一种5G网联无人机的身份识别认证方法
技术领域
本发明属于无人机身份识别方法技术领域,涉及一种5G网联无人机的身份识别认证方法。
背景技术
无人机行业的发展非常迅速,特别是民用无人机的发展和普及,在我们的日常生活中经常会看到无人机的身影,无人机在民用领域的广泛应用主要依赖于其方便快捷、体积微小等优点,但是空中微小型飞行器的广泛应用,应运而生的问题就是如何有效合理地管控数量如此之多的民用无人机,以保障空域交通的有序流动性和安全性。无人机的大规模应用与对其管理法规和手段的缺失的矛盾越来越突出,这已经成为制约产业健康发展的难题。无人机的身份识别认证是无人机监管工作的关键基础,因此,研究更有效的无人机身份识别认证技术已经迫在眉睫。
在5G技术日益成熟的情况下,“5G+无人机”是一个非常热门的研究方向。相比于传统的网络,移动5G网络可以提供更广泛的低空域覆盖,支持更大的系统容量和大规模设备连接,使无人机的飞行更加安全可靠。5G所赋予的高带宽、低延时、高精度、宽空域、高安全等优势,可以帮助无人机补足诸多短板,解锁更多的应用场景,满足更多的用户需求。
随着无人机行业快速发展,现在已经有很多种无人机身份识别认证方法,虽然这些方法可以有效地检测和识别无人机,但还是存在一些局限性:设备成本高、工作在高频率的雷达精确度不高、存在低空中噪声的干扰等。大多数的无人机识别方法只是针对了无人机的外形特征,并没有对身份信息等进行深度识别认证。虽然之后出现了一些深度的身份识别方法,但由于没有进行初步的目标排查和归类,导致整个认证过程工作量太大以及具有一定的盲目性。
发明内容
本发明的目的是提供一种5G网联无人机的身份识别认证方法,解决了现有技术中存在的没有进行初步的目标排查和归类,导致整个认证过程工作量太大以及具有一定的盲目性的问题。
本发明所采用的技术方案是,一种5G网联无人机的身份识别认证方法,具体按照如下步骤实施:
步骤1,在管控区域设置一个雷达,作为接收站,在管控区域设置地面管制平台和5G基站,5G基站作为发射站,地面管制平台分别和5G基站以及接收站通过无线或有线的方式传输信号,5G基站和接收站通过无线的方式传输信号;
步骤2,通过雷达定位成像对飞进到管控区域的飞行器进行实时的动态跟踪,发射站对进入管控区域的飞行器发送脉冲波,接收站接收到飞行器发来的回波信号,解析出接收到的回波表达式,然后初步判断目标物是不是无人机,若不是无人机,直接对其进行相应的管控措施,保证空域飞行安全;若是无人机,执行步骤3;
步骤3,对无人机的身份信息和飞行信息进行采样、量化、编码和数字调制处理,得到携带无人机身份信息和飞行信息的数字信号,对数字信号按照编码规则进行编码得身份识别码,并使一个身份识别码对应一个无人机,无人机将身份识别码信息保存至云计算储存空间;
步骤4,若步骤1中地面雷达接收站判断为无人机后,则将信号传递给地面管制平台,地面管制平台将信号传递给5G基站,5G基站给对已经初步判定为是无人机的飞行器发送身份认证请求信息,无人机通过自身配置的5G通信模块向5G基站发送身份识别码,5G基站将目标无人机的身份识别码发送到地面管制平台,对身份识别码进行译码处理,然后根据身份信息和飞行信息,对其进行空域飞行授权或者实施相应的管制措施。
本发明的特征还在于,
步骤2具体为:
步骤2.1,首先检测管控区域内的飞行器,5G基站作为发射机对进入管控区域的飞行器发送脉冲波,接收站接收到飞行器发来的回波信号并对回波信号进行一维成像处理,得到管控区域内飞行器的数量和位置信息,当飞行器的数量大于1时,利用频域滤波技术对飞行器进行分离,分离成单个目标;
步骤2.2,5G基站作为发射机对管控区域的单个目标发射信号波,然后接收站接收目标的回波信号;
步骤2.3,计算发射的信号波和回波脉冲的信号差,然后对回波信号进行正交混频处理,解析出回波信号的表达式,将得到的回波信号输入正交相位检波器中,进行正交分离,得到两个正交的信号分量,然后将分离的两个正交信号输入到由同步检波器组成的两个混频器中;
步骤2.4,将经过正交混频处理后得到的回波信号表达式与常规表达式进行比较,若回波信号解析式中出现频移分量,说明回波产生多普勒频移效应,则初步判定为无人机,若回波信号解析式中无频移分量,则判定不是无人机。
步骤2.2中发射的信号波由连续的窄脉冲组成,相邻脉冲之间存在固定的频率差。
