CN106652568A - 一种无人机空管系统接入方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机空管系统接入方法及系统，该方法的步骤为：S1：加密存储核心数据；S2：身份校验；对操作员和无人驾驶航空器设备进行有效性验证，有效性验证包括采集操作员身份信息和航空器设备信息，与步骤S1中核心数据的操作员身份信息和设备校验数据进行比对，比对结果匹配则验证通过，激活接入系统，反之则无法激活启动接入系统；S3：飞行任务申请；接入系统激活后，对无人驾驶航空器及其操作员进行身份绑定，构成了申请飞行任务的逻辑主体，所述逻辑主体向空中交通管理系统申请飞行任务和空域使用；S4：飞行数据监管。该系统用来实施上述方法。本发明具有原理简单、易实现、可形成有效技术管理等优点。

Description

一种无人机空管系统接入方法及系统

技术领域

本发明主要涉及到无人驾驶航空器的管控技术领域，特指一种无人机空中交通管理系统的接入方法及系统。

背景技术

无人驾驶航空器的发展最初可追溯到上世纪20年代，自90年代以来已经可测试用于军事任务，现在可广泛用于森林防火、植被保护、电力巡线、商业运输、航拍等等，随着无人机市场的蓬勃发展，我国无人机保有量呈现爆炸式增长。

无人驾驶航空器系统是由遥控地面站、空间通信链路、航空器和空中交通管理系统等几大部分构成。与有人驾驶航空器相比，无人驾驶航空器具有以下两点不同：

（1）操作员与航空器主体分离，操作员通过地面站远程操控航空器执行飞行任务。操作员和航空器主体分离，使传统的空中交通管理系统难以对无人驾驶航空器及其直接责任人进行有效的监管。

（2）无人驾驶航空器的飞行任务存在较大的随意性和无序性，在出现空中事故或者险情后，空中交通管理部门往往很难对无人驾驶航空器的直接责任人进行追溯定位和事后处罚。

目前，针对无人驾驶航空器的安全问题的解决方案有三类：

第一类是提高飞行器系统的可靠性，即通过冗余技术、故障诊断及自修复技术、防护技术等提高飞行器系统的可靠性，这是通用的基础安全措施。但是，任何硬件软件系统都不能保证100%的无故障率，无人机在实际飞行过程中需要配合各种系统的安全管控方案才能满足安全需求。

第二类是设计和实现各种专用安全控制系统。有从业者公布了一种无人机飞行安全控制系统，包括机载安控器、地面安控设备以及配套测试设备组成，实现无人机飞行的机上自主安全控制和地面被动安全控制。工作原理是：在无人机飞行过程中，由机载安控器按照预定的策略对无人机状态进行实时、连续监控，判断是否处于飞行意外状态，满足预定条件时，自主执行预定的动作，解除飞行意外带来的威胁。同时，地面操作员对无人机飞行数据进行监控，在无人机出现飞行异常情况时，操作地面设备发送指令至机载安全控制器执行预定的动作。这一类无人机飞行安全控制系统的问题是：通常只有在危险即将发生的飞行过程中采取紧急避险措施，减缓因大部分可预知意外而造成的重大损失，不能预防飞行任务中自身存在的错误，也不能对责任人进行有效监管。

第三类是采用特有的技术方案加强无人驾驶航空器空中交通管控。明确责任主体，预防人为因素带来的安全威胁，加强管控措施在保障系统安全中的重要作用是公知的。专利CN 103748527A公开了一种用于允许特别地在非隔离空域中的无人驾驶飞行器的任务的方法。由无人驾驶飞行器的操作员预先安排飞行计划，把飞行计划发送给管理和控制实体，由管理和控制实体对飞行计划进行核查和校正，一旦确定了飞行计划，利用该实体的私钥对飞行计划进行签名，并且利用期望执行飞行计划的无人机飞行器的公钥对飞行计划进行编码，当飞行器接收到飞行计划时，装置首先利用其自己的私钥对飞行计划进行解码，并且随后应用管理和控制实体的公钥来验证飞行计划，通过这种方式可获得可以在无人机遭受事故的情况下用作证据的工具，通过分析历史数据，可以理解例如事故是由意外故障引起的，还是由于操作员不遵守飞行计划而引起的，或者是管理和控制实体签名确认的飞行任务存在问题。该方法允许在事故的情况下出示用于确定责任的计算机证据。然而，所述技术方案依靠私钥电子签名、公钥加密飞行计划的方式来绑定管理控制实体和操作员，首先不能排除意外或恶意密钥泄露带来的身份不确定性，例如操作员只需把密钥告之对方便可私下换岗，这不利于严格的空中交通管理。第二，操作员不遵守飞行计划的情况只有在引起了飞行事故时才会被追责，而追责并不是加强交通管控的最终目的，所述技术方案不能在无人机启动时有效杜绝不合法的飞行任务。第三，没有绑定飞行设备，不能对设备进行合法性验证。

