CN110942672A - 用于禁飞区的无人机管控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用于禁飞区的无人机管控系统，用于对飞入预设空域内的无人机进行驱逐，包括：遥控设备、无人机以及空管中心，遥控设备与无人机之间构建第一通信信道，遥控设备通过第一通信信道与无人机进行无线通信；空管中心用于监测无人机是否飞入预设空域内，并与飞入预设空域内的无人机之间构建第二通信信道，空管中心通过第二通信信道与无人机进行无线通信；第一通信信道采用第一频段，第二通信信道采用区分于第一频段的第二频段；第二频段的信号优先于第一频段的信号被无人机接收，以使空管中心替代遥控设备对无人机形成直接控制，另外，本发明还提供一种应用上述无人机管控系统的无人机管控方法。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种用于禁飞区的无人机管控系统及方法。
背景技术
无人机全称为无人驾驶飞机(Unmanned Aerial Vehicle/Drones，UAV)。它是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。和载人飞行器相比，无人机通常更适用于人类不愿意处理的任务，在艰难的环境中作业，以及在危险的情况下可以避免对人身安全造成威胁。初始阶段的无人机主要来自于军事应用，现如今，无人机已经扩展到商业，科学，娱乐，农业和其他应用领域中，例如警务工作和监视任务，物资运送，航空摄影，农业植保和无人机驾驶比赛等。现在民用无人机的数量大大超过了军用无人机的数量。
禁飞区又称禁航区和限飞区，是指在一个国家的陆地或领海上空划定的禁止任何未经特别申请许可的飞行器飞入或飞越的空域。目前，对于飞入禁飞区中的无人机进行驱逐主要有以下两种方式：一，找到无人机的操控者，命令无人机的操控者控制无人机飞离禁飞区或降落；二，通过发射干扰器以中断无人机和遥控器之间的通讯，迫使无人机降落。然而，上述两种方式均无法实现对禁飞区的无人机进行直接有效的管控，驱逐效率不高。
发明内容
鉴于上述内容，有必要提供一种用于禁飞区的无人机管控系统及方法，能够有效提高对飞入禁飞区中的无人机的驱逐效率。
本发明提供一种用于禁飞区的无人机管控系统，用于对飞入预设空域内的无人机进行驱逐，其包括：遥控设备、无人机以及空管中心，所述遥控设备与所述无人机之间构建第一通信信道，所述遥控设备通过所述第一通信信道与所述无人机进行无线通信；所述空管中心用于监测所述无人机是否飞入所述预设空域内，并与飞入所述预设空域内的无人机之间构建第二通信信道，所述空管中心通过所述第二通信信道与所述无人机进行无线通信；所述第一通信信道采用第一频段，所述第二通信信道采用区分于所述第一频段的第二频段；所述第二频段的信号优先于所述第一频段的信号被所述无人机接收，以使所述空管中心替代所述遥控设备对所述无人机形成直接控制。
进一步地，所述遥控设备包括第一控制模块、第一安全模块、第一射频收发器、第一天线及第一电源模块，所述第一控制模块用于控制和协调所述第一安全模块、所述第一射频收发器、所述第一天线及所述第一电源模块的动作；所述第一安全模块电连接于所述第一控制模块，用于对接收到的数字信号进行加解密处理；所述第一射频收发器电连接于所述第一安全模块，用于将数字信号与第一频段的射频信号进行转换；所述第一天线电连接于所述第一射频收发器，用于收发第一频段的射频信号；所述第一电源模块电连接于所述第一控制模块，以用于提供所述遥控设备各模块运作过程中的电能。
进一步地，所述无人机包括第二控制模块、第二安全模块、转接模块、第二射频收发器、第二天线、第三射频收发器及第三天线；所述第二控制模块用于稳定无人机的飞行姿态，并能控制无人机进行自主或半自主飞行；所述第二安全模块电连接于所述第二控制模块和所述转接模块，用于对接收到的数字信号进行加解密处理；所述转接模块电连接于所述第二射频收发器和第三射频收发器，用于将所述第二射频收发器及所述第三射频收发器接收到的数字信号密文转交给所述第二安全模块进行解密处理，并将来自所述第二安全模块的数字信号密文转交给指定的收发器；所述第二射频收发器用于接收来自所述转接模块的数字信号密文，并将其变成第一频段的射频信号密文后传送至所述第二天线；所述第二射频收发器还用于接收由所述第二天线收到的第一频段的射频信号密文，并将其转换成数