CN114679267A - 一种基于量子加密的无人机控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于量子加密的无人机控制系统，在无人机停放时间段内，即在无人机执行飞行任务之前无人机与无人机主控平台进行量子密钥的分发并保存，那么在无人机执行飞行任务的过程中，无人机与无人机主控平台之间的数据通信就可以基于安全性能较高的量子密钥进行数据通信，那么外界就无法通过伪造数据来获取无人机的控制权，同时即便无人机群组中有一台无人机被劫持，也不会影响其它无人机的安全飞行。
Description
技术领域
本发明涉及无人机通信技术领域，更具体地说，涉及一种基于量子加密的无人机控制系统。
背景技术
无人机指的是无人驾驶的飞机，利用无线电遥控设备和自备的程序控制其运行的不载人飞机，在民用和军用等方面具有重大的意义。
通常情况下，无人机在执行任务过程中，需要与控制总台以及其它无人机之间进行通信，交换的信息一般包括控制无人机进行运作的命令信息以及无人机采集到的图片等数据信息。这些交换的信息中尤其是命令信息至关重要，一旦被窃听或者篡改，无人机极其容易被劫持，进而影响执行任务的实施，还会导致无人机采集的数据信息被泄露。
那么，如何提供一种安全性较高的无人机控制系统，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种基于量子加密的无人机控制系统，技术方案如下：
一种基于量子加密的无人机控制系统，所述无人机控制系统包括：多台无人机以及无人机主控平台；
所述无人机包括飞行控制模块、通信模块以及第一量子密钥分发模块；
所述飞行控制模块用于控制所述无人机的飞行状态；
所述通信模块用于与所述无人机主控平台进行数据通信；
所述无人机主控平台通过第二量子密钥分发模块与所述第一量子密钥分发模块进行通信，向所述无人机分发量子密钥或接收所述无人机分发的量子密钥。
优选的，在上述无人机控制系统中，所述第二量子密钥分发模块安装在无人机停放平台上。
优选的，在上述无人机控制系统中，所述第一量子密钥分发模块为量子密钥分发发射端模块，所述第二量子密钥分发模块为量子密钥分发接收端模块；
所述无人机主控平台通过所述量子密钥分发接收端模块与所述量子密钥分发发射端模块进行通信，接收所述无人机分发的量子密钥。
优选的，在上述无人机控制系统中，所述第一量子密钥分发模块为量子密钥分发接收端模块，所述第二量子密钥分发模块为量子密钥分发发射端模块；
所述无人机主控平台通过所述量子密钥分发接收端模块与所述量子密钥分发发射端模块进行通信，向所述无人机分发量子密钥。
优选的，在上述无人机控制系统中，所述量子密钥分发发射端模块包括：光源模块、量子光调制模块以及第一跟瞄望远镜模块；
所述光源模块用于产生量子光脉冲；
所述量子光调制模块用于对所述量子光脉冲进行调制处理并进入所述第一跟瞄望远镜模块；
所述量子密钥分发接收端模块包括：第二跟瞄望远镜模块、量子光解调模块以及量子光探测器；
调制处理后的量子光脉冲通过所述第一跟瞄望远镜模块和空间信道进入所述第二跟瞄望远镜模块；
所述量子光解调模块用于接收通过所述第二跟瞄望远镜模块的量子光脉冲，并进行解码处理；
所述量子光探测器用于探测解码处理后的量子光脉冲。
优选的，在上述无人机控制系统中，所述无人机还包括电源模块；
所述电源模块用于为所述无人机提供电源。
相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：
本发明提供的一种基于量子加密的无人机控制系统包括：多台无人机以及无人机主控平台；所述无人机包括飞行控制模块、通信模块以及第一量子密钥分发模块；所述飞行控制模块用于控制所述无人机的飞行状态；所述通信模块用于与所述无人机主控平台进行数据通信；所述无人机主控平台通过第二量子密钥分发模块与所述第一量子密钥分发模块进行通信，向所述无人机分发量子密钥或接收所述无人机分发的量子密钥。
在无人机停放时间段内，即在无人机执行飞行任务之前无人机与无人机主控平台进行量子密钥的分发并保存，那么在无人机执行飞行任务的过程中，无人机与无人机主控平台之间的数据通信就可以基于安全性能较高的量子密钥进行数据通信，那么外界就无法通过伪造数据来获取无人机的控制权，同时即便无人机群组中有一台无人机被劫持，也不会影响其它无人机的安全飞行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于量子加密的无人机控制系统的原理示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种基于量子加密的无人机控制系统的原理示意图；
