一种基于多源信息融合的汽车信息安全防护方法及装置

技术领域

本申请涉及汽车安全领域，尤其涉及一种基于多源信息融合的汽车信息安 全防护方法及装置。

背景技术

随着汽车智能化和网联化技术的不断推进，无人驾驶已经是未来发展的必 然趋势。高级驾驶辅助系统(ADAS,Advanced Driver Assistance System)和V2X 技术(Vechileto Everything)分别是实现无人驾驶的内部和外部技术。ADAS 是利用车载端多传感器收集周围环境的数据，与高精度地图的实时数据进行匹 配，从而进行计算决策，预先为驾驶者判断可能发生的危险，保证行车的安全 性；V2X技术以联网通信的模式强化感知，实现人、车、路和环境的协同。智 能网联汽车依托车载传感器和V2X通信技术，实现无人驾驶。

但是网络攻击问题的出现，使得智能网联汽车和智能交通系统的发展受 阻，如何抑制甚至消除网络攻击给车辆系统和交通系统带来的不稳定因素，如 何利用车辆自身的传感器数据和通信数据实现车辆驾驶的安全性是亟待解决 的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本申请实施例提供了一种基于多源信息融合的汽车信 息安全防护方法及装置，用以在车车之间的通信信息被攻击者篡改、欺骗和干 扰后，剔除粗糙及错误信息，并融合多源数据，获取更为精准的信息，提高安 全性。

