一種可配合鑒權通信機制的無人機與地面站及鑒權方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及鑒權領域，具體涉及一種可配合鑒權通信機制的無人機與地面站及鑒 權方法。
【背景技術】
[0002] 無人機在航空拍攝、飛行表演、防災救險、科學考察等領域有著廣闊的應用。隨著 電子技術的飛速發展，小型、微型無人機在遠程遙控、續航時間、飛行品質上有了明顯的突 破，成為了近幾年興起的通用航空領域關注焦點，被普遍認為具有良好的發展前景。
[0003] 目前無人機已經開始進入消費級市場，尤其是多旋翼飛行器，典型地，如四軸多旋 翼飛行器已經成為消費級市場中用來實施航拍的首選設備。
[0004] 隨著無人機特別是多旋翼無人機的廣泛應用，無人機與地面站之間的通信安全已 成為無人機開發廠家和用戶所關心的問題。由于無人機市場逐漸由專業級向消費級推廣， 越來越多的普通消費者都會使用無人機進行航拍、游戲或航模等應用，因此同一區域出現 多架無人機的情況越來越普遍。為了使無人機能夠確認哪個地面站是它的合法控制者，同 時使地面站能夠保證受它控制的無人機是目標無人機，需要建立一種無人機與地面站通信 鑒權的方法。
[0005] 現有技術中實現無人機與地面站之間的通信安全主要是通過對數據傳輸過程中 的數據進行加解密方法實現，例如：申請號為201410298318. 2、發明名稱為《一種基于北斗 及4G的無人機》的中國發明專利申請公開了一種基于北斗及4G的無人機，在該無人機本體 上設有主控制器、北斗系統全球定位裝置、數據加密裝置、數據處理裝置、航拍攝像頭、自動 駕駛裝置和第一無線通信裝置；還包括地面基站，該地面基站設有第二無線通信裝置和數 據解密分析裝置。本發明通過在無人機上設置數據加密裝置，將航拍到的高清實時圖像、音 頻或定位信息加密后發送，使數據更安全。
[0006] 此外，申請號為201510002562. 4、發明名稱為《用于無人機多機載設備同頻加密數 字化通信傳輸控制系統》的中國發明專利申請公開了一種用于無人機多機載設備同頻加密 數字化通信傳輸控制系統，包括機載端控制系統和地面端控制系統，所述機載端控制系統 包括第一數字無線加密傳輸模塊，所述地面端控制系統包括第二數字無線加密傳輸模塊， 本發明解決了現有無人機通信系統均未加密，采取簡單手段即可截獲或干擾，輕者致使地 面控制站無法正常與無人機通信，重者喪失對無人機飛行控制權的問題，提高無人機空地 通信安全性和保密性。
[0007] 但上述專利申請均沒有涉及無人機和地面站在建立數據鏈之前，如何確認通信雙 方身份是否合法的解決方案，如何防止非法接入或者非法控制的問題。目前無人機應用領 域大多采用單個地面站控制單架無人機的點對點通信方式，地面站僅依靠通信頻段、發射 功率和可視范圍來判斷無人機是否受控，無法解決同一區域發射功率范圍內多架無人機操 控安全以及超視距"接力"無人機控制的問題。

【發明內容】

[0008] 本發明的發明目的是提供一種可配合鑒權通信機制的無人機與地面站及鑒權方 法，利用無人機、地面站、鑒權中心中存儲密鑰、數字證書及相應的簽名算法，通過無人機與 地面站之間的鑒權交互消息以及遠程鑒權中心驗證，確保無人機和地面站的身份"合法"。
[0009] 為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：
[0010] 一種可配合鑒權通信機制的無人機，包括第一通信數據傳輸模塊、第一鑒權消息 處理模塊、第一存儲模塊和第一時鐘模塊，所述第一鑒權消息處理模塊和所述第一通信數 據傳輸模塊、所述第一時鐘模塊能夠雙向通信，所述第一存儲模塊連接所述第一鑒權消息 處理模塊，其中，
[0011] 所述第一通信數據傳輸模塊適用于無人機與地面站之間的信息發送和接收；
[0012] 所述第一鑒權消息處理模塊適用于無人機中鑒權消息的解析和構建；
