基于地理围栏的无人机地面站监控系统的研究

发布时间：2020-06-21 22:39

【摘要】：在无人机的应用从军事领域迅速扩展到民用以及商用领域的同时,无人机的“黑飞”、“乱飞”和“盗飞”、“劫持”现象大量存在,对社会安全造成危害。针对这些现象,本文研究了基于地理围栏无人机地面站监控系统,设置“禁飞区”,防止无人机“黑飞”、“乱飞”;同时,研究设计了无人机数据链的混合加密认证方案,避免无人机被“盗飞”、“劫持”。具体研究从以下两方面展开:(1)无人机地面控制站作为无人机系统的重要组成部分,是监控无人机的关键设备。针对无人机“黑飞”、“乱飞”现象。首先分析了无人机出现这一现象的原因,研究了适应于无人机“禁飞区”划定与判断的地理围栏算法,然后利用算法在研究设计的基于Google Earth和Arc GIS的地学浏览器中预划分无人机的围栏区域,设置围栏事件,判断无人机是否闯入“禁止飞区”,对无人机进行可视化监控,报警提示无人机驾驶员强行改变无人机飞行路径。同时还利用Sktech UP软件构建并绘制无人机的三维模型,运用XML技术实现无人机三维模型的飞行模拟仿真,仿真验证了该研究在无人机地面控制站应用的可行性,可以有效实现无人机安全飞行的管控功能,提高无人机应用安全。(2)针对无人机“盗飞”、“劫持”事故。研究无人机数据链的上行链路的加密方案,提高数据传输的安全性和可靠性。具体过程:首先选择高性能的信道编码,提高数据链的可靠性和抗干扰性;然后通过研究常用的两种加密体制的典型算法AES加密标准和优化RSA加密算法,从无人机上行链路的安全需求着手,利用两种加密算法的优势,提出一种兼顾传输效率与安全性的混合加密认证方案,保证无人机上行链路数据的保密性、完整性和可靠性,并且对该方案的安全性能进行分析,验证其加密效果。其中还可以针对“盗飞”事故,利用地理围栏功能,划分限制区域,设置围栏事件:禁止飞出。综上,本文针对“黑飞”、“乱飞”事故,设计地理围栏算法,实现无人机地面站的地理围栏功能;针对“盗飞”、“劫持”事故,设计无人机数据链的加密认证方案,为进一步研究开发满足无人机安全应用的地面站系统做了一定的基础研究工作。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V279;TP277
【图文】：

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无人机无线电台无线电台算机matlab仿真软件GPS信息 GPS信息发送接收接收发送图 3.7 地面站系统半物理仿真平台结构图（1）矩形地理围栏算法仿真。矩形地理围栏参数设置为 P0(1000, 500)，P1(3000, 500)，P2(1000, 3000)，P3(1000, 1000)，无人机的 GPS 位置信息为 P(3000,2500, 1500)，经过地理围栏算法解算，进行判断。矩形算法仿真图如图 3.8(a)。（2）长方体地理围栏算法仿真。设置长方体围栏参数为 A(3500, 500, 2000)，A′(3500, 500, 500)，B(3500, 3000, 2000)，B′(3500, 3000, 500)，C(1000, 3000,2000)，C′(1000, 3000, 500)，D(1000, 1000, 2000)，D′(1000, 1000, 500)。无人机的 GPS 位置信息经过坐标转换为 P(3000, 2500, 1500)，长方体检测判断算法仿真图如图 3.8(b)所示。

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图 3.9 球形算法仿真图真结果：无人机测试点在球体地理围栏外部。由此可，正常飞行。结无人机带来社会安全问题这一背景，研究了地理围栏用，提高无人机系统的提高安全水平。作为一种接近根据无人机的需求自定义触发规则，如触发范围、形设计了改进地理围栏检测判断算法，通过 MATLAB 围栏算法作比较，验证其可行性与三维地理围栏的优

【参考文献】