第一方面，本申请实施例提供的一种基于多源信息融合的汽车信息安全防 护方法，包括：

获取车载传感器测量的第一数据和车联网通信获得的第二数据；

对所述第一数据和所述第二数据进行一致性检验，得到信任值；

若所述信任值大于第一门限，则对所述第一数据和所述第二数据进行滤波 处理和融合处理；

若所述信任值小于等于第一门限且大于等于第二门限，则对所述第二数据 进行加速度突变检验和修正得到第三数据，对所述第一数据和所述第三数据进 行滤波处理和融合处理；

若所述信任值小于第二门限，则剔除所述第二数据，仅对所述第一数据进 行滤波处理；

其中，所述第一门限和第二门限是预先设置的。

进一步的，所述对所述第一数据和所述第二数据进行滤波处理和融合处理 包括：

对所述第一数据进行卡尔曼滤波得到第四数据，对所述第二数据进行卡尔 曼滤波得到第五数据，并对所述第四数据和第五数据进行融合处理。

进一步的，所述对所述第一数据和所述第三数据进行滤波处理和融合处理 包括：

对所述第一数据进行卡尔曼滤波得到第四数据，对所述第三数据进行卡尔 曼滤波得到第六数据，并对所述第四数据和第六数据进行融合处理。

进一步的，所述仅对所述第一数据进行滤波处理包括：

对所述第一数据进行卡尔曼滤波。

优选的，所述车载传感器测量的第一数据包括：

通过车载毫米波雷达测量得到的与前车的位置；

通过车载毫米波雷达测量得到的前车的速度；

通过车载毫米波雷达测量得到的前车的加速度。

优选的，所述车联网通信获得的第二数据包括：

通过车联网通信获得的前车的位置；

通过车联网通信获得的前车的速度；

通过车联网通信获得的前车的加速度。

优选的，所述进行一致性检验包括：

通过置信测度函数p(x

其中，

σ

σ

进一步的，所述对所述第一数据和所述第二数据进行一致性检验，得到信 任值，包括：

所述置信测度函数的值为信任值，所述信任值大于等于0小于等于1；

所述第一门限的值为0.40；

所述第二门限的值为0.80。

优选的，所述融合处理包括：

融合前的数据为x

融合后的θ为：

其中，σ

进一步的，所述进行加速度突变检验和修正包括：

若所述加速度大于第一加速度阈值，则将所述加速度修正为等于第一加速 度阈值；

若所述加速度小于第二加速度阈值，则将所述加速度修正为等于第二加速 度阈值；

若所述加速度大于等于第二加速度阈值且小于等于第一加速度阈值，则不 对所述加速度进行处理；

其中，所述第一加速度阈值大于所述第二加速度阈值。

优选的，本申请提供的汽车信息安全防护方法还包括：将处理后的数据输 入车辆控制和决策系统中。

使用本发明提供的基于多源信息融合的汽车信息安全防护方法，首先对数 据一致性进行检验，若检验结果为充分相信，则直接对车载传感器测量的数据 和车联网通信获得的数据进行滤波和融合处理；若检验结果为相信，则先对车 联网通信获得的数据进行加速度突变检验和修正，然后再进行滤波和融合处 理；若检验结果为不相信，则直接剔除车联网通信获得的数据。通过本发明的 处理，在车车之间的通信信息被攻击者篡改、欺骗和干扰后，剔除粗糙及错误 信息，并融合多源数据，获取更为精准的信息，从而提高安全性。

第二方面，本申请实施例还提供一种基于多源信息融合的汽车信息安全防 护装置，包括：

数据获取模块，用于获取车载传感器测量的第一数据和车联网通信获得的 第二数据；

检验处理模块，用于对所述第一数据和所述第二数据进行一致性检验，得 到信任值；

滤波模块，用于对数据进行卡尔曼滤波处理；

融合模块，用于对数据进行融合处理；

加速度突变检验和修复模块，用于对加速度进行突变检验和修复；

输出模块，用于将处理后的数据输入车辆控制和决策系统中。

第三方面，本申请实施例还提供一种基于多源信息融合的汽车信息安全防 护装置，包括：存储器、处理器和用户接口；

所述存储器，用于存储计算机程序；

所述用户接口，用于与用户实现交互；

所述处理器，用于读取所述存储器中的计算机程序，所述处理器执行所述 计算机程序时，实现本发明提供的基于多源信息融合的汽车信息安全防护方 法。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所 需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一 些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的基于多源信息融合的汽车信息安全防护方法流 程示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种基于多源信息融合的汽车信息安全防 护方法流程示意图；

图3为本申请实施例提供的加速度突变检测和修正示意图；

图4为本申请实施例提供的卡尔曼滤波示意图；

图5为本申请实施例提供的基于多源信息融合的汽车信息安全防护装置组 成示意图；

图6为本申请实施例提供的另一种基于多源信息融合的汽车信息安全防护 装置结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发 明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例， 而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面对文中出现的一些词语进行解释：

1、本发明实施例中术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存 在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单 独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

2、本申请实施例中术语“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类 似。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，并不是 全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请实施例的展示顺序仅代表实施例的先后顺序，并不 代表实施例所提供的技术方案的优劣。

实施例一

参见图1，本申请实施例提供的一种基于多源信息融合的汽车信息安全防 护方法示意图，如图1所示，该方法包括步骤S101到S103：

S101，获取车载传感器测量的第一数据和车联网通信获得的第二数据；

S102，对所述第一数据和所述第二数据进行一致性检验，得到信任值；

S103，若所述信任值大于等于第一门限，则对所述第一数据和所述第二数 据进滤波处理和融合处理；若所述信任值小于第一门限且大于等于第二门限， 则对所述第二数据进行加速度突变检验和修正得到第三数据，对所述第一数据 和所述第三数据进行滤波处理和融合处理；若所述信任值小于第二门限，则剔 除所述第二数据，仅对所述第一数据进行滤波处理。

其中，所述第一门限和第二门限是预先设置的，具体的值根据需求确定。

上述步骤S101中，汽车通过自身搭载的车载传感器获取第一数据，第一 数据可以包括以下之一或者组合：与前车的距离，前车的速度，前车的加速度 等；

作为一种优选示例，可以通过车载毫米波雷达测量得到与前车的距离和前 车的速度；

作为一种优选示例，可以通过车载全球卫星定位系统GPS获得本车的位 置，同时可以结合上述与前车的距离，计算出前车的位置；

作为一种优选示例，可以通过车载测速仪测量获得本车的速度，可以通过 车载陀螺仪测量获得本车的加速度。

上述步骤S101中，汽车通过车载的车联网通信装置，在车联网通信过程 中获的第二数据，第二数据可以包括以下之一或者组合：前车的速度，前车的 位置，前车的加速度等。

需要说明的是，前车可以首先通过前车自身搭载的传感器测量获得前车自 身的速度，位置，加速度等，然后通过车联网将测量结果传输到当前车辆。作 为一种优选示例，传输的内容还可以包括前车自身的有关参数，例如包括但不 限于：前车车载传感器的测量标准差，传感器的型号，传感器的功耗，车辆的 长度，车辆的宽度，车辆的高度等。