[0013] 所述第一存儲模塊適用于至少存儲無人機證書；
[0014] 所述第一時鐘模塊利用無人機GPS裝置同步時鐘，記錄無人機鑒權請求時間。
[0015] 根據本發明的另一個方面，提供了一種無人機鑒權方法，包括以下步驟：
[0016] (1)、所述無人機接收來自地面站發送的數據鏈鑒權激活消息；
[0017] (2)、所述無人機調用存儲的無人機證書，加入本地系統時間作為鑒權請求時間構 建數據鏈鑒權請求消息并發送至所述地面站；
[0018] (3)、所述無人機接收所述地面站轉發的數據鏈鑒權響應消息，其中，所述數據鏈 鑒權響應消息是通過所述地面站向鑒權中心發出身份鑒權請求后，所述鑒權中心對無人機 證書和地面站證書進行鑒權后向地面站返回的身份鑒權響應消息構建而成；
[0019] (4)、所述無人機從所述數據鏈鑒權響應消息中獲得鑒權結果，并根據所述鑒權結 果判定鑒權是否成功，如果成功，則判斷所述地面站身份合法；反之，拒絕所述地面站的控 制。
[0020] 根據本發明的另一個方面，還提供了一種可配合鑒權通信機制的地面站，包括第 二通信數據傳輸模塊、第二鑒權消息處理模塊、第二存儲模塊、第二時鐘模塊，所述第二鑒 權消息處理模塊與所述第二通信數據傳輸模塊、第二時鐘模塊能夠雙向通信，所述第二存 儲模塊連接所述第二鑒權消息處理模塊，其中，
[0021] 所述第二通信數據傳輸模塊適用于地面站與無人機、鑒權中心之間的鑒權消息發 送和接收；
[0022] 所述第二鑒權消息處理模塊適用于地面站中鑒權消息的解析和構建；
[0023] 所述第二存儲模塊至少存儲地面站證書；
[0024] 所述第二時鐘模塊利用地面站GPS裝置同步時鐘，記錄地面站鑒權請求時間。
[0025] 根據本發明的再一個方面，還提供了一種地面站鑒權方法，包括以下步驟：
[0026] (1)、所述地面站向無人機發送數據鏈鑒權激活消息；
[0027](2)、所述地面站接收所述無人機返回的數據鏈鑒權請求消息；
[0028] (3)、在所述數據鏈鑒權請求消息的基礎上，調用存儲的地面站證書構建身份鑒權 請求消息并發送至鑒權中心；
[0029] (4)、所述地面站接收所述鑒權中心返回的身份鑒權響應消息，所述身份鑒權響應 消息包括所述鑒權中心對無人機證書和地面站證書進行鑒權后得到的鑒權結果；
[0030] (5)、所述地面站在所述身份鑒權響應消息的基礎上構建數據鏈鑒權響應消息并 轉發至所述無人機；
[0031] (6)、所述地面站獲得所述鑒權結果；
[0032] (7)、所述地面站根據所述鑒權結果判定鑒權是否成功，如果成功，則判定該無人 機身份合法；反之，拒絕控制所述無人機。
[0033] 本發明公開了一種可配合鑒權通信機制的無人機與地面站及鑒權方法，通過第三 方可信的鑒權中心給所述無人機和地面站頒發數字證書并進行存儲，經過無人機與地面站 之間的鑒權交互消息以及所述鑒權中心對無人機和地面站證書的驗證，確保了無人機和地 面站的身份合法性。隨著無人機應用領域和飛行控制范圍的不斷擴大，出現單地面站控制 多架無人機，或多地面站控制單架無人機的情況未來一定存在。該可配合鑒權通信機制的 無人機與地面站及鑒權方法可以實現無人機判斷地面站的"真偽"，同時地面站能夠"合法" 控制無人機，從而為無人機和地面站安全數據鏈傳輸打下基礎。
[0034] 上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠使得本發明的技術手段更加清楚 明白，達到本領域技術人員可依照說明書的內容予以實施的程度，并且為了能夠讓本發明 的上述和其它目的、特征和優點能夠更明顯易懂，下面以本發明的【具體實施方式】進行舉例 說明。
【附圖說明】