字信号密文后发送至所述转接模块；所述第二天线电连接于所述第二射频收发器，用于收发第一频段的射频信号密文，所述第二天线与所述第一天线配合以实现所述无人机与所述遥控设备之间第一频段的射频信号密文传送；所述第三射频收发器用于接收来自所述转接模块的数字信号密文，并将其变成第二频段的射频信号密文后传送至第三天线；所述第三射频收发器还用于接收由所述第三天线收到的第二频段的射频信号密文，并将其转换成数字信号密文后发送至所述转接模块；所述第三天线电连接于所述第三射频收发器，用于将所述第三射频收发器产生的第二频段的射频信号密文发出并接收来自外界的第二频段的射频信号密文。
进一步地，所述转接模块分别接收到来自所述第二射频收发器和所述第三射频收发器的数字信号密文，所述转接模块优先将所述第三射频收发器的数字信号密文转交给所述第二安全模块进行解密处理，并截停所述第二射频收发器发出的数字信号密文。
进一步地，无人机还包括动力模块、采集模块和第二电源模块；所述动力模块电连接于所述第二控制模块，并在所述第二控制模块的控制作用下驱使所述无人机执行相应的飞行动作；所述采集模块电连接于所述第二控制模块，用于采集所述无人机自身以及周围环境的数据信息；所述第二电源模块电连接于所述第二控制模块，以用于提供所述无人机各模块运作过程中的电能。
进一步地，所述空管中心包括第三控制模块、监测模块、第三安全模块、第四射频收发器、第四天线及第三电源模块；所述第三控制模块用于控制和协调所述监测模块、所述第三安全模块、所述第四射频收发器、所述第四天线及所述第三电源模块的动作；所述监测模块电连接于所述第三控制模块，用于监测是否有无人机飞入所述预设空域内；所述第三安全模块电连接于所述第三控制模块，用于对接收到的数字信号进行加解密处理；所述第四射频收发器电连接于所述第三安全模块，用于将数字信号与第二频段的射频信号进行转换；所述第四天线电连接于所述第四射频收发器，用于收发第二频段的射频信号密文，所述第四天线与所述第三天线配合以实现所述无人机与所述空管中心之间第二频段的射频信号密文传送；所述第三电源模块电连接于所述第三控制模块，以用于提供所述空管中心各模块运作过程中的电能。
另外，本发明还提供一种无人机管控方法，所述无人机管控方法包括：一遥控设备与一无人机通过第一频段构建第一通信信道；所述遥控设备通过所述第一通信信道与所述无人机进行无线通信；若一空管中心监测到所述无人机飞入预设空域内；所述空管中心与所述无人机通过第二频段构建第二通信信道；所述空管中心通过所述第二通信信道替代所述第一通信信道与所述无人机进行无线通信。
进一步地，所述遥控设备通过所述第一通信信道与所述无人机进行无线通信包括：在所述遥控设备的第一安全模块中预置遥控设备的数字证书和公私密钥，并在所述无人机的第二安全模块中预置所述无人机的数字证书和公私密钥；所述遥控设备向所述无人机发送连接请求；所述无人机响应该连接请求并向所述遥控设备返回无人机的数字证书以及经私钥签名的相关身份信息；所述遥控设备验证所述无人机的数字证书是否由信赖的CA中心所签发的，以验证所述无人机的数字证书的合法性；然后采用数字证书中的公钥对已签名的相关身份信息进行解密，并比对解密后的相关身份信息与所述无人机数字证书中的身份信息是否一致，以对所述无人机的身份认证；所述遥控设备向所述无人机返回遥控设备的数字证书以及经私钥签名的相关身份信息；所述无人机验证所述遥控设备的数字证书是否由信赖的CA中心所签发的，以验证所述遥控设备的数字证书的合法性；然后采用数字证书中的公钥对已签名的相关身份信息进行解密，并比对解密后的相关身份信息与所述遥控设备数字证书中的身份信息是否一致，以对所述遥控设备的身份认证；所述遥控设备与所述无人机进行密钥协商并生成会话密钥；所述遥控设备与所述无人机之间通过密文进行无线通信。
进一步地，所述遥控设备通过所述第一通信信道与所述无人机进行无线通信还包括：所述遥控设备的第一控制模块产生相应的数字信号，所述遥控设备的第一安全模块对所述数字信号进行加密处理，所述遥控设备的第一射频收发器接收来自所述第一安全模块的数字信号密文，并将其变成第一频段的射频信号密文后经由所述遥控设备的第一天线发出；所述无人机的第二天线接收到第一频段的射频信号密文并转交给所述无人机的第二射频收发器，所述第二射频收发器将射频信号密文转化为数字信号密文并发给所述无人机的转接模块，所述转接模块将所述第二射频收发器的数字信号密文转交给所述无人机的第二安全模块进行解密处理，以得到数字信号明文，所述无人机的第二控制模块根据所述数字信号明文控制所述无人机的动力模块执行相应的动作，待执行完毕后，反馈结果给所述遥控设备。
