних  (смислових) 
параметрів  голосової  команди  та  на  основі  результату  розпізнавання, 
приймається  рішення  щодо  виконання  поточної  команди  управління 
виконавчим механізмом об’єкта управління. 

Несемантичні,  зокрема  аутентифікаційні,  параметри  голосових 

команд  у  відомому  пристрої  не  використовуються,  що  є  суттєвим 
недоліком,  оскільки  в цьому  випадку  існує  можливість  використання 
цього пристрою несанкціонованими особами. 

Відомий  пристрій  дистанційного  голосового  управління  (Патент 

США  US  8666750  B2  Voice  control  system  /  Markus  Buck,  Lars  König, 
Gerhard  Uwe  Schmidt,  заявл.  31.01.2008,  реєстраційний  номер 
12/023485),  що  базується  на  розпізнаванні  смислового  змісту 
голосової  команди  управління,  який  послідовно  порівнює  набор 
семантичних  параметрів  промовленої  команди  з  усіма  еталонними 
наборами  семантичних  параметрів  команд  словника.  Залежно  від 
результату порівняння, блок розпізнавання голосової команди виділяє 
найбільш  близький  параметр  критерію  схожості  у  певній 
експериментально  обраній  граничній  області.  Якщо  результат 
порівняння  знаходиться  в  межах  граничної  області,  то  промовлена 
команда  буде  виконуватися  виконавчим  механізмом  об’єкта 
управління. 

Недоліком  відомого  представленого  пристрою  дистанційного 

голосового  управління  є  те,  що  він  не  здійснює  голосову 
аутентифікацію суб’єкта управління, а отже, унеможливлює заборону 
доступу до функцій ПУ з боку несанкціонованих осіб. 

З  огляду  на  викладений  вище  матеріал,  можна  констатувати,  що 

відомі пристрої дистанційного голосового управління, що засновані на 
розпізнаванні  семантичного  (смислового)  змісту  промовленої 

Н

АУКОВО

-

ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ

«ПРОБЛЕМИ

ЕКСПЛУАТАЦІЇ

ТА

ЗАХИСТУ

ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ

СИСТЕМ»

7

–

9

 ЧЕРВНЯ 

2017

 Р

.,

Н

АЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

,

 М

.

К

ИЇВ

47 

команди,  не  використовують  голосові  відмінності  суб’єктів 
управління,  а  отже,  не  здійснюють  голосову  аутентифікацію  для 
визначення прав доступу суб’єкта управління. 

В  основу  корисної  моделі  поставлена  задача  створення  пристрою 

голосового 

радіоуправління 

функціями 

БПЛА 

в 

напрямку 

забезпечення  можливості  користування  ним  тільки  наперед 
визначеним особам (легальними суб’єктами управління). 

Поставлена  задача  вирішується  тим,  що  у  пристрій  голосового 

радіоуправління  функціями  БПЛА,  що  складається  із  мікрофона, 
аналого-цифрового  перетворювача,  блока  визначення  семантичних 
параметрів  вимовленої  голосової  команди,  БД  семантичних 
параметрів  словника  команд  управління,  блока  розпізнавання 
вимовленої голосової команди, блока формування сигналів управління 
та  вбудованого  у  пристрій  радіопередавача,  згідно  з  корисною 
моделлю  додатково  включені  блок  визначення  аутентифікаційних 
параметрів  вимовленої  голосової  команди,  БД  аутентифікаційних 
параметрів  легальних  суб’єктів  управління,  блок  визначення 
легальності  суб’єкта  управління  та  вирішуючий  пристрій,  котрий  за 
результатами  аутентифікації  дозволяє  або  забороняє  передачу 
сигналів управління на борт БПЛА. 

Представлений  у  даній  корисній  моделі  пристрій  (ПУ)  голосового 

радіоуправління  функціями  БПЛА  реалізовано  таким  чином,  що  під 
час  розпізнавання  голосових  команд  визначаються  не  тільки 
семантичні,  але  і  аутентифікаційні  параметри  цих  команд,  що 
забезпечує  можливість  заборони  доступу  до  використання  функцій 
ПУ з боку несанкціонованих осіб. Керування БПЛА з використанням 
даного  ПУ  в  реальному  часі  дозволяється  лише  легальним  суб’єктам 
управління,  еталонні  зразки  аутентифікаційних  параметрів  яких, 
заздалегідь  записуються  у  відповідній  базі  даних  (БД),  що 
розміщується в пам’яті ПУ. 

Жодний  з  відомих  розглянутих патентів не  містить  засобів  того  ж 

призначення, що дозволяє отримати необхідний технічний результат. 

На  фігурі  1  представлено  загальну  технологічну  схему 

запропонованого  пристрою  голосового  радіоуправління  функціями 
БПЛА  з  вбудованим  захистом  від  несанкціонованого  доступу,  який 
складається  із  з’єднаних  елементів:  мікрофон  1,  аналого-цифровий 
перетворювач  2,  блок  визначення  семантичних  параметрів 

Н

АУКОВО

-

ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ

«ПРОБЛЕМИ

ЕКСПЛУАТАЦІЇ

ТА

ЗАХИСТУ

ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ

СИСТЕМ»

7

–

9

 ЧЕРВНЯ 

2017

 Р

.,

Н

АЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

,

 М

.

