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

51 

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 

Н

АУКОВО

-

ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ

«ПРОБЛЕМИ

ЕКСПЛУАТАЦІЇ

ТА

ЗАХИСТУ

ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ

СИСТЕМ»

7

–

9

 ЧЕРВНЯ 

2017

 Р

.,

Н

АЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

,

 М

.

К

ИЇВ

52 

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 

Н

АУКОВО

-

ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ

«ПРОБЛЕМИ

ЕКСПЛУАТАЦІЇ

ТА

ЗАХИСТУ

ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ

СИСТЕМ»

7

–

9

 ЧЕРВНЯ 

2017

 Р

.,

Н

АЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

,

 М

.

К

ИЇВ

53 

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 

Н

АУКОВО

-

ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ

«ПРОБЛЕМИ

ЕКСПЛУАТАЦІЇ

ТА

ЗАХИСТУ

ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ

СИСТЕМ»

7

–

9

 ЧЕРВНЯ 

2017

 Р

.,

Н

АЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

,

 М

.

К

ИЇВ

54 

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 

Н

АУКОВО

-

ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ

«ПРОБЛЕМИ

ЕКСПЛУАТАЦІЇ

ТА

ЗАХИСТУ

ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ

СИСТЕМ»

7

–

9

 ЧЕРВНЯ 

2017

 Р

.,

Н

АЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

,

 М

.

К

ИЇВ

55 

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