一种可配合鉴权通信机制的无人机与地面站及鉴权方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及鉴权领域，具体涉及一种可配合鉴权通信机制的无人机与地面站及鉴 权方法。
【背景技术】
[0002] 无人机在航空拍摄、飞行表演、防灾救险、科学考察等领域有着广阔的应用。随着 电子技术的飞速发展，小型、微型无人机在远程遥控、续航时间、飞行品质上有了明显的突 破，成为了近几年兴起的通用航空领域关注焦点，被普遍认为具有良好的发展前景。
[0003] 目前无人机已经开始进入消费级市场，尤其是多旋翼飞行器，典型地，如四轴多旋 翼飞行器已经成为消费级市场中用来实施航拍的首选设备。
[0004] 随着无人机特别是多旋翼无人机的广泛应用，无人机与地面站之间的通信安全已 成为无人机开发厂家和用户所关心的问题。由于无人机市场逐渐由专业级向消费级推广， 越来越多的普通消费者都会使用无人机进行航拍、游戏或航模等应用，因此同一区域出现 多架无人机的情况越来越普遍。为了使无人机能够确认哪个地面站是它的合法控制者，同 时使地面站能够保证受它控制的无人机是目标无人机，需要建立一种无人机与地面站通信 鉴权的方法。
[0005] 现有技术中实现无人机与地面站之间的通信安全主要是通过对数据传输过程中 的数据进行加解密方法实现，例如：申请号为201410298318. 2、发明名称为《一种基于北斗 及4G的无人机》的中国发明专利申请公开了一种基于北斗及4G的无人机，在该无人机本体 上设有主控制器、北斗系统全球定位装置、数据加密装置、数据处理装置、航拍摄像头、自动 驾驶装置和第一无线通信装置；还包括地面基站，该地面基站设有第二无线通信装置和数 据解密分析装置。本发明通过在无人机上设置数据加密装置，将航拍到的高清实时图像、音 频或定位信息加密后发送，使数据更安全。
[0006] 此外，申请号为201510002562. 4、发明名称为《用于无人机多机载设备同频加密数 字化通信传输控制系统》的中国发明专利申请公开了一种用于无人机多机载设备同频加密 数字化通信传输控制系统，包括机载端控制系统和地面端控制系统，所述机载端控制系统 包括第一数字无线加密传输模块，所述地面端控制系统包括第二数字无线加密传输模块， 本发明解决了现有无人机通信系统均未加密，采取简单手段即可截获或干扰，轻者致使地 面控制站无法正常与无人机通信，重者丧失对无人机飞行控制权的问题，提高无人机空地 通信安全性和保密性。
[0007] 但上述专利申请均没有涉及无人机和地面站在建立数据链之前，如何确认通信双 方身份是否合法的解决方案，如何防止非法接入或者非法控制的问题。目前无人机应用领 域大多采用单个地面站控制单架无人机的点对点通信方式，地面站仅依靠通信频段、发射 功率和可视范围来判断无人机是否受控，无法解决同一区域发射功率范围内多架无人机操 控安全以及超视距"接力"无人机控制的问题。
【发明内容】
[0008] 本发明的发明目的是提供一种可配合鉴权通信机制的无人机与地面站及鉴权方 法，利用无人机、地面站、鉴权中心中存储密钥、数字证书及相应的签名算法，通过无人机与 地面站之间的鉴权交互消息以及远程鉴权中心验证，确保无人机和地面站的身份"合法"。
[0009] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
[0010] 一种可配合鉴权通信机制的无人机，包括第一通信数据传输模块、第一鉴权消息 处理模块、第一存储模块和第一时钟模块，所述第一鉴权消息处理模块和所述第一通信数 据传输模块、所述第一时钟模块能够双向通信，所述第一存储模块连接所述第一鉴权消息 处理模块，其中，
[0011] 所述第一通信数据传输模块适用于无人机与地面站之间的信息发送和接收；
[0012] 所述第一鉴权消息处理模块适用于无人机中鉴权消息的解析和构建；
[0013] 所述第一存储模块适用于至少存储无人机证书；
[0014] 所述第一时钟模块利用无人机GPS装置同步时钟，记录无人机鉴权请求时间。
[0015] 根据本发明的另一个方面，提供了一种无人机鉴权方法，包括以下步骤：
[0016] (1)、所述无人机接收来自地面站发送的数据链鉴权激活消息；
[0017] (2)、所述无人机调用存储的无人机证书，加入本地系统时间作为鉴权请求时间构 建数据链鉴权请求消息并发送至所述地面站；
[0018] (3)、所述无人机接收所述地面站转发的数据链鉴权响应消息，其中，所述数据链 鉴权响应消息是通过所述地面站向鉴权中心发出身份鉴权请求后，所述鉴权中心对无人机 证书和地面站证书进行鉴权后向地面站返回的身份鉴权响应消息构建而成；
[0019] (4)、所述无人机从所述数据链鉴权响应消息中获得鉴权结果，并根据所述鉴权结 果判定鉴权是否成功，如果成功，则判断所述地面站身份合法；反之，拒绝所述地面站的控 制。
[0020] 根据本发明的另一个方面，还提供了一种可配合鉴权通信机制的地面站，包括第 二通信数据传输模块、第二鉴权消息处理模块、第二存储模块、第二时钟模块，所述第二鉴 权消息处理模块与所述第二通信数据传输模块、第二时钟模块能够双向通信，所述第二存 储模块连接所述第二鉴权消息处理模块，其中，
[0021] 所述第二通信数据传输模块适用于地面站与无人机、鉴权中心之间的鉴权消息发 送和接收；
[0022] 所述第二鉴权消息处理模块适用于地面站中鉴权消息的解析和构建；
[0023] 所述第二存储模块至少存储地面站证书；
[0024] 所述第二时钟模块利用地面站GPS装置同步时钟，记录地面站鉴权请求时间。
[0025] 根据本发明的再一个方面，还提供了一种地面站鉴权方法，包括以下步骤：
[0026] (1)、所述地面站向无人机发送数据链鉴权激活消息；
[0027](2)、所述地面站接收所述无人机返回的数据链鉴权请求消息；
[0028] (3)、在所述数据链鉴权请求消息的基础上，调用存储的地面站证书构建身份鉴权 请求消息并发送至鉴权中心；
[0029] (4)、所述地面站接收所述鉴权中心返回的身份鉴权响应消息，所述身份鉴权响应 消息包括所述鉴权中心对无人机证书和地面站证书进行鉴权后得到的鉴权结果；
[0030] (5)、所述地面站在所述身份鉴权响应消息的基础上构建数据链鉴权响应消息并 转发至所述无人机；
[0031] (6)、所述地面站获得所述鉴权结果；
[0032] (7)、所述地面站根据所述鉴权结果判定鉴权是否成功，如果成功，则判定该无人 机身份合法；反之，拒绝控制所述无人机。
[0033] 本发明公开了一种可配合鉴权通信机制的无人机与地面站及鉴权方法，通过第三 方可信的鉴权中心给所述无人机和地面站颁发数字证书并进行存储，经过无人机与地面站 之间的鉴权交互消息以及所述鉴权中心对无人机和地面站证书的验证，确保了无人机和地 面站的身份合法性。随着无人机应用领域和飞行控制范围的不断扩大，出现单地面站控制 多架无人机，或多地面站控制单架无人机的情况未来一定存在。该可配合鉴权通信机制的 无人机与地面站及鉴权方法可以实现无人机判断地面站的"真伪"，同时地面站能够"合法" 控制无人机，从而为无人机和地面站安全数据链传输打下基础。
[0034] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚 明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明 的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的【具体实施方式】进行举例 说明。
【附图说明】
[0035] 通过阅读下文优选的【具体实施方式】中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处 对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的， 而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例， 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，还可以根据这些附图获得 其他的附图。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0036] 图1示出了根据本发明实施例一的可配合鉴权通信机制的无人机结构示意图；
[0037] 图2示出了根据本发明实施例二的无人机鉴权方法流程图；
[0038] 图3示出了根据本发明实施例三的无人机鉴权方法流程图；
[0039] 图4示出了根据本发明实施例四的可配合鉴权通信机制的地面站结构示意图； [0040] 图5示出了根据本发明实施例五的地面站鉴权方法流程图；
[0041] 图6示出了根据本发明实施例六的地面站鉴权方法流程图。
【具体实施方式】
[0042] 下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的 具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限 制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整 的传达给本领域的技术人员。
[0043] 需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领 域技术人员应可以理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权 利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分 的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的"包含"或"包括"为一开放式用语，故 应解释成"包含但不限定于"。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述 乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附 权利要求所界定者为准。
[0044] 为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步 的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
[0045] 无人驾驶飞机简称"无人机"，英文缩写为"UAV"，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机。从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、 无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等。
[0046] 本发明实施例中优选的无人机为多旋翼无人机（或称为多旋翼飞行器），可以是 四旋翼、六旋翼及旋翼数量大于六的无人机。优选的，机身由碳纤维材料制成，在满足较高 使用强度和刚度的前提下，可大幅减轻机身的重量，从而降低多旋翼无人机的动力需求以 及提高多旋翼无人机的机动性。当然，在本发明的其他实施例中，机身还可以由塑料或者 其他任意使用的材料制成。机身上设有多个相对于所述机身中的对称平面呈对称分布的 浆臂，每一个浆臂远离所述机身的一端设有桨叶组件，所述桨叶组件包括安装在所述浆臂 上的电机和连接在所述电机的输出轴上的桨叶，每一片桨叶的旋转轴线均位于同一圆柱面 上。
[0047] 从消费级市场的需求以及用户对于飞行拍摄的操纵便利性的发展趋势来看，本发 明技术方案的飞行拍摄设备主要是指小、微型多旋翼无人机，这种无人机体积小、成本低、 飞行稳定性较好，飞行拍摄成本低等。本发明使用的飞行器，典型的以四轴多旋翼飞行器为 代表。并且，这种飞行器已经开始广泛用于航拍、空中作业、物流等领域。
[0048] 本发明下述实施例中，所述无人机和地面站之间的身份鉴权，是利用存储于无人 机和地面站通信设备里的密钥和数字证书，保证密钥不在空中接口上传输，以达到身份鉴 权的安全性。无人机和地面站鉴权的目的是为了防止