К

ИЇВ

48 

вимовлених  голосових  команд  3,  БД  семантичних  параметрів 
словника  голосових  команд  4,  блок  розпізнавання  вимовлених 
голосових  команд  5,  блок  формування  сигналів  управління  6  та 
вбудований  радіопередавач  11,  до  складу  якого,  додатково  включені 
блок визначення аутентифікаційних параметрів вимовлених голосових 
команд  7,  БД  аутентифікаційних  параметрів  легальних  суб’єктів 
управління  8,  блок  визначення  легальності  суб’єкта  управління  9  та 
вирішуючий пристрій 10. 

Фіг. 1. Пристрій голосового радіоуправління функціями безпілотного 

літального апарата з вбудованим захистом від несанкціонованого доступу 

Пристрій  голосового  радіоуправління  функціями  БПЛА  з 

вбудованим  захистом  від  несанкціонованого  доступу  працює 
наступним  чином:  суб’єкт  управління  вимовляє  команду  управління, 
яка  надходить  до  мікрофону  для  перетворення  голосової  команди  в 
електричний  сигнал,  який  в  подальшому  поступає  на  аналого-
цифровий  перетворювач,  що  перетворює  мовний  сигнал  в  цифрову 
форму. 

Н

АУКОВО

-

ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ

«ПРОБЛЕМИ

ЕКСПЛУАТАЦІЇ

ТА

ЗАХИСТУ

ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ

СИСТЕМ»

7

–

9

 ЧЕРВНЯ 

2017

 Р

.,

Н

АЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

,

 М

.

К

ИЇВ

49 

На  наступному  етапі  паралельно  виділяється  набор  семантичних 

параметрів  та  набор  аутентифікаційних  параметрів  промовленої 
голосової  команди  за  допомогою  блоку  визначення  семантичних 
параметрів  вимовлених  голосових  команд  та  блоку  визначення 
аутентифікаційних  параметрів  вимовлених  голосових  команд 
відповідно.  Виділений  набор  семантичних  параметрів  голосової 
команди  поступає  до  блоку  розпізнавання  вимовлених  голосових 
команд,  а  виділений  набор  аутентифікаційних  параметрів  голосової 
команди  надходить  до  блоку  визначення  легальності  суб’єкта 
управління. 

Блок  розпізнавання  вимовлених  голосових  команд  та  блок 

визначення  легальності  суб’єкта  управління  функціонують  в 
пристрою голосового радіоуправління функціями БПЛА з вбудованим 
захистом  від  несанкціонованого  доступу  паралельно.  Блок 
розпізнавання  вимовлених  голосових  команд  послідовно  порівнює 
виділений  набор  семантичних  параметрів  промовленої  голосової 
команди  з  усіма  еталонними  наборами  БД  семантичних  параметрів 
словника  голосових  команд,  в  результаті  чого  формуються  значення 
параметрів  критерію  схожості,  які  відповідають  кожному  набору 
еталонних  семантичних  параметрів  голосових  команд.  Залежно  від 
результату  порівняння  блок  розпізнавання  вимовлених  голосових 
команд  виділяє  найбільш  близький  параметр  критерію  схожості  в 
граничному  порозі,  який  відповідає  еталонному  зразку  набору 
семантичних  параметрів  голосової  команди  та  згідно  результату 
порівняння 

дозволяється 

або 

забороняється 

ідентифікація 

промовленої команди управління. 

Блок  визначення  легальності  суб’єкта  управління  послідовно 

порівнює виділений набор аутентифікаційних параметрів промовленої 
команди  з  усіма  еталонними  наборами  БД  аутентифікаційних 
параметрів  легальних  суб’єктів  управління,  в  результаті  чого 
формуються значення параметрів критерію схожості, які відповідають 
кожному  набору  еталонних  аутентифікаційних  параметрів  легальних 
суб’єктів  управління.  Залежно  від  результату  порівняння  блок 
визначення  легальності  суб’єкта  управління  виділяє  найбільш 
близький  параметр  критерію  схожості  в  граничному  порозі,  який 
відповідає  еталонному  зразку  набору  аутентифікаційних  параметрів 
легального  суб’єкта  управління  та  згідно  результату  порівняння,  за 

Н

АУКОВО

-

ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ

«ПРОБЛЕМИ

ЕКСПЛУАТАЦІЇ

ТА

ЗАХИСТУ

ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ

СИСТЕМ»

7

–

9

 ЧЕРВНЯ 

2017

 Р

.,

Н

АЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

,

 М

.

К

ИЇВ

50 

допомогою інтегрованого в систему вирішуючого пристрою дозволяє 
або  забороняє  вбудованому  радіопередавачу  подавати  сформовані 
сигнали  управління  функціями  та  режимами  роботи  БПЛА  на 
виконавчий механізм БПЛА. 

Отже  визначені  параметри  ідентифікації  промовленої  голосової 

команди  надходять  до  блоку  формування  сигналів  управління,  який 
формує  відповідний  сигнал  управління  функціями  та  режимами 
роботи  БПЛА,  що  подається  вбудованим  радіопередавачем  по 
радіоканалу на виконавчий механізм БПЛА лише при умові голосової 
аутентифікації суб’єкта управління. 

Представлений 

в 

даному 

патенті 

пристрій 

голосового 

радіоуправління  функціями  БПЛА  з  вбудованим  захистом  від 
несанкціонованого  доступу  є  новим,  має  винахідницький  рівень  та 
може  бути  промислово  придатним,  який  цілком  вирішує  поставлену 
задачу,  а  саме  впровадження  голосової  аутентифікації  суб’єкта 
управління у реальному часі при керуванні функціями БПЛА. 

Література 

1. Lavrynenko O. Method of Voice Control Functions of the UAV [Text] / O. 

Lavrynenko, G. Konakhovych, D. Bakhtiiarov. // Methods and Systems of Naviga-
tion 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.