[0035] 通過閱讀下文優選的【具體實施方式】中的詳細描述，本發明各種其他的優點和益處 對于本領域普通技術人員將變得清楚明了。說明書附圖僅用于示出優選實施方式的目的， 而并不認為是對本發明的限制。顯而易見地，下面描述的附圖僅僅是本發明的一些實施例， 對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得 其他的附圖。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：
[0036] 圖1示出了根據本發明實施例一的可配合鑒權通信機制的無人機結構示意圖；
[0037] 圖2示出了根據本發明實施例二的無人機鑒權方法流程圖；
[0038] 圖3示出了根據本發明實施例三的無人機鑒權方法流程圖；
[0039] 圖4示出了根據本發明實施例四的可配合鑒權通信機制的地面站結構示意圖； [0040] 圖5示出了根據本發明實施例五的地面站鑒權方法流程圖；
[0041] 圖6示出了根據本發明實施例六的地面站鑒權方法流程圖。
【具體實施方式】
[0042] 下面將參照附圖更詳細地描述本發明的具體實施例。雖然附圖中顯示了本發明的 具體實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現本發明而不應被這里闡述的實施例所限 制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本發明，并且能夠將本發明的范圍完整 的傳達給本領域的技術人員。
[0043] 需要說明的是，在說明書及權利要求當中使用了某些詞匯來指稱特定組件。本領 域技術人員應可以理解，硬件制造商可能會用不同名詞來稱呼同一個組件。本說明書及權 利要求并不以名詞的差異來作為區分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區分 的準則。如在通篇說明書及權利要求當中所提及的"包含"或"包括"為一開放式用語，故 應解釋成"包含但不限定于"。說明書后續描述為實施本發明的較佳實施方式，然所述描述 乃以說明書的一般原則為目的，并非用以限定本發明的范圍。本發明的保護范圍當視所附 權利要求所界定者為準。
[0044] 為便于對本發明實施例的理解，下面將結合附圖以幾個具體實施例為例做進一步 的解釋說明，且各個附圖并不構成對本發明實施例的限定。
[0045] 無人駕駛飛機簡稱"無人機"，英文縮寫為"UAV"，是利用無線電遙控設備和自備的 程序控制裝置操縱的不載人飛機。從技術角度定義可以分為：無人直升機、無人固定翼機、 無人多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機等。
[0046] 本發明實施例中優選的無人機為多旋翼無人機（或稱為多旋翼飛行器），可以是 四旋翼、六旋翼及旋翼數量大于六的無人機。優選的，機身由碳纖維材料制成，在滿足較高 使用強度和剛度的前提下，可大幅減輕機身的重量，從而降低多旋翼無人機的動力需求以 及提高多旋翼無人機的機動性。當然，在本發明的其他實施例中，機身還可以由塑料或者 其他任意使用的材料制成。機身上設有多個相對于所述機身中的對稱平面呈對稱分布的 漿臂，每一個漿臂遠離所述機身的一端設有槳葉組件，所述槳葉組件包括安裝在所述漿臂 上的電機和連接在所述電機的輸出軸上的槳葉，每一片槳葉的旋轉軸線均位于同一圓柱面 上。
[0047] 從消費級市場的需求以及用戶對于飛行拍攝的操縱便利性的發展趨勢來看，本發 明技術方案的飛行拍攝設備主要是指小、微型多旋翼無人機，這種無人機體積小、成本低、 飛行穩定性較好，飛行拍攝成本低等。本發明使用的飛行器，典型的以四軸多旋翼飛行器為 代表。并且，這種飛行器已經開始廣泛用于航拍、空中作業、物流等領域。
[0048] 本發明下述實施例中，所述無人機和地面站之間的身份鑒權，是利用存儲于無人 機和地面站通信設備里的密鑰和數字證書，保證密鑰不在空中接口上傳輸，以達到身份鑒 權的安全性。無人機和地面站鑒權的目的是為了防止