图3为本发明实施例提供的又一种基于量子加密的无人机控制系统的原理示意图；
图4为本发明实施例提供的又一种基于量子加密的无人机控制系统的原理示意图；
图5为本发明实施例提供的又一种基于量子加密的无人机控制系统的原理示意图；
图6为本发明实施例提供的一种量子密钥分发发射端模块和量子密钥分发接收端模块的原理示意图；
图7为本发明实施例提供的又一种基于量子加密的无人机控制系统的原理示意图。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1，图1为本发明实施例提供的一种基于量子加密的无人机控制系统的原理示意图。
所述无人机控制系统包括：多台无人机以及无人机主控平台。
所述无人机包括飞行控制模块、通信模块以及第一量子密钥分发模块。
所述飞行控制模块用于控制所述无人机的飞行状态。
所述通信模块用于与所述无人机主控平台进行数据通信。
所述无人机主控平台通过第二量子密钥分发模块与所述第一量子密钥分发模块进行通信，向所述无人机分发量子密钥或接收所述无人机分发的量子密钥。
具体的，如图1所示，以n台无人机为例进行说明，n≥1，且n为正整数，每个无人机均至少包括飞行控制模块、通信模块以及第一量子密钥分发模块，通信模块至少实现无人机与无人机主控平台的数据通信，例如无人机主控平台下发的命令指令则是通过通信模块下发至无人机，飞行控制模块与通信模块之间进行通信实现信号的传输，进而对无人机的飞行状态进行控制；并且无人机所采集的数据信息也可以通过通信模块发送给无人机主控平台；也就是说，通信模块是无人机与无人机主控平台实现信息交互的核心模块。
并且，在无人机停放时间段内，即在无人机执行飞行任务之前无人机与无人机主控平台通过第一量子密钥分发模块和第二量子密钥分发模块进行量子密钥的分发并保存，参考图2，图2为本发明实施例提供的另一种基于量子加密的无人机控制系统的原理示意图，如图2所示在无人机执行飞行任务的过程中，无人机与无人机主控平台之间的数据通信就可以基于安全性能较高的量子密钥进行数据通信，那么外界就无法通过伪造数据来获取无人机的控制权，同时即便无人机群组中有一台无人机被劫持，也不会影响其它无人机的安全飞行。
可选的，在本发明另一实施例中，参考图3，图3为本发明实施例提供的又一种基于量子加密的无人机控制系统的原理示意图。
无人机在停放时间段内或执行完飞行任务之后，会停落在无人机停放平台上，该无人机停放平台可以是一块专用的平台平面或者舰船甲板等区域。
在本申请实施例中将所述第二量子密钥分发模块安装在无人机停放平台上，那么在无人机停放时间段内，即在无人机执行飞行任务之前无人机与无人机主控平台通过第一量子密钥分发模块和第二量子密钥分发模块进行量子密钥的分发并保存。
可选的，该第二量子密钥分发模块也可以集成在无人机主控平台上，可根据实际情况而定，在本发明实施例中并不做限定。
只是将所述第二量子密钥分发模块安装在无人机停放平台上，可缩短第二量子密钥分发模块与第一量子密钥分发模块之间的通信距离，进而可提高第二量子密钥分发模块与第一量子密钥分发模块之间数据通信的准确性。
可选的，在本发明另一实施例中，参考图4，图4为本发明实施例提供的又一种基于量子加密的无人机控制系统的原理示意图，所述第一量子密钥分发模块为量子密钥分发发射端模块，所述第二量子密钥分发模块为量子密钥分发接收端模块。
所述无人机主控平台通过所述量子密钥分发接收端模块与所述量子密钥分发发射端模块进行通信，接收所述无人机分发的量子密钥。
或，参考图5，图5为本发明实施例提供的又一种基于量子加密的无人机控制系统的原理示意图，所述第一量子密钥分发模块为量子密钥分发接收端模块，所述第二量子密钥分发模块为量子密钥分发发射端模块。
所述无人机主控平台通过所述量子密钥分发接收端模块与所述量子密钥分发发射端模块进行通信，向所述无人机分发量子密钥。
也就是说，无人机上设置的第一量子密钥分发模块可以是量子密钥分发接收端模块，也可以是量子密钥分发发射端模块。
当无人机上设置的第一量子密钥分发模块是量子密钥分发接收端模块时，量子密钥由无人机主控平台结合第一量子密钥分发模块和第二量子密钥分发模块协同工作发送给无人机，无人机接收该量子密钥，并且无人机主控平台和无人机均保存该量子密钥，在后续的信息交互过程中都基于该量子密钥进行通信，进而提高无人机与无人机主控平台之间数据通信的安全性。
当无人机上设置的第一量子密钥分发模块是量子密钥分发发射端模块时，量子密钥由无人机结合第一量子密钥分发模块和第二量子密钥分发模块协同工作发送给无人机主控平台，无人机主控平台接收该量子密钥，并且无人机主控平台和无人机均保存该量子密钥，在后续的信息交互过程中都基于该量子密钥进行通信，进而提高无人机与无人机主控平台之间数据通信的安全性。