进一步地，所述空管中心通过所述第二通信信道替代所述第一通信信道与所述无人机进行无线通信具体包括：所述空管中心的第三控制模块产生相应的数字信号，所述空管中心的第三安全模块对所述数字信号进行加密处理，所述空管中心的第四射频收发器接收来自所述第三安全模块的数字信号密文，并将其变成第二频段的射频信号密文后经由所述空管中心的第四天线发出；所述无人机的第三天线接收到第二频段的射频信号密文并转交给所述无人机的第三射频收发器，所述第三射频收发器将射频信号密文转化为数字信号密文并发给所述无人机的转接模块，所述转接模块将所述第三射频收发器的数字信号密文优先转交给所述无人机的第二安全模块进行解密处理以得到数字信号明文，并截停所述无人机的第二射频收发器发出的数字信号密文，所述无人机的第二控制模块根据所述数字信号明文控制所述动力模块执行相应的动作，待执行完毕后，反馈结果给所述空管中心。
本发明的用于禁飞区的无人机管控系统及方法通过在无人机与遥控设备之间构建第一通信信道，并在无人机与空管中心之间构建第二通信信道，所述第一通信信道采用第一频段，所述第二通信信道采用区分于所述第一频段的第二频段，且所述第二频段的信号优先于所述第一频段的信号被所述无人机接收，以当所述遥控设备和所述空管中心分别通过所述第一通信信道和所述第二通信信道向所述无人机发送各自频段的信号时，所述空管中心能够替代所述遥控设备对所述无人机形成直接控制，从而有效提高了对飞入禁飞区中的无人机的驱逐效率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一个实施例的无人机管控系统的示意图。
图2是图1所示的无人机管控系统中的遥控设备的结构框图。
图3是图1所示的无人机管控系统中的无人机的结构框图。
图4是图1所示的无人机管控系统中的空管中心的结构框图。
图5是本发明另一个实施例的无人机管控系统的管控方法流程图。
图6是本发明另一个实施例的无人机管控系统的遥控设备与无人机进行无线通信的方法流程图。
图7是本发明另一个实施例的无人机管控系统的空管中心与无人机进行无线通信的方法流程图。
主要元件符号说明
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
请同时参阅图1至图4，本发明的一个实施例提供一种用于禁飞区的无人机管控系统100，用于对飞入预设空域(禁飞区)内的无人机进行驱逐，以实现对无人机的安全管控。
所述无人机管控系统100包括遥控设备10、无人机20以及空管中心30，所述遥控设备10与所述无人机20之间构建第一通信信道，所述遥控设备10通过所述第一通信信道与所述无人机20进行无线通信，以实现遥控设备10对所述无人机20的控制；所述空管中心30用于监测所述无人机20是否飞入所述预设空域内，并与所述无人机20之间构建第二通信信道，所述空管中心30通过所述第二通信信道与所述无人机20进行无线通信，以实现空管中心30对所述无人机20的管控；所述第一通信信道采用第一频段，所述第二通信信道采用区分于所述第一频段的第二频段；当所述遥控设备10和所述空管中心30分别通过所述第一通信信道和所述第二通信信道向所述无人机20发送各自频段的信号，所述第二频段的信号优先于所述第一频段的信号被所述无人机20接收，即所述空管中心30可替代所述遥控设备10对所述无人机20形成直接控制。
在本实施例中，常态下，第二通信信道为静默状态，无人机20仅通过第一通信信道与遥控设备10进行无线通信；在特定的情况下，第二通信信道由静默状态转变为激活状态，此时，无人机20即可通过第二通信信道与空管中心30进行无线通信。优选地，第一通信信道所采用的第一频段应该符合无人机行业使用频段的要求：840.5-845MHz(兆赫兹)、1430-1444MHz和2408-2440MHz；所述第二通信信道所采用的第二频段在特定的授权条件下允许使用。