上述步骤S102中，对所述第一数据和所述第二数据进行一致性检验，得 到信任值，即对第一数据和第二数据中，相同的测量量，对两个来源的结果进 行一致性检验。例如，对通过车载传感器获得前车的位置和通过车联网通信获 得的前车的位置，进行一致性检验；再例如，对通过车载传感器获得前车的速 度和通过车联网通信获得的前车的速度，进行一致性检验。

下面以前车的位置的一致性检验为例，给出检验过程，其他测量量一致性 检验过程相同。

通过置信测度函数p(x

其中，

σ

p(x

需要说明的是，进行一致性检验时，第一数据和第二数据需是相同的测量 量，即若第一数据为位置，第二数据也是位置；若第一数据为速度，第二数据 也是速度；若第一数据为加速度，第二数据也是加速度。

具体的，将p(x

若所述信任值大于第一门限，则对所述第一数据和所述第二数据进滤波处 理和融合处理；

若所述信任值小于等于第一门限且大于等于第二门限，则对所述第二数据 进行加速度突变检验和修正得到第三数据，对所述第一数据和所述第三数据进 行滤波处理和融合处理；

若所述信任值小于第二门限，则剔除所述第二数据，仅对所述第一数据进 行滤波处理。

例如，第一门限和第二门限分别设置为0.80，第二门限设置为0.40，则对 检验结果进行分类处理如下表1所示：

表1：

当p(x

上述步骤S103中，作为一种优选示例，滤波处理可以是卡尔曼滤波，即 所述对所述第一数据和所述第二数据进行滤波处理和融合处理包括：

对所述第一数据进行卡尔曼滤波得到第四数据，对所述第二数据进行卡尔 曼滤波得到第五数据，并对所述第四数据和第五数据进行融合处理。

作为一种优选示例，所述对所述第一数据和所述第三数据进行滤波处理和 融合处理包括：

对所述第一数据进行卡尔曼滤波得到第四数据，对所述第三数据进行卡尔 曼滤波得到第六数据，并对所述第四数据和第六数据进行融合处理。

作为一种优选示例，所述仅对所述第一数据进行滤波处理包括：

对所述第一数据进行卡尔曼滤波。

具体的，本申请实施例提供的卡尔曼滤波过程如图4所示：

卡尔曼滤波以迭代方式对目标状态进行预测和更新，状态更新方程和观 测方程是卡尔曼滤波中的组成单元，离散线性系统的状态空间可表示成：

X

其中观测输出变量为：

Z

其中X

假定系统的过程噪声W(k)和观测噪声V(k)都是零均值的白噪声序列，且初 始状态之间互不相关。若各参数满足上述的约束条件，且已知k-1时刻X

(1)系统状态一步估计预测方程：

(2)一步预测协方差矩阵：

(3)滤波增益方程：

(4)状态更新：

(5)协方差矩阵更新：

P

其中，

只要给出了输入的初始状态，即只要确定初值X

作为一种优选示例，上述步骤S103中，对所述第一数据和所述第二数据 进行融合处理，与对所述第一数据和所述第三数据进行融合处理，融合处理的 方法是相同的，即对两个来源的数据进行相同的融合处理操作。具体的，两个 来源测量的数据分别为x

