技术领域
[0001] 本
发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种基于双频段无人机控制系统及方法。
背景技术
[0002] 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。
[0003] 现有无人机在空中飞行时，仅由用户通过遥控设备进行操纵，而没有其他的管控系统对无人机进行管理。在空中交通管理中，无人机的自主飞行易造成空中交通混乱，且对大量无人机的监控并不容易，非法操作、违规飞行现象屡见不鲜。我国现行空管体系急需一套行之有效的无人机空中交通控制系统和管理办法，实现空中交通管理部
门管控无人机活动，掌握主动权，有效提供空中交通服务，从而为我国无人机的发展提供有
力保障。
发明内容
[0004] 鉴于上述内容，有必要提供一种能够有效维持无人机安全管控的基于双频段无人机控制系统及方法。
[0005] 本发明提供一种基于双频段无人机控制系统，包括：遥控设备、无人机以及第三方设备，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；所述第三方设备与所述无人机之间构建第二通信信道，所述第三方设备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。
[0006] 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，用于对
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。
[0007] 进一步地，所述无人机包括第二控制模块、第二安全模块、第二射频收发器及第二天线；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第二控制模块，用于对接收到的数字信号进行加解密处理；所述第二射频收发器电连接于所述第二安全模块，用于接收所述第二安全模块发来的数字信号密文，并将其变成所述第一频段的射频信号密文后传送至第二天线；所述第二射频收发器还可以接收由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第二安全模块进行解密处理；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。
[0008] 进一步地，所述无人机还包括第三射频收发器和第三天线，所述第三射频收发器电连接于所述第二安全模块，用于接收所述第二安全模块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三天线；所述第三射频收发器还可以接收由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第二安全模块进行解密处理；所述第三天线电连接于所述第三射频收发器，用于收发第二频段的射频信号密文。
[0009] 进一步地，无人机还包括第二电源模块、动力模块和采集模块；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；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。
[0010] 进一步地，所述第三方设备包括第三控制模块、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，用于对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第三方设备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，以用于提供所述第三方设备各模块运作过程中的电能。
[0011] 进一步地，所述第三方设备为空管中心或无人机。
[0012] 另外，本发明还提供一种无人机控制方法，所述无人机控制方法包括：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；若一第三方设备与所述无人机通过第二频段构建第二通信信道；所述第三方设备通过所述第二通信信道与所述无人机进行无线通信。
[0013] 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具体包括：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。
[0014] 进一步地，所述第三方设备通过所述第二通信信道与所述无人机进行无线通信具体包括：在所述第三方设备的第三安全模块中预置所述第三方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预置所述无人机的数字证书和公私密钥；所述第三方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第三方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；所述第三方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；所述第三方设备向所述无人机返回所述第三方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第三方设备的数字证书是否由信赖的CA中心所签发的，以验证所述第三方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第三方设备数字证书中的身份信息是否一致，以对所述第三方设备的身份认证；所述第三方设备与所述无人机进行密钥协商并生成会话密钥；所述第三方设备与所述无人机之间通过密文进行无线通信。
[0015] 本发明的基于双频段无人机控制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，并在无人机与第三方设备之间构建第二通信信道，且所述第一通信信道与所述第二通信信道分别选用不同的频段，从而便于空管中心通过第二通信信道直接管控无人机的活动；另外，所述无人机通过第一通信信道与遥控设备进行无线通信，又通过第二通信信道与第三方设备进行无线通信，因此，所述无人机充当遥控设备与第三方设备之间的中继，间接实现遥控设备与第三方设备之间的无线通信，提升了无人机的应用空间。
[0016] 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
[0017] 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：
[0018] 图1是本发明一个实施例的基于双频段无人机控制系统的示意图。
[0019] 图2是图1所示的基于双频段无人机控制系统中的遥控设备的结构
框图。
[0020] 图3是图1所示的基于双频段无人机控制系统中的无人机的结构框图。
[0021] 图4是图1所示的基于双频段无人机控制系统中的第三方设备的结构框图。
[0022] 图5是本发明另一个实施例的基于双频段无人机控制系统的控制方法
流程图。
[0023] 图6是本发明另一个实施例的基于双频段无人机控制系统的遥控设备与无人机进行无线通信的方法流程图。
[0024] 图7是本发明另一个实施例的基于双频段无人机控制系统的第三方设备与无人机进行无线通信的方法流程图。
[0025] 主要元件符号说明
[0026]
[0027]
[0028] 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
[0029] 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。
[0030] 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。
[0031] 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。
[0032] 请同时参阅图1至图4，本发明的一个实施例提供一种基于双频段无人机控制系统100，用于实现对无人机的安全管控，以维护无人机空中活动的有序运行。
[0033] 所述无人机控制系统100包括遥控设备10、无人机20以及第三方设备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；所述第三方设备30与所述无人机20之间构建第二通信信道，所述第三方设备30通过所述第二通信信道与所述无人机20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。
[0034] 在本实施例中，常态下，第二通信信道为静默状态，无人机20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还通过第二通信信道与第三方设备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。
[0035] 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，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，以用于提供所述遥控设备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。
[0036] 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、第二射频收发器23、第二天线24、第三射频收发器25、第三天线26及第二电源模块27。