具体地，遥控设备10包括第一控制模块11、第一安全模块12、第一射频收发器13、第一天线14及第一电源模块15。所述第一控制模块11用于控制和协调所述第一安全模块12、所述第一射频收发器13、所述第一天线14及所述第一电源模块15的动作，并根据用户的需求产生相应的数字信号并对接收到的数字信号进行运算处理；所述第一安全模块12电连接于第一控制模块11，用于对接收到的数字信号进行加解密处理；优选地，所述第一安全模块12支持对称密码算法、非对称密码算法和杂凑、哈希密码算法；所述第一射频收发器13电连接于所述第一安全模块12，用于接收所述第一安全模块12发来的数字信号密文，并将其变成第一频段的射频信号密文后传送至第一天线14；所述第一射频收发器13还可以接收由第一天线14收到的第一频段的射频信号密文，并将其转换成数字信号密文后发送至所述第一安全模块12进行解密处理；所述第一天线14电连接于所述第一射频收发器13，用于将所述第一射频收发器13产生的第一频段的射频信号密文发出并接收来自外界的第一频段的射频信号密文；所述第一电源模块15电连接于所述第一控制模块11，以用于提供遥控设备10各模块运作过程中的电能。优选地，所述第一电源模块15为锂电池。
在本实施例中，无人机20包括第二控制模块21、第二安全模块22、转接模块23、第二射频收发器24、第二天线25、第三射频收发器26及第三天线27。
具体地，所述第二控制模块21用于稳定无人机20的飞行姿态，并能控制无人机20进行自主或半自主飞行；第二安全模块22电连接于第二控制模块21和转接模块23，用于对所述第二控制模块21所产生的数字信号明文进行加密处理，并对来自所述转接模块23的数字信号密文进行解密处理；优选地，所述第二安全模块22支持对称密码算法、非对称密码算法和杂凑、哈希密码算法；所述转接模块23电连接于所述第二射频收发器24和第三射频收发器26，用于将所述第二射频收发器24及所述第三射频收发器26接收到的数字信号密文转交给所述第二安全模块22进行解密处理，并将来自所述第二安全模块22的数字信号密文转交给指定的收发器。
所述第二射频收发器24用于接收来自所述转接模块23的数字信号密文，并将其变成第一频段的射频信号密文后传送至所述第二天线25；所述第二射频收发器24还可以接收由第二天线25收到的第一频段的射频信号密文，并将其转换成数字信号密文后发送至所述转接模块23；所述第二天线25电连接于所述第二射频收发器24，用于收发第一频段的射频信号密文，所述第二天线25与所述第一天线14配合以实现无人机20与遥控设备10之间第一频段的射频信号密文传送。
可以理解，所述第一射频收发器13、第一天线14、所述第二射频收发器24及第二天线25分别适用于收发第一频段的射频信号。
所述第三射频收发器26用于接收来自所述转接模块23的数字信号密文，并将其变成第二频段的射频信号密文后传送至第三天线27；所述第三射频收发器26还可以接收由第三天线27收到的第二频段的射频信号密文，并将其转换成数字信号密文后发送至所述转接模块23；所述第三天线27电连接于所述第三射频收发器26，用于将所述第三射频收发器26产生的第二频段的射频信号密文发出并接收来自外界的第二频段的射频信号密文。
若所述转接模块23只接收到来自所述第二射频收发器24的数字信号密文，并未接收到来自所述第三射频收发器26的数字信号密文时，所述转接模块23将所述第二射频收发器24的数字信号密文转交给所述第二安全模块22进行解密处理。
若所述转接模块23分别接收到来自所述第二射频收发器24和所述第三射频收发器26的数字信号密文时，所述转接模块23优先将所述第三射频收发器26的数字信号密文转交给所述第二安全模块22进行解密处理，并截停所述第二射频收发器24发出的数字信号密文。
在本实施例中，无人机20还包括动力模块28、采集模块29及第二电源模块210。所述动力模块28电连接于所述第二控制模块21，并在第二控制模块21的控制作用下驱使所述无人机20执行各种各样的飞行动作。优选地，所述动力模块28可以包括电机和旋翼(图未示)，所述电机驱动旋翼转动以使无人机20执行各种各样的飞行动作。所述采集模块29电连接于所述第二控制模块21，用于采集无人机20自身以及周围环境的数据信息。优选地，所述采集模块29包括传感器和摄像头，但不限于此。第二电源模块210电连接于所述第二控制模块21，以用于提供所述无人机20各模块运作过程中的电能。优选地，所述第二电源模块210为锂电池。