则似然函

L(x

对上式进行求解，得到：

需要说明的是，对位置，速度等数据的融合，都可以采用上述相同的方法， 即两个来源的数据x

作为一种优选示例，上述步骤S103中，对所述第二数据进行加速度突变 检验和修正，可以是：

若所述加速度大于第一加速度阈值，则将所述加速度修正为等于第一加速 度阈值；

若所述加速度小于第二加速度阈值，则将所述加速度修正为等于第二加速 度阈值；

若所述加速度大于等于第二加速度阈值且小于等于第一加速度阈值，则不 对所述加速度进行处理；

其中，所述第一加速度阈值大于所述第二加速度阈值。

上述加速度突变检验和修正方法如图3所示，a

在车辆行驶过程中，根据动力学队列控制IDM模型，每辆车的动力学更新 方程可以用以下公式表示：

其中v

在足够小的时间步长下，令：

每辆车都有最大加速度与最大减速度的阈值。对加速度的突变性检验方程 为：

其中a

(1)若加速度变化符合阈值范围，即

(2)若加速度超出阈值，则对加速度进行修正，使其满足阈值。即当

作为一种优选示例，在上述步骤S103后，还包括：将处理后的数据输入 车辆控制和决策系统中。具体的，可以是以下之一：

若所述信任值大于第一门限，对所述第一数据进行卡尔曼滤波得到第四数 据，对所述第二数据进行卡尔曼滤波得到第五数据，并对所述第四数据和第五 数据进行融合处理，得到第七数据，将第七数据输入车辆控制和决策系统中；

若所述信任值小于等于第一门限且大于等于第二门限，则对所述第二数据 进行加速度突变检验和修正得到第三数据，对所述第一数据进行卡尔曼滤波得 到第四数据，对所述第三数据进行卡尔曼滤波得到第六数据，并对所述第四数 据和第六数据进行融合处理，得到第八数据，将第八数据输入车辆控制和决策 系统中；

若所述信任值小于第二门限，则剔除所述第二数据，仅对所述第一数据进 行滤波处理，得到第九数据，将第九数据输入车辆控制和决策系统中。

下面结合图2，对上述汽车信息安全防护方法给出一个示例：

S201，获取数据；该步骤同S101，在此不再赘述；

S202，进行一致性检验；该步骤同S102，在此不再赘述；

S203，判断是否通过一致性检验，若是则执行S205，否则执行S204；本 步骤中，通过一致性检验是指信任值大于第一门限；没有通过一致性检验是指 信任值小于等于第一门限；

S204，判断是否信任数据；若信任则执行S207，否则执行S211；本步骤 中，信任数据是指，信任值小于等于第一门限且大于等于第二门限；不信任数 据是指，信任值小于第二门限；

S205，进行卡尔曼滤波；本步骤中，卡尔曼滤波的方法，与S103中的卡 尔曼滤波方法相同，在此不再赘述；

S206，进行数据融合处理；本步骤中，数据融合处理方法，与S103中的 数据融合处理方法相同，在此不再赘述；

S207，进行加速度突变检验和修复；本步骤中，加速度突变检验和修复的 方法，与S103中加速度突变检验和修复方法相同，在此不再赘述；

S208，进行卡尔曼滤波；同S205；

S209，进行数据融合处理；同S206；

S210，剔除车联网通信数据；即将车联网通信数据直接抛弃；

S211，进行卡尔曼滤波；同S205；

S212，输出结果；即将处理后的数据输入车辆控制和决策系统中。

使用本发明提供的基于多源信息融合的汽车信息安全防护方法，首先对数 据一致性进行检验，若检验结果为充分相信，则直接对车载传感器测量的数据 和车联网通信获得的数据进行滤波和融合处理；若检验结果为相信，则先对车 联网通信获得的数据进行加速度突变检验和修正，然后再进行滤波和融合处 理；若检验结果为不相信，则直接剔除车联网通信获得的数据。通过本发明的 处理，在车车之间的通信信息被攻击者篡改、欺骗和干扰后，剔除粗糙及错误 信息，并融合多源数据，获取更为精准的信息，从而提高安全性。