针对第三类无人机空中交通管理时空域使用不规范、飞行任务和责任人缺乏有力管控的问题，仍有待深入研究。 应满足两个基本条件，第一，对无人驾驶航空器的空域准入资格进行有效管控，从起点杜绝非授权飞行，第二对无人驾驶航空器直接责任人（也就是操作员）进行有效监管。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种可实现操作员与航空器、飞行任务三方绑定，原理简单、易实现、可形成有效技术管理的无人机空管系统接入方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种无人机空管系统接入方法，其步骤为：

S1：加密存储核心数据；所述核心数据包括禁飞数据、操作员身份信息以及设备校验数据；

S2：身份校验；对操作员和无人驾驶航空器设备进行有效性验证，有效性验证包括采集操作员身份信息和航空器设备信息，与步骤S1中核心数据的操作员身份信息和设备校验数据进行比对，比对结果匹配则验证通过，激活接入系统，反之则无法激活启动接入系统；

S3： 飞行任务申请；接入系统激活后，对无人驾驶航空器及其操作员进行身份绑定，构成了申请飞行任务的逻辑主体，所述逻辑主体向空中交通管理系统申请飞行任务和空域使用；

S4：飞行数据监管；在飞行任务执行过程中，实时采集飞行数据，与步骤S1中核心数据的禁飞数据作比对，若检测到非法或者闯入禁飞区域，则启动相应的违规处置程序。

作为本发明方法的进一步改进：所述禁飞数据包括敏感空域的信息，用户不能读取。

作为本发明方法的进一步改进：所述操作员身份信息为指纹验证信息和/或人脸识别信息。

作为本发明方法的进一步改进：所述设备校验数据是由无人机核心组件的设备编码通过加密算法获得，核心组件的设备编码为无人驾驶航空器的芯片通过加密算法进行编码获得。

作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S3中，操作员输入飞行任务数据，所述飞行任务数据包括飞行高度范围、飞行速度以及飞行区域；所述飞行任务数据和采集到的航空器设备编码通过蜂窝移动网络提交空中交通管理系，发出空域使用申请；空中交通管理系对飞行任务审核通过后，再由智能接入卡下发准飞许可，逻辑主体收到准飞许可，启动飞行任务。

所述步骤S4中违规处置程序为发出警示并紧急迫降。

本发明进一步提供一种无人机空管系统接入系统，包括：

加密数据存储器，用于存储禁飞数据、操作员身份信息以及设备校验数据，使用存储器SN码进行唯一性编码；

信息采集设备，包括无人驾驶航空器信息采集设备、指纹采集设备和飞行任务数据采集设备；

控制单元，包括主控芯片，用于对上述部件进行控制，以及用来实现检验功能。

作为本发明系统的进一步改进：所述信息采集设备集成在控制单元上。

作为本发明系统的进一步改进：所述控制单元通过无线通信设备与空中交通管理系统连接；所述飞行数据采集设备是GPS/北斗双模定位系统。

作为本发明系统的进一步改进：所述接入系统还包括通用存储设备，所述加密数据存储器与通用存储设备实现逻辑隔离。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的无人机空管系统接入方法及系统，能够对空域准入资格进行管控，可有效预防事故发生，而不是仅在事故发生时采取减少损失的补救措施。

2、本发明的无人机空管系统接入方法及系统，通过绑定操作员与设备、飞行任务，从根本上消除了由于“人机分离”所带来的管理漏洞，提升了空中交通管理系统的健全性和安全性。

3、本发明的无人机空管系统接入方法及系统，通过蜂窝移动通讯网络对无人驾驶航空器及其操作员进行在线自动化管控，当飞行任务非法时，系统能自动判别并做出相应的处置，并且飞行数据也通过蜂窝移动通讯网络实时采集并记录在地面站，实现了在线黑匣子的功能，对非法飞行的处罚提供了现实依据。