所述空管中心30包括第三控制模块31、监测模块32、第三安全模块33、第四射频收发器34、第四天线35及第三电源模块36。所述第三控制模块31用于控制和协调所述监测模块32、所述第三安全模块33、所述第四射频收发器34、所述第四天线35及所述第三电源模块36的动作，且能够产生相应的数字信号并对接收到的数字信号进行运算处理。所述监测模块32电连接于所述第三控制模块31，用于监测是否有无人机20飞入预设空域内；若所述监测模块32监测到有无人机20飞入所述预设空域内时，促使所述第三控制模块31产生相应的控制信号；优选地，所述监测模块32通过定向天线实时针对所述预设空域进行扫描，监测所述预设空域内是否存在无人机20。所述第三安全模块33电连接于第三控制模块31，用于对接收到的数字信号进行加解密处理；优选地，所述第三安全模块33支持对称密码算法、非对称密码算法和杂凑、哈希密码算法。所述第四射频收发器34电连接于所述第三安全模块33，用于接收所述第三安全模块33发来的数字信号密文，并将其变成第二频段的射频信号密文后传送至第四天线35；所述第四射频收发器34还可以接收由第四天线35收到的第二频段的射频信号密文，并将其转换成数字信号密文后发送至所述第三安全模块33进行解密处理；所述第四天线35电连接于所述第四射频收发器33，用于收发第二频段的射频信号密文，所述第四天线35与所述第三天线27配合以实现无人机20与空管中心30之间第二频段的射频信号密文传送；所述第三电源模块36电连接于所述第三控制模块31，以用于提供所述空管中心30各模块运作过程中的电能。优选地，所述第三电源模块36为锂电池。
可以理解，所述第三射频收发器26、第三天线27、所述第四射频收发器34及第四天线35分别适用于收发第二频段的射频信号。
可以理解，所有无人机20在出厂之前，应安装有第二射频收发器24和第二天线25，以便于接收和发出第一频段的射频信号，从而建立无人机20与遥控设备10无线通信连接；同时，还应该安装有第三射频收发器26和第三天线27，当所述空管中心30需要控制所述无人机20时，所述空管中心30可以通过自身的第四射频收发器34和第四天线35向所述无人机20的第三射频收发器26和第三天线27发送第二频段的射频信号，以替代第一频段的射频信号来管控所述无人机20。
请参阅附图5，本发明还提供一种应用上述无人机管控系统100的管控方法，其包括如下步骤：
步骤1，一遥控设备10与一无人机20通过第一频段构建第一通信信道。
步骤2，所述遥控设备10通过所述第一通信信道与所述无人机20进行无线通信；
具体地，所述遥控设备10的第一控制模块11产生相应的数字信号，所述第一安全模块12对所述数字信号进行加密处理，所述第一射频收发器13接收来自所述第一安全模块12的数字信号密文，并将其变成第一频段的射频信号密文后经由所述第一天线14发出；所述无人机20的第二天线25接收到第一频段的射频信号密文并转交给所述第二射频收发器24，所述第二射频收发器24将射频信号密文转化为数字信号密文并发给所述转接模块23，由于，所述转接模块23仅接收到来自所述第二射频收发器24的数字信号密文，并未接收到所述第三射频收发器26的数字信号密文，因此，所述转接模块23可将所述第二射频收发器24的数字信号密文转交给所述第二安全模块22进行解密处理，以得到数字信号明文，然后，所述第二控制模块21根据所述数字信号明文控制所述动力模块28执行相应的动作，待执行完毕后，反馈结果给所述遥控设备10。
步骤3，若一空管中心30监测到所述无人机20飞入预设空域内；
具体地，所述空管中心30通过监测模块32实时针对所述预设空域进行扫描，监测是否有无人机20飞入所述预设空域内。
步骤4，所述空管中心30与所述无人机20通过第二频段构建第二通信信道。
步骤5，所述空管中心30通过所述第二通信信道替代所述第一通信信道与所述无人机20进行无线通信。
具体地，所述空管中心30的第三控制模块31产生相应的数字信号，所述第三安全模块33对所述数字信号进行加密处理，所述第四射频收发器34接收来自所述第三安全模块33的数字信号密文，并将其变成第二频段的射频信号密文后经由所述第四天线35发出；所述无人机20的第三天线27接收到第二频段的射频信号密文并转交给所述第三射频收发器26，所述第三射频收发器26将射频信号密文转化为数字信号密文并发给所述转接模块23，所述转接模块23将所述第三射频收发器26的数字信号密文优先转交给所述第二安全模块22进行解密处理以得到数字信号明文，并截停所述第二射频收发器24发出的数字信号密文，然后，所述第二控制模块21根据所述数字信号明文控制所述动力模块28执行相应的动作，待执行完毕后，反馈结果给所述空管中心30。