步骤2.3中在第一混频器中,回波信号直接与和原始信号同频同相的参考信号进行混合;在第二混频器中,先对回波信号进行90度的相移,然后再与和原始信号同频同相的参考信号进行混合。
步骤3中的无人机的身份信息包括无人机用户的信息和无人机厂商的信息,飞行信息包括速度、航向、高度和作业类型。
步骤3中的数字调制采用脉冲编码调制或者差分脉冲编码调制。
步骤3中对数字信号按照编码规则进行编码的身份识别码采用区位码的编码规则。
步骤3还包括对身份识别码进行加密处理。
步骤4具体为:
步骤4.1,若步骤1中地面雷达接收站判断为无人机后,则将信号传递给地面管制平台,地面管制平台将信号传递给5G基站,5G基站给对已经初步判定为是无人机的飞行器发送身份认证请求信息,无人机通过自身配置的5G通信模块向5G基站发送包含身份信息的身份识别码信号;
步骤4.2,5G基站接收到5G信号,对携带无人机识别码信息的5G编码信号进行相应的解码解调处理,从而得到无人机的身份识别码;
步骤4.3,5G基站将身份识别码发送到地面管制平台,地面管制平台对身份识别码进行译码处理,对解码得到的无人机身份识别码进行解析,从而得到对应无人机的身份信息和飞行信息;
步骤4.3,地面管制平台判断无人机身份的合理性,在无人机身份信息库中匹配上一步得到的身份信息,判断无人机的身份是否合理,如果不合理,判断为“黑飞”或者“乱飞”的情况,实施相应的管控措施;如果合理,进行步骤4.4;
步骤4.4,地面管制平台根据无人机的身份信息和飞行信息,对其进行空域飞行授权,在相应的5G基站覆盖区域中进行飞行许可授权,在5G云计算存储端保存无人机身份认证信息,再次飞入该区域可无需进行身份识别认证。
本发明的有益效果是:
(1)本发明对身份信息进行深度识别认证,并进行初步的目标排查和归类后,只针对无人机进行认证,认证工作量大大减少了。
(2)利用5G技术中的Massive MIMO(大规模多天线技术),实现多天线接收和多天线发送,信息传输更加稳定高效,保证无人机身份认证的可靠性和安全性。5G的数据传输过程更加安全可靠,无线信道不容易被干扰或入侵。
(3)身份识别认证之后对无人机进行飞行许可授权,可以使未来的管控工作更加灵活快捷,相当于设置了一个5G的电子围栏,地面平台将会对无人机的身份信息和飞行信息掌握得更加准确。
(4)5G中提供的D2D(Device to Device)通信能力可以实现无人机机间的端对端通信,保证无人机的自动驾驶和机群协同,可以更好地节约空中资源。
附图说明
图1是本发明一种5G网联无人机的身份识别认证方法的整体流程图;
图2是本发明一种5G网联无人机的身份识别认证方法中雷达回波检测示意图;
图3是本发明一种5G网联无人机的身份识别认证方法中生成无人机身份识别码的流程图;
图4是本发明一种5G网联无人机的身份识别认证方法中5G网联无人机的身份识别认证的流程图;
图5是本发明一种5G网联无人机的身份识别认证方法中5G网联无人机的身份认证示意图;
图6是本发明一种5G网联无人机的身份识别认证方法中无人机区域飞行许可授权示意图。
图中,1.发射站,2.接收站,3.地面管制平台,4.5G基站,5.5G无人机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种5G网联无人机的身份识别认证方法,其流程如图1所示,具体按照如下步骤实施:
步骤1,如图2和图5所示,在管控区域设置一个雷达,作为接收站2,在管控区域设置地面管制平台3和5G基站4,5G基站4作为发射站1,地面管制平台3分别和5G基站4以及接收站2通过无线或有线的方式传输信号,5G基站4和接收站2通过无线的方式传输信号;
步骤2,通过雷达定位成像对飞进到管控区域的飞行器进行实时的动态跟踪,发射站1对进入管控区域的飞行器发送脉冲波,接收站2接收到飞行器发来的回波信号,解析出接收到的回波表达式,然后初步判断目标物是不是无人机5,若不是无人机5,直接对其进行相应的管控措施,保证空域飞行安全;若是无人机5,执行步骤3;具体为:
步骤2.1,首先检测管控区域内的飞行器,5G基站4作为发射机对进入管控区域的飞行器发送脉冲波,接收站2接收到飞行器发来的回波信号并对回波信号进行一维成像处理,得到管控区域内飞行器的数量和位置信息,当飞行器的数量大于1时,利用频域滤波技术对飞行器进行分离,分离成单个目标;