4、本发明的无人机空管系统接入方法及系统，可以采用智能接入终端装置和蜂窝移动网络通讯来实现绑定操作员与设备、飞行任务，在空中交通管理系统中易于实现且方便有效。

附图说明

图1是本发明方法的流程示意图。

图2是本发明在具体应用实例中身份校验功能的流程示意图。

图3是本发明在具体应用实例中飞行任务申请的流程示意图。

图4是本发明在具体应用实例中飞行数据监管的流程示意图。

图5是本发明系统的拓扑结构示意图。

图例说明：

501、信息采集设备；502、无人驾驶航空器信息采集设备；503、指纹采集设备；504、飞行任务数据采集设备；505、控制单元；507、主控芯片；508、加密数据存储器；509、无线通信设备；510、空中交通管理系统。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的一种无人机空管系统接入方法，其步骤为：

S1:加密存储核心数据，为后面的验证做好准备。

上述核心数据可以根据实际需要来设定，如可以包括禁飞数据、操作员身份信息、以及设备校验数据等等。

禁飞数据包括敏感空域的信息，用户不能读取。

操作员的身份验证可以是指纹验证，也可以是人脸识别，或者其它现有身份识别方式。本实例中，操作员身份信息采用指纹验证，加密存储核心数据中存储的是指纹信息。

本实例中，设备校验数据主要是由无人机核心组件的设备编码通过加密算法获得，核心组件的设备编码为无人驾驶航空器的主要芯片（例如飞行控制芯片、供电芯片、飞行主控芯片、存储器芯片、无线通信芯片等），通过加密算法（例如DES对称加密算法）进行编码获得，这种机制可以有效防止人为对无人机进行非法改装和破解，实现飞行任务和设备的绑定。

S2:身份校验。

参见图2，对操作员和无人驾驶航空器设备进行有效性验证，验证包括采集操作员身份信息和航空器设备信息，与步骤S1中加密存储的核心数据中的操作员身份信息和设备校验数据进行比对，比对结果匹配则验证通过，激活接入系统，反之则无法激活启动接入系统。

本实例中，操作员身份信息主要指指纹信息，由集成有专门的指纹采集器。

S3:飞行任务申请。

接入系统激活后，对航空器及其操作员进行了身份绑定，构成了申请飞行任务的逻辑主体，该逻辑主体向空管系统申请飞行任务和空域使用，具体流程如图3所示。

操作员输入飞行任务数据，包括飞行高度范围，飞行速度，以及飞行区域等，接入系统把飞行任务数据和采集到的航空器设备编码通过蜂窝移动网络提交，发出空域使用申请；对飞行任务审核通过后，再由智能接入卡下发准飞许可，逻辑主体收到准飞许可，启动飞行任务，飞行任务启动后，在飞行过程中实时监管，进入步骤S4。

S4:飞行数据监管。

在飞行任务执行过程中，智能终端能实时采集飞行数据，本实施例中飞行数据采集设备是GPS/北斗双模定位系统，采集无人机的高度、速度、位置等数据，与步骤S1加密数据存储器保存的禁飞数据作比对，若检测到非法或者闯入禁飞区域，则启动相应的违规处置程序，本实例中，违规处置程序为发出警示并紧急迫降。

本发明中对操作员的合法性验证的数据流是单向的。

如图4所示，在飞行数据监管过程中，通过蜂窝移动通信网络对无人驾驶航空器及其操作员进行在线自动化管控，当飞行任务非法时，系统能自动判别并做出相应的处置，并且飞行数据也通过无线通信网络实时采集并记录在地面站，实现了在线黑匣子的功能，对非法飞行的处罚提供了现实依据。

如图5所示，本发明进一步提供了一种无人机空管系统接入系统，包括控制单元505、信息采集设备501和蜂窝移动通信网络509，其中控制单元505包括一块主控芯片507、加密数据存储器508和通用存储器506；其中：

主控芯片507包含可以实现本发明上述接入方法中的必要程序。

加密数据存储器508用于存储禁飞数据、操作员身份信息、以及设备校验数据，使用存储器SN码进行唯一性编码；系统首先读取存储器的SN码，并以该SN码对加密数据模块进行解密，供系统调用，用户对数据模块无访问权限。