请参阅附图6，上述步骤2还包括：
步骤2-1，在第一安全模块12中预置遥控设备10的数字证书和公私密钥，并在第二安全模块22中预置无人机20的数字证书和公私密钥；
步骤2-2，所述遥控设备10向所述无人机20发送连接请求；
步骤2-3，所述无人机20响应该连接请求并向所述遥控设备10返回无人机20的数字证书(含公钥)以及经私钥签名的相关身份信息；
步骤2-4，验证所述无人机20的数字证书是否由信赖的CA中心所签发的，以验证所述无人机20的数字证书的合法性；然后采用数字证书中的公钥对已签名的相关身份信息进行解密，并比对解密后的相关身份信息与无人机20数字证书中的身份信息是否一致，如果一致，则所述遥控设备10完成对所述无人机20身份的认证；
步骤2-5，所述遥控设备10向所述无人机20返回遥控设备10的数字证书(含公钥)以及经私钥签名的相关身份信息；
步骤2-6，验证所述遥控设备10的数字证书是否由信赖的CA中心所签发的，以验证所述遥控设备10的数字证书的合法性；然后采用数字证书中的公钥对已签名的相关身份信息进行解密，并比对解密后的相关身份信息与数字证书中的身份信息是否一致，如果一致，则所述无人机20完成对所述遥控设备10身份的认证；
步骤2-7，所述遥控设备10与所述无人机20进行密钥协商并生成会话密钥；
步骤2-8，所述遥控设备10与所述无人机20之间通过密文进行无线通信。
在实际应用中，所述遥控设备10与所述无人机20之间的双向身份认证和密钥协商过程是基于第一射频收发器13、第一天线14、第二射频收发器24、第二天线25搭建的第一通信信道上完成的，为了精简篇幅，便于理解技术方案，在介绍所述遥控设备10与所述无人机20进行双向身份认证和密钥协商的步骤时，已省略了第一射频收发器13、第一天线14、第二射频收发器24和第二天线25。
请参阅附图7，上述步骤5还包括：
步骤5-1，在第三安全模块33中预置空管中心30的数字证书和公私密钥，并在第二安全模块22预置无人机20的数字证书和公私密钥；
步骤5-2，所述空管中心30向所述无人机20发送连接请求；
步骤5-3，所述无人机20响应该连接请求并向所述空管中心30返回无人机20的数字证书(含公钥)以及经私钥签名的相关身份信息；
步骤5-4，验证所述无人机20的数字证书是否由信赖的CA中心所签发的，以验证所述无人机20的数字证书的合法性；然后采用数字证书中的公钥对已签名的相关身份信息进行解密，并比对解密后的相关身份信息与数字证书中的身份信息是否一致，如果一致，则所述空管中心30完成对所述无人机20身份的认证；
步骤5-5，所述空管中心30向所述无人机20返回空管中心30的数字证书(含公钥)以及经私钥签名的相关身份信息；
步骤5-6，验证所述空管中心30的数字证书是否由信赖的CA中心所签发的，以验证所述空管中心30的数字证书的合法性；然后采用数字证书中的公钥对已签名的相关身份信息进行解密，并比对解密后的相关身份信息与数字证书中的身份信息是否一致，如果一致，则所述无人机20完成对所述空管中心30身份的认证；
步骤5-7，所述空管中心30与所述无人机20进行密钥协商并生成会话密钥；
步骤5-8，所述空管中心30与所述无人机20之间通过密文进行无线通信。
在实际应用中，所述空管中心30与所述无人机20之间的双向身份认证和密钥协商过程是基于第三射频收发器26、第三天线27、第四射频收发器34、第四天线35搭建的第二通信信道上完成的，为了精简篇幅，便于理解技术方案，在介绍所述空管中心30与所述无人机20进行双向身份认证和密钥协商的步骤时，已省略了第三射频收发器26、第三天线27、第四射频收发器34和第四天线35。
