Cyber-resilience is an increasing concern in developing autonomous navigation solutions for marine vessels. This paper scrutinizes cyber-resilience properties of marine navigation through a prism with three edges: multiple sensor information fusion, diagnosis of not-normal behaviours, and change detection. It proposes a two-stage estimator for diagnosis and mitigation of sensor signals used for coastal navigation. Developing a Likelihood Field approach, a first stage extracts shoreline features from radar and matches them to the electronic navigation chart. A second stage associates buoy and beacon features from the radar with chart information. Using real data logged at sea tests combined with simulated spoofing, the paper verifies the ability to timely diagnose and isolate an attempt to compromise position measurements. A new approach is suggested for high level processing of received data to evaluate their consistency, that is agnostic to the underlying technology of the individual sensory input. A combined parametric Gaussian modelling and Kernel Density Estimation is suggested and compared with a generalized likelihood ratio change detector that uses sliding windows. The paper shows how deviations from nominal behaviour and isolation of the components is possible when under attack or when defects in sensors occur.


翻译:在为海洋船只开发自主导航解决方案时,网络复原力日益成为人们日益关注的海洋船只开发自主导航解决方案的问题。本文件通过三边的棱镜审查海洋航行的网络复原力特性:多传感器信息聚合、非正常行为的诊断和变化探测。它建议了用于沿海航行的传感器信号诊断和减缓的两阶段估计器。开发了“相似场”方法,第一阶段从雷达中提取海岸线特征,并将其与电子导航图相匹配。第二阶段与雷达中的浮标和信标特征相联,并附有图表信息。使用在海上测试中记录的真实数据,加上模拟浮标,文件核查及时诊断的能力,并分离试图折射位置测量。建议采用新方法,对收到的数据进行高水平处理,以评价其一致性,这是对单个感官输入的基本技术的认知性。建议采用综合的参数高地模型和Kernel Density Estimation,并与使用滑动窗口的通用概率变化探测器进行比较。纸张显示,在攻击或传感器出现缺陷时,可能出现表面行为偏差和隔绝的情况。

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