通用存储设备506采用固态硬盘。

信息采集设备501包括无人驾驶航空器信息采集设备502、指纹采集设备503和飞行任务数据采集设备504；信息采集设备501集成在控制单元505上；控制单元505通过无线通信设备509与空中交通管理系统510连接；飞行任务数据采集设备504是GPS/北斗双模定位系统。

在飞行任务执行过程中，智能终端能实时采集飞行数据，本实施例中飞行任务数据采集设备504是GPS/北斗双模定位系统，采集无人机的高度、速度、位置等数据，与步骤（1）加密数据存储器508保存的禁飞数据作比对，若检测到非法或者闯入禁飞区域，则启动相应的违规处置程序，本实例中，违规处置程序为发出警示并紧急迫降。

由此可见，上述方案中经过加密处理的数据存储在加密数据存储器508中，加密数据存储器508使用存储器SN码进行唯一性编码，与通用数据存储器逻辑隔离。指纹采集设备503和无人驾驶航空器设备信息采集设备502都集成在智能终端接入装置控上，控制单元505中的主控芯片507可以实现检验功能，检验部分收集采集到的信息作为数据输入，与加密数据存储器508中的核心数据进行比对，并单向返回检验结果，经验证操作员身份才能激活接入系统。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无人机空管系统接入方法，其特征在于，步骤为：

S1:加密存储核心数据；所述核心数据包括禁飞数据、操作员身份信息以及设备校验数据；

S2:身份校验；对操作员和无人驾驶航空器设备进行有效性验证，有效性验证包括采集操作员身份信息和航空器设备信息，与步骤S1中核心数据的操作员身份信息和设备校验数据进行比对，比对结果匹配则验证通过，激活接入系统，反之则无法激活启动接入系统；

S3:飞行任务申请；接入系统激活后，对无人驾驶航空器及其操作员进行身份绑定，构成了申请飞行任务的逻辑主体，所述逻辑主体向空管系统申请飞行任务和空域使用；

S4:飞行数据监管；在飞行任务执行过程中，实时采集飞行数据，与步骤S1中核心数据的禁飞数据作比对，若检测到非法或者闯入禁飞区域，则启动相应的违规处置程序。

2.根据权利要求1所述的无人机空管系统接入方法，其特征在于，所述禁飞数据包括敏感空域的信息，用户不能读取。

3.根据权利要求1所述的无人机空管系统接入方法，其特征在于，所述操作员身份信息为指纹验证信息和/或人脸识别信息。

4.根据权利要求1所述的无人机空管系统接入方法，其特征在于，所述设备校验数据是由无人机核心组件的设备编码通过加密算法获得，核心组件的设备编码为无人驾驶航空器的芯片通过加密算法进行编码获得。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的无人机空管系统接入方法，其特征在于，所述步骤S3中，操作员输入飞行任务数据，所述飞行任务数据包括飞行高度范围、飞行速度以及飞行区域；所述飞行任务数据和采集到的航空器设备编码通过蜂窝移动网络提交空中交通管理系，发出空域使用申请；空中交通管理系统对飞行任务审核通过后，再下发准飞许可，逻辑主体收到准飞许可，启动飞行任务。

6.根据权利要求1～4中任意一项所述的无人机空管系统接入方法，其特征在于，所述步骤S4中违规处置程序为发出警示并紧急迫降。

7.一种无人机空管系统接入系统，其特征在于，包括：

加密数据存储器（508），用于存储禁飞数据、操作员身份信息以及设备校验数据，使用存储器SN码进行唯一性编码；

信息采集设备（501），包括无人驾驶航空器信息采集设备（502）、操作员身份信息采集设备（503）和飞行任务数据采集设备（504）；

控制单元（505），包括主控芯片（507），用于对上述部件进行控制，以及用来实现检验功能。

8.根据权利要求7所述的无人机空管系统接入系统，其特征在于，所述信息采集设备（501）集成在控制单元（505）上。

9.根据权利要求7所述的无人机空管系统接入系统，其特征在于，所述控制单元（505）通过蜂窝移动通信设备（509）与空中交通管理系统（510）连接；所述飞行任务数据采集设备（504）是GPS/北斗双模定位系统。

10.根据权利要求7所述的无人机空管系统接入系统，其特征在于，所述接入系统还包括通用存储设备（506），所述加密数据存储器（508）与通用存储设备（506）实现逻辑隔离。