本发明的无人机管控系统及方法通过在无人机20与遥控设备10之间构建第一通信信道，并在无人机20与空管中心30之间构建第二通信信道，所述第一通信信道采用第一频段，所述第二通信信道采用区分于所述第一频段的第二频段，且所述第二频段的信号优先于所述第一频段的信号被所述无人机20接收，以当所述遥控设备10和所述空管中心30分别通过所述第一通信信道和所述第二通信信道向所述无人机20发送各自频段的信号时，所述空管中心30能够替代所述遥控设备10对所述无人机20形成直接控制，从而有效提高了对飞入禁飞区中的无人机20的驱逐效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于禁飞区的无人机管控系统，用于对飞入预设空域内的无人机进行驱逐，其特征在于，包括：遥控设备、无人机以及空管中心，所述遥控设备与所述无人机之间构建第一通信信道，所述遥控设备通过所述第一通信信道与所述无人机进行无线通信；所述空管中心用于监测所述无人机是否飞入所述预设空域内，并与飞入所述预设空域内的无人机之间构建第二通信信道，所述空管中心通过所述第二通信信道与所述无人机进行无线通信；所述第一通信信道采用第一频段，所述第二通信信道采用区分于所述第一频段的第二频段；所述第二频段的信号优先于所述第一频段的信号被所述无人机接收，以使所述空管中心替代所述遥控设备对所述无人机形成直接控制。
2.根据权利要求1所述的用于禁飞区的无人机管控系统，其特征在于，所述遥控设备包括第一控制模块、第一安全模块、第一射频收发器、第一天线及第一电源模块，所述第一控制模块用于控制和协调所述第一安全模块、所述第一射频收发器、所述第一天线及所述第一电源模块的动作；所述第一安全模块电连接于所述第一控制模块，用于对接收到的数字信号进行加解密处理；所述第一射频收发器电连接于所述第一安全模块，用于将数字信号与第一频段的射频信号进行转换；所述第一天线电连接于所述第一射频收发器，用于收发第一频段的射频信号；所述第一电源模块电连接于所述第一控制模块，以用于提供所述遥控设备各模块运作过程中的电能。
3.根据权利要求2所述的用于禁飞区的无人机管控系统，其特征在于，所述无人机包括第二控制模块、第二安全模块、转接模块、第二射频收发器、第二天线、第三射频收发器及第三天线；所述第二控制模块用于稳定无人机的飞行姿态，并能控制无人机进行自主或半自主飞行；所述第二安全模块电连接于所述第二控制模块和所述转接模块，用于对接收到的数字信号进行加解密处理；所述转接模块电连接于所述第二射频收发器和第三射频收发器，用于将所述第二射频收发器及所述第三射频收发器接收到的数字信号密文转交给所述第二安全模块进行解密处理，并将来自所述第二安全模块的数字信号密文转交给指定的收发器；所述第二射频收发器用于接收来自所述转接模块的数字信号密文，并将其变成第一频段的射频信号密文后传送至所述第二天线；所述第二射频收发器还用于接收由所述第二天线收到的第一频段的射频信号密文，并将其转换成数字信号密文后发送至所述转接模块；所述第二天线电连接于所述第二射频收发器，用于收发第一频段的射频信号密文，所述第二天线与所述第一天线配合以实现所述无人机与所述遥控设备之间第一频段的射频信号密文传送；所述第三射频收发器用于接收来自所述转接模块的数字信号密文，并将其变成第二频段的射频信号密文后传送至第三天线；所述第三射频收发器还用于接收由所述第三天线收到的第二频段的射频信号密文，并将其转换成数字信号密文后发送至所述转接模块；所述第三天线电连接于所述第三射频收发器，用于将所述第三射频收发器产生的第二频段的射频信号密文发出并接收来自外界的第二频段的射频信号密文。
4.根据权利要求3所述的用于禁飞区的无人机管控系统，其特征在于，所述转接模块分别接收到来自所述第二射频收发器和所述第三射频收发器的数字信号密文，所述转接模块优先将所述第三射频收发器的数字信号密文转交给所述第二安全模块进行解密处理，并截停所述第二射频收发器发出的数字信号密文。
5.根据权利要求3或4任一项所述的用于禁飞区的无人机管控系统，其特征在于，无人机还包括动力模块、采集模块和第二电源模块；所述动力模块电连接于所述第二控制模块，并在所述第二控制模块的控制作用下驱使所述无人机执行相应的飞行动作；所述采集模块电连接于所述第二控制模块，用于采集所述无人机自身以及周围环境的数据信息；所述第二电源模块电连接于所述第二控制模块，以用于提供所述无人机各模块运作过程中的电能。
6.根据权利要求3或4任一项所述的用于禁飞区的无人机管控系统，其特征在于，所述空管中心包括第三控制模块、监测模块、第三安全模块、第四射频收发器、第四天线及第三电源模块；所述第三控制模块用于控制和协调所述监测模块、所述第三安全模块、所述第四射频收发器、所述第四天线及所述第三电源模块的动作；所述监测模块电连接于所述第三控制模块，用于监测是否有无人机飞入所述预设空域内；所述第三安全模块电连接于所述第三控制模块，用于对接收到的数字信号进行加解密处理；所述第四射频收发器电连接于所述第三安全模块，用于将数字信号与第二频段的射频信号进行转换；所述第四天线电连接于所述第四射频收发器，用于收发第二频段的射频信号密文，所述第四天线与所述第三天线配合以实现所述无人机与所述空管中心之间第二频段的射频信号密文传送；所述第三电源模块电连接于所述第三控制模块，以用于提供所述空管中心各模块运作过程中的电能。