步骤2.2,5G基站4作为发射机对管控区域的单个目标发射信号波,然后接收站2接收目标的回波信号,发射的信号波由连续的窄脉冲组成,相邻脉冲之间存在固定的频率差;
步骤2.3,计算发射的信号波和回波脉冲的信号差,然后对回波信号进行正交混频处理,解析出回波信号的表达式,将得到的回波信号输入正交相位检波器中,进行正交分离,得到两个正交的信号分量,然后将分离的两个正交信号输入到由同步检波器组成的两个混频器中,在第一混频器中,回波信号直接与和原始信号同频同相的参考信号进行混合;在第二混频器中,先对回波信号进行90度的相移,然后再与和原始信号同频同相的参考信号进行混合;
步骤2.4,将经过正交混频处理后的得到的回波信号表达式与常规表达式进行比较,根据多普勒频移效应和飞行特征,判断目标是不是无人机5,若回波信号解析式中出现频移分量,说明回波产生多普勒频移效应,则初步判定为无人机5,若回波信号解析式中无频移分量,则判定不是无人机5;
如图3所示,步骤3,对无人机5的身份信息和飞行信息进行采样、量化、编码和数字调制处理,得到携带无人机5身份信息和飞行信息的数字信号,对数字信号按照编码规则进行编码得身份识别码,并使一个身份识别码对应一个无人机5,无人机5将身份识别码信息保存至云计算储存空间;其中无人机5的身份信息包括无人机5用户的信息和无人机5厂商的信息,飞行信息包括速度、航向、高度和作业类型,数字调制采用脉冲编码调制(PCM)或者差分脉冲编码调制(DPCM),对数字信号按照编码规则进行编码得身份识别码采用区位码的编码规则;还包括对身份识别码进行加密处理;无人机5厂商的信息包括录入名称,型号,最大起飞重量,空机重量和产品类型等,无人机5用户的信息包括录入姓名,身份证件号码,产品序号和使用目的等;
本发明采用5G技术进行信息传输,着重利用5G技术的数传优势,步骤3的核心是将无人机5身份信息和飞行信息这种文字信号进行数字化,数字信号与传统的模拟信号相比有很多优点,比如占用较少带宽和抗干扰能力强等,将无人机5的身份信息和飞行信息转化为数字信号,生成特定的无人机5身份识别码,满足5G数传的要求。
本步骤对于一些保密性要求较高的特殊场景来说,还可以对无人机5身份识别码进行加密处理,比如可以利用公开密匙算法实现数字签名的加密技术,验证信息的发送者是不是目标无人机5,保证传输过程中信息的完整性和不可伪造性。
步骤4,若步骤1中地面雷达接收站判断为无人机5后,则将信号传递给地面管制平台3,地面管制平台3将信号传递给5G基站4,5G基站4给对已经初步判定为是无人机5的飞行器发送身份认证请求信息,无人机5通过自身配置的5G通信模块向5G基站4发送身份识别码,5G基站4将目标无人机5的身份识别码发送到地面管制平台3,对身份识别码进行译码处理,然后根据身份信息和飞行信息,对其进行空域飞行授权或者实施相应的管制措施,如图4所示,具体为:
步骤4.1,若步骤1中地面雷达接收站判断为无人机5后,则将信号传递给地面管制平台3,地面管制平台3将信号传递给5G基站4,5G基站4给对已经初步判定为是无人机5的飞行器发送身份认证请求信息,无人机5通过自身配置的5G通信模块向5G基站4发送包含身份信息的身份识别码信号;
步骤4.2,5G基站4接收到5G信号,对携带无人机5识别码信息的5G编码信号进行相应的解码解调处理,从而得到无人机5的身份识别码;
步骤4.3,5G基站4将身份识别码发送到地面管制平台3,地面管制平台3对身份识别码进行译码处理,对解码得到的无人机5身份识别码进行解析,从而得到对应无人机5的身份信息和飞行信息;
步骤4.3,地面管制平台3判断无人机5身份的合理性,在无人机5身份信息库中匹配上一步得到的身份信息,判断无人机5的身份是否合理,如果不合理,判断为“黑飞”或者“乱飞”的情况,实施相应的管控措施;如果合理,进行步骤4.4;
步骤4.4,地面管制平台3根据无人机5的身份信息和飞行信息,对其进行空域飞行授权,在相应的5G基站覆盖区域中进行飞行许可授权,在5G云计算存储端保存无人机5身份认证信息,再次飞入该区域可无需进行身份识别认证。
如图6所示,完善无人机5飞行许可授权,各个基站之间相当于设置了一种电子围栏,可以更方便地实现空域的有序管理。