可选的，在本发明另一实施例中，参考图6，图6为本发明实施例提供的一种量子密钥分发发射端模块和量子密钥分发接收端模块的原理示意图。
所述量子密钥分发发射端模块包括：光源模块、量子光调制模块以及第一跟瞄望远镜模块。
所述光源模块用于产生量子光脉冲。
所述量子光调制模块用于对所述量子光脉冲进行调制处理并进入所述第一跟瞄望远镜模块。
所述量子密钥分发接收端模块包括：第二跟瞄望远镜模块、量子光解调模块以及量子光探测器。
调制处理后的量子光脉冲通过所述第一跟瞄望远镜模块和空间信道进入所述第二跟瞄望远镜模块。
所述量子光解调模块用于接收通过所述第二跟瞄望远镜模块的量子光脉冲，并进行解码处理。
所述量子光探测器用于探测解码处理后的量子光脉冲。
具体的，该量子密钥分发发射端模块和量子密钥分发接收端模块基于空间光通信进行，即量子密钥分发发射端模块中的量子光脉冲基于空间光信道进行传输，量子光脉冲在量子密钥分发发射端模块中经量子光调制模块进行调制后进入第一跟瞄望远镜模块，之后经过调制后的量子光脉冲进入量子密钥分发接收端模块中的第二跟瞄望远镜模块，随后经过量子光解调模块进行解码处理，再由量子光探测器进行探测，随后无人机或无人机主控平台通过无线网络等典型经典通信方式进行后续对基、误码估计等处理后完成量子密钥的分发，无人机和无人机主控平台均对该量子密钥进行保存，在后续的信息交互过程中都基于该量子密钥进行通信，进而提高无人机与无人机主控平台之间数据通信的安全性。
可选的，在本发明另一实施例中，参考图7，图7为本发明实施例提供的又一种基于量子加密的无人机控制系统的原理示意图。
该无人机还包括一些常规模块，该常规模块包括但不限定于电源模块，该电源模块用于为所述无人机提供电源，即这些常规模块需要保证无人机的各个功能正常运行，使其无人机的功能多样化。
通过上述描述可知，量子密钥的分发是在无人机执行任务之前，由基于空间光通信的量子密钥分发发射端模块和量子密钥分发接收端模块完成，理论上无条件安全，随后分发完成后的量子密钥无人机内部保存一份，无人机主控平台保存一份，由于是执行任务前分发完成的不存在固定密码本。所以无人机在执行任务过程中，由于量子密钥是安全的，所以无人机与无人机主控平台之间的通信信息经过加密后，在公开信道传输也是安全的。在这种情况下，每台无人机与无人机主控平台之间的通信密钥是相对独立的，即便是某一台无人机被俘获，也不会影响到其它无人机群之间的安全通信过程。
以上对本发明所提供的一种基于量子加密的无人机控制系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种基于量子加密的无人机控制系统，其特征在于，所述无人机控制系统包括：多台无人机以及无人机主控平台；
所述无人机包括飞行控制模块、通信模块以及第一量子密钥分发模块；
所述飞行控制模块用于控制所述无人机的飞行状态；
所述通信模块用于与所述无人机主控平台进行数据通信；
所述无人机主控平台通过第二量子密钥分发模块与所述第一量子密钥分发模块进行通信，向所述无人机分发量子密钥或接收所述无人机分发的量子密钥。
2.根据权利要求1所述的无人机控制系统，其特征在于，所述第二量子密钥分发模块安装在无人机停放平台上。
3.根据权利要求1所述的无人机控制系统，其特征在于，所述第一量子密钥分发模块为量子密钥分发发射端模块，所述第二量子密钥分发模块为量子密钥分发接收端模块；
所述无人机主控平台通过所述量子密钥分发接收端模块与所述量子密钥分发发射端模块进行通信，接收所述无人机分发的量子密钥。
4.根据权利要求1所述的无人机控制系统，其特征在于，所述第一量子密钥分发模块为量子密钥分发接收端模块，所述第二量子密钥分发模块为量子密钥分发发射端模块；
所述无人机主控平台通过所述量子密钥分发接收端模块与所述量子密钥分发发射端模块进行通信，向所述无人机分发量子密钥。
5.根据权利要求3或4所述的无人机控制系统，其特征在于，所述量子密钥分发发射端模块包括：光源模块、量子光调制模块以及第一跟瞄望远镜模块；
所述光源模块用于产生量子光脉冲；
所述量子光调制模块用于对所述量子光脉冲进行调制处理并进入所述第一跟瞄望远镜模块；
所述量子密钥分发接收端模块包括：第二跟瞄望远镜模块、量子光解调模块以及量子光探测器；
调制处理后的量子光脉冲通过所述第一跟瞄望远镜模块和空间信道进入所述第二跟瞄望远镜模块；
所述量子光解调模块用于接收通过所述第二跟瞄望远镜模块的量子光脉冲，并进行解码处理；
所述量子光探测器用于探测解码处理后的量子光脉冲。
6.根据权利要求1所述的无人机控制系统，其特征在于，所述无人机还包括电源模块；
所述电源模块用于为所述无人机提供电源。
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