7.一种应用权利要求1-6任一项所述用于禁飞区的无人机管控系统的管控方法，其特征在于，所述管控方法包括：
一遥控设备与一无人机通过第一频段构建第一通信信道；
所述遥控设备通过所述第一通信信道与所述无人机进行无线通信；
若一空管中心监测到所述无人机飞入预设空域内；
所述空管中心与所述无人机通过第二频段构建第二通信信道；
所述空管中心通过所述第二通信信道替代所述第一通信信道与所述无人机进行无线通信。
8.根据权利要求7所述的管控方法，其特征在于，所述遥控设备通过所述第一通信信道与所述无人机进行无线通信包括：
在所述遥控设备的第一安全模块中预置遥控设备的数字证书和公私密钥，并在所述无人机的第二安全模块中预置所述无人机的数字证书和公私密钥；
所述遥控设备向所述无人机发送连接请求；
所述无人机响应该连接请求并向所述遥控设备返回无人机的数字证书以及经私钥签名的相关身份信息；
所述遥控设备验证所述无人机的数字证书是否由信赖的CA中心所签发的，以验证所述无人机的数字证书的合法性；然后采用数字证书中的公钥对已签名的相关身份信息进行解密，并比对解密后的相关身份信息与所述无人机数字证书中的身份信息是否一致，以对所述无人机的身份认证；
所述遥控设备向所述无人机返回遥控设备的数字证书以及经私钥签名的相关身份信息；
所述无人机验证所述遥控设备的数字证书是否由信赖的CA中心所签发的，以验证所述遥控设备的数字证书的合法性；然后采用数字证书中的公钥对已签名的相关身份信息进行解密，并比对解密后的相关身份信息与所述遥控设备数字证书中的身份信息是否一致，以对所述遥控设备的身份认证；
所述遥控设备与所述无人机进行密钥协商并生成会话密钥；
所述遥控设备与所述无人机之间通过密文进行无线通信。
9.根据权利要求7所述的管控方法，其特征在于，所述遥控设备通过所述第一通信信道与所述无人机进行无线通信还包括：
所述遥控设备的第一控制模块产生相应的数字信号，所述遥控设备的第一安全模块对所述数字信号进行加密处理，所述遥控设备的第一射频收发器接收来自所述第一安全模块的数字信号密文，并将其变成第一频段的射频信号密文后经由所述遥控设备的第一天线发出；所述无人机的第二天线接收到第一频段的射频信号密文并转交给所述无人机的第二射频收发器，所述第二射频收发器将射频信号密文转化为数字信号密文并发给所述无人机的转接模块，所述转接模块将所述第二射频收发器的数字信号密文转交给所述无人机的第二安全模块进行解密处理，以得到数字信号明文，所述无人机的第二控制模块根据所述数字信号明文控制所述无人机的动力模块执行相应的动作，待执行完毕后，反馈结果给所述遥控设备。
10.根据权利要求7所述的管控方法，其特征在于，所述空管中心通过所述第二通信信道替代所述第一通信信道与所述无人机进行无线通信具体包括：
所述空管中心的第三控制模块产生相应的数字信号，所述空管中心的第三安全模块对所述数字信号进行加密处理，所述空管中心的第四射频收发器接收来自所述第三安全模块的数字信号密文，并将其变成第二频段的射频信号密文后经由所述空管中心的第四天线发出；所述无人机的第三天线接收到第二频段的射频信号密文并转交给所述无人机的第三射频收发器，所述第三射频收发器将射频信号密文转化为数字信号密文并发给所述无人机的转接模块，所述转接模块将所述第三射频收发器的数字信号密文优先转交给所述无人机的第二安全模块进行解密处理以得到数字信号明文，并截停所述无人机的第二射频收发器发出的数字信号密文，所述无人机的第二控制模块根据所述数字信号明文控制所述动力模块执行相应的动作，待执行完毕后，反馈结果给所述空管中心。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN111142555A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-05-12 | 中国民用航空总局第二研究所 | 一种基于碰撞风险的机场无人机管控区域划设方法 |
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