網(wǎng)絡安全技術(shù)下植保無人機系統(tǒng)設計

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了網(wǎng)絡安全技術(shù)下植保無人機系統(tǒng)設計范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要:以植保無人機通信系統(tǒng)為研究對象,結(jié)合網(wǎng)絡安全技術(shù)建立了植保無人機飛行控制過程中的通信網(wǎng)絡。植保無人機通信網(wǎng)絡包含植保無人機之間、無人機與地面飛行控制監(jiān)控系統(tǒng)之間以及植保無人機與服務器之間網(wǎng)絡通信,無人機與系統(tǒng)之間和無人機之間形成點對點的交互式網(wǎng)絡通信。系統(tǒng)驗證結(jié)果表明:植保無人機通信系統(tǒng)能夠有效地進行系統(tǒng)交互通信,通信數(shù)據(jù)量滿足實際使用設計要求;無人機飛行姿態(tài)與設定指令之間誤差較小,能夠有效進行數(shù)據(jù)及指令的發(fā)送與接收。研究可為植保無人機通信網(wǎng)絡的穩(wěn)定性、可靠性及有效性提供參考。

關鍵詞:植保無人機;通信系統(tǒng);網(wǎng)絡安全;可靠性

0引言

無人機是硬件與網(wǎng)絡通信技術(shù)相互協(xié)同作業(yè)的智能系統(tǒng),在無人機硬件結(jié)構(gòu)上搭載不同的執(zhí)行機構(gòu)即可進行不同作業(yè),農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中所用無人機通過搭載噴灌、監(jiān)控及施肥等不同的作業(yè)機構(gòu),形成不同的植保無人機[1-2]。無人機飛行控制過程是一種集成飛行控制完整性和飛行穩(wěn)定性一體要求的綜合控制系統(tǒng),包含飛行控制硬件原理及無人機控制系統(tǒng)網(wǎng)絡通信[3]。無人機通信網(wǎng)絡包含無人機系統(tǒng)與地面監(jiān)測控制系統(tǒng)、無人機系統(tǒng)、無人機云服務器以及無人機系統(tǒng)之間的相互通信網(wǎng)絡[4]。筆者基于網(wǎng)絡安全技術(shù),設計開發(fā)了一種集成于無人機系統(tǒng)之間、無人機與控制系統(tǒng)之間以及無人機與云服務器之間的協(xié)同控制通信網(wǎng)絡,形成了植保無人機飛行作業(yè)過程中的有效交互式通信。

1植保無人機通信系統(tǒng)

植保無人機通信系統(tǒng)信號包括控制遙感信號、無人機控制指令以及無人機機載傳感器信號,通信系統(tǒng)信號在傳輸過程中通常采用3種信號分開傳輸?shù)姆绞絒5]。無人機控制遙感信號是地面遙控控制信號,能夠?qū)o人機的自主飛行過程進行干預,使自主飛行過程切換至非完全自主飛行[6]。無人機控制指令信號包含無人機飛行過程中的狀態(tài)數(shù)據(jù),是無人機能夠自主飛行的關鍵,通常包含無人機姿態(tài)等信息[7]。無人機機載傳感器信號通常指無人機攜帶的相關傳感器所采集到的圖像信息、環(huán)境參數(shù)信息及其他相關物理參數(shù)信息,機載傳感器信號數(shù)據(jù)量大,對于通信系統(tǒng)的傳輸要求較高,為保證無人機任務的有效性,通常設定專用通道進行無人機機載傳感器信號的傳輸與接收[8-9]。無人機通信系統(tǒng)信號在進行獨立傳輸時,通信信道相互獨立,但需要占用較大的通信帶寬,造成浪費。因此,設計的植保無人機通信系統(tǒng)將3種信號進行合成傳輸,并設置專用信號通道進行無人機機載信號傳輸[10]。圖1所示為植保無人機通信系統(tǒng)架構(gòu)圖。

2無人機通信網(wǎng)絡方案設計

隨著物聯(lián)網(wǎng)和智能化技術(shù)的發(fā)展,植保無人機通信網(wǎng)絡的發(fā)展更加趨于實際需求,無人機網(wǎng)絡主要包含植保無人機機群網(wǎng)絡通信、無人機與地面控制系統(tǒng)網(wǎng)絡通信、無人機與遠程服務器網(wǎng)絡通信、地面控制系統(tǒng)與遠程服務器網(wǎng)絡通信以及地面系統(tǒng)之間的相互通信。地面控制系統(tǒng)與無人機之間的通信是建立的點對點通信網(wǎng)絡,使無人機的飛行狀態(tài)處于監(jiān)控狀態(tài)。無人機通信網(wǎng)絡是具有互聯(lián)網(wǎng)基礎的通信系統(tǒng)[11-12],如圖2所示。

3植保無人機通信組網(wǎng)

植保無人機飛行控制器進行機載通信協(xié)議的生成,并在植保無人機內(nèi)進行協(xié)議軟件程序的搭載,抓取植保無人機的實時飛行數(shù)據(jù),生成特定協(xié)議數(shù)據(jù)包,通過機載數(shù)據(jù)網(wǎng)關進行發(fā)送,并通過植保無人機通信網(wǎng)絡傳輸至地面控制系統(tǒng)及監(jiān)管中心[13]。飛行控制器在進行通信協(xié)議的生成時,主要通過控制邏輯以及優(yōu)先等級進行判斷,通信協(xié)議數(shù)據(jù)包格式定義如表1所示。地面控制系統(tǒng)通信基礎傳輸協(xié)議采用串口協(xié)議進行數(shù)據(jù)包的傳輸,地面控制系統(tǒng)通信協(xié)議包含4層傳輸結(jié)構(gòu),傳輸過程具有較高的傳輸頻率,能夠?qū)?shù)據(jù)內(nèi)容提供較寬的數(shù)據(jù)傳輸帶。植保無人機地面控制系統(tǒng)通信協(xié)議傳輸結(jié)構(gòu),如圖3所示。機載飛行控制系統(tǒng)中具有軟件邏輯控制數(shù)據(jù),能夠在飛行控制過程中進行數(shù)據(jù)的接收,并進行正確通信和數(shù)據(jù)包內(nèi)容的獲取,消除錯