[发明专利]一种基于麦克风阵列的超声波攻击检测及定位方法

说明书

本发明公开了一种基于麦克风阵列的超声波攻击检测及定位方法，涉及超声波攻击防御领域。一种基于麦克风阵列的超声波攻击检测及定位方法，包括以下步骤：S1：设置超声波扬声器在麦克风阵列中，周期性的广播辅助信号，与可能存在的超声波攻击信号发生下转换，从而监听有无超声波攻击；S2：预处理采集数据，对麦克风接收到的信号进行滤波、去噪、分割以及标准化。本发明提出的一种基于麦克风阵列的超声波攻击检测及定位方法，采用在智能设备中广泛装配的麦克风阵列和一个超声波扬声器，该技术不仅可以及时、高效地检测到超声波攻击事件的发生，还可以在第一时间准确地测量出攻击者的位置，从而及时为用户清除威胁。

技术领域

本发明涉及超声波攻击防御领域，特别涉及一种基于麦克风阵列的超声波攻击检测及定位方法。

背景技术

基于语音设备非线性效应的超声波攻击已经成为了语音控制系统的重要安全威胁，超声波语音命令通常通过用人类或合成语音调制40kHz及以上的超声波信号来生成，麦克风放大器带有的非线性效应^]会将超声波信号转移到通带内的较低频率，这使得命令可以记录为正常声音，从而在当事人无法察觉的情况下，控制目标设备的语音助手做各种事情。这种攻击对语音控制应用程序构成严重威胁，利用语音控制系统可以禁用家庭安全系统。攻击者可能会指示当事人设备发送虚假短信和电子邮件、发布虚假在线帖子、将虚假事件添加到日历甚至可以拒绝网络服务，攻击者可能会输入命令来打开飞行模式，断开所有无线通信。

目前针对这种攻击的检测方法，大都需要复杂的时频计算，且对环境噪声的鲁棒性低，很容易被攻击者欺骗。更重要的是，目前的防御系统都无法对攻击者作出有效的反击，传统的定位方法难以直接应用在跨频段场景中，针对语音设备非线性效应语音攻击的防御工作还有很大的发展空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于麦克风阵列的超声波攻击检测及定位方法，采用在智能设备中广泛装配的麦克风阵列和一个超声波扬声器，超声波扬声器在麦克风阵列中周期性的广播辅助信号，该技术不仅可以及时、高效地检测到超声波攻击事件的发生，还可以在第一时间准确地测量出攻击者的位置，从而及时为用户清除威胁，并及时采取应对措施，起到保护信息安全、财产安全的作用，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于麦克风阵列的超声波攻击检测及定位方法，包括以下步骤：

S1：设置超声波扬声器在麦克风阵列中，周期性的广播辅助信号，与可能存在的超声波攻击信号发生下转换，从而监听有无超声波攻击；

S2：预处理采集数据，对麦克风接收到的信号进行滤波、去噪、分割以及标准化；

S3：检测预处理信号，对差频信号做频谱峰值检测，找到异常值，然后与辅助信号进行模板匹配；

S4：定位超声波攻击源，提取各个麦克风对之间的时延作为特征，输入SVM分类器中进行定位；

S5：结果输出，系统给出是否存在超声波攻击以及超声波攻击源位置。

优选的，所述步骤S1的具体步骤包括：

S101：设置一个广播多音频率的超声波扬声器在麦克风阵列中，周期性的广播辅助信号，使其与任何频率的攻击信号在非线性作用下发生下转换生成频率在[10kHz，20kHz]内的差频信号，从而被检测到：

Sg ＝ cos(2πf1t + 2πf2t + 2πf3t)   (1)，

其中Sg为辅助信号，f1、f2、f3为多音信号的三个频率，分别为25kHz、45kHz和65kHz。

S102：对辅助信号进行编码，以期在后续的信号分析中降低环境噪声的干扰。

优选的，所述步骤S2的具体步骤包括：