实施例二

基于同一个发明构思，本发明实施例还提供了一种基于多源信息融合的汽 车信息安全防护装置，如图5所示，该装置包括：

数据获取模块501，用于获取车载传感器测量的第一数据和车联网通信获 得的第二数据；

检验处理模块502，用于对所述第一数据和所述第二数据进行一致性检验， 得到信任值；

滤波模块503，用于对数据进行卡尔曼滤波处理；

融合模块504，用于对数据进行融合处理；

加速度突变检验和修复模块506，用于对加速度进行突变检验和修复；

输出模块505，用于将处理后的数据输入车辆控制和决策系统中。

需要说明的是，本实施例提供的数据获取模块501，能实现实施例一中步 骤S101包含的全部功能，解决相同技术问题，达到相同技术效果，在此不再 赘述；

相应的，本实施例提供的检验处理模块502，能实现实施例一中步骤S102 包含的全部功能，解决相同技术问题，达到相同技术效果，在此不再赘述；

相应的，本实施例提供的滤波模块503，能实现实施例一中步骤S103中 滤波处理的全部功能，解决相同技术问题，达到相同技术效果，在此不再赘述；

相应的，本实施例提供的融合模块504，能实现实施例一中步骤S103中 融合处理的全部功能，解决相同技术问题，达到相同技术效果，在此不再赘述；

相应的，本实施例提供的加速度突变检验和修复模块506，能实现实施例 一中步骤S103中加速度突变检验和修复的全部功能，解决相同技术问题，达 到相同技术效果，在此不再赘述；

相应的，本实施例提供的输出模块505，能实现实施例一中将处理后的数 据输入车辆控制和决策系统中的全部功能，解决相同技术问题，达到相同技术 效果，在此不再赘述；

需要说明的是，实施例二提供的装置与实施例一提供的方法属于同一个发 明构思，解决相同的技术问题，达到相同的技术效果，实施例二提供的装置能 实现实施例一的所有方法，相同之处不再赘述。

实施例三

基于同一个发明构思，本发明实施例还提供了一种基于多源信息融合的汽 车信息安全防护装置，如图6所示，该装置包括：

包括存储器602、处理器601和用户接口603；

所述存储器602，用于存储计算机程序；

所述用户接口603，用于与用户实现交互；

所述处理器601，用于读取所述存储器602中的计算机程序，所述处理器 601执行所述计算机程序时，实现：

获取车载传感器测量的第一数据和车联网通信获得的第二数据；

对所述第一数据和所述第二数据进行一致性检验，得到信任值；

若所述信任值大于第一门限，则对所述第一数据和所述第二数据进行滤波 处理和融合处理；

若所述信任值小于等于第一门限且大于等于第二门限，则对所述第二数据 进行加速度突变检验和修正得到第三数据，对所述第一数据和所述第三数据进 行滤波处理和融合处理；

若所述信任值小于第二门限，则剔除所述第二数据，仅对所述第一数据进 行滤波处理。

所述处理器601还用于：

将处理后的数据输入车辆控制和决策系统中。

其中，在图6中，总线架构可以包括任意数量的互联的总线和桥，具体由 处理器601代表的一个或多个处理器和存储器602代表的存储器的各种电路链 接在一起。总线架构还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的 各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进 行进一步描述。总线接口提供接口。处理器601负责管理总线架构和通常的处 理，存储器602可以存储处理器601在执行操作时所使用的数据。

处理器601可以是CPU、ASIC、FPGA或CPLD，处理器601也可以采用 多核架构。

处理器601执行存储器602存储的计算机程序时，实现实施例一中的任一 汽车信息安全防护的方法。

需要说明的是，实施例三提供的装置与实施例一提供的方法属于同一个发 明构思，解决相同的技术问题，达到相同的技术效果，实施例三提供的装置能 实现实施例一的所有方法，相同之处不再赘述。

本申请还提出一种处理器可读存储介质。其中，该处理器可读存储介质存 储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现实施例一中的任一基 于多源信息融合的汽车信息安全防护方法。

需要说明的是，本申请实施例中对单元的划分是示意性的，仅仅为一种逻 辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。另外，在本申请各个实施例 中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存 在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采 用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计 算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结 合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包 含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和 光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产 品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和 /或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/ 或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入 式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算 机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一 个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设 备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中 的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个 流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申 请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及 其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。