[0037] 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，用于对接收到的数字信号进行加解密处理；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；所述第二射频收发器23电连接于所述第二安全模块22，用于接收所述第二安全模块22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二天线24；所述第二射频收发器23还可以接收由第二天线24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二安全模块22进行解密处理；所述第二天线24电连接于所述第二射频收发器23，用于收发第一频段的射频信号密文，所述第二天线24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。
[0038] 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23及第二天线24分别适用于收发第一频段的射频信号。
[0039] 第三射频收发器25电连接于所述第二安全模块22，用于接收所述第二安全模块22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三天线26；所述第三射频收发器25还可以接收由第三天线26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二安全模块22进行解密处理；所述第三天线26电连接于所述第三射频收发器25，用于将所述第三射频收发器25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。
[0040] 第二电源模块27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27为锂电池。
[0041] 在本实施例中，无人机20还包括动力模块28和采集模块29。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。
[0042] 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23和第二天线24，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25和第三天线26，当所述无人机20需要与第三方设备
30建立无线通信连接时，所述无人机20可以通过第三射频收发器25和第三天线26接收和发出第二频段的射频信号得以实现。
[0043] 所述第三方设备30包括第三控制模块31、第三安全模块32、第四射频收发器33、第四天线34及第三电源模块35。所述第三控制模块31用于控制和协调所述第三安全模块32、所述第四射频收发器33、所述第四天线34及所述第三电源模块35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；所述第三安全模块32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32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33电连接于所述第三安全模块32，用于接收所述第三安全模块32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34；所述第四射频收发器33还可以接收由第四天线34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32进行解密处理；所述第四天线34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34与所述第三天线26配合以实现无人机20与第三方设备30之间第二频段的射频信号密文传送；所述第三电源模块35电连接于所述第三控制模块31，以用于提供所述第三方设备30各模块运作过程中的电能。优选地，所述第三电源模块35为锂电池。
[0044] 可以理解，所述第三射频收发器25、第三天线26、所述第四射频收发器33及第四天线34分别适用于收发第二频段的射频信号。
[0045] 请参阅附图5，本发明还提供一种应用上述基于双频段无人机控制系统100的控制方法，其包括如下步骤：
[0046] 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；
[0047] 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；
[0048] 具体地，所述遥控设备10的第一控制模块11可以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24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23，所述第二射频收发器23将射频信号密文转化为数字信号密文并发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，进而实现所述遥控设备10与所述无人机20的无线通信连接。
[0049] 步骤3，若一第三方设备30与所述无人机20通过第二频段构建第二通信信道；
[0050] 步骤4，所述第三方设备30通过所述第二通信信道与所述无人机20进行无线通信；
[0051] 具体地，所述第三方设备30的第三控制模块31可以产生相应的数字信号，所述第三安全模块32对所述数字信号进行加密处理，所述第四射频收发器33接收来自所述第三安全模块32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34发出；所述无人机20的第三天线26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25，所述第三射频收发器25将射频信号密文转化为数字信号密文并发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，进而实现所述第三方设备30与所述无人机20的无线通信连接。
[0052] 请参阅附图6，上述步骤2具体包括：
[0053] 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；
[0054] 步骤2-2，所述遥控设备10向所述无人机20发送连接请求；
[0055] 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；
[0056] 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；
[0057] 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；
[0058] 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；
[0059] 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；
[0060] 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。
[0061] 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23、第二天线24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23和第二天线24。
[0062] 请参阅附图7，上述步骤4具体包括：
[0063] 步骤4-1，在第三安全模块32中预置第三方设备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；
[0064] 步骤4-2，所述第三方设备30向所述无人机20发送连接请求；
[0065] 步骤4-3，所述无人机20响应该连接请求并向所述第三方设备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；
[0066] 步骤4-4，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，则所述第三方设备30完成对所述无人机20身份的认证；
[0067] 步骤4-5，所述第三方设备30向所述无人机20返回第三方设备30的数字证书(含公钥)以及经私钥签名的相关身份信息；
[0068] 步骤4-6，验证所述第三方设备30的数字证书是否由信赖的CA中心所签发的，以验证所述第三方设备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完成对所述第三方设备30身份的认证；
[0069] 步骤4-7，所述第三方设备30与所述无人机20进行密钥协商并生成会话密钥；
[0070] 步骤4-8，所述第三方设备30与所述无人机20之间通过密文进行无线通信。
[0071] 在实际应用中，所述第三方设备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25、第三天线26、第四射频收发器33、第四天线34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，在介绍所述第三方设备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25、第三天线26、第四射频收发器33和第四天线34。
[0072] 可以理解，所述第三方设备30可以为空管中心或其它无人机，但不限于此。
[0073] 本发明的基于双频段无人机控制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与第三方设备30之间构建第二通信信道，且所述第一通信信道与所述第二通信信道分别选用不同的频段，从而便于空管中心通过第二通信信道直接管控无人机的活动；另外，所述无人机20通过第一通信信道与遥控设备10进行无线通信，又通过第二通信信道与第三方设备30进行无线通信，因此，所述无人机20充当遥控设备10与第三方设备30之间的中继，间接实现遥控设备10与第三方设备30之间的无线通信，提升了无人机20的应用空间。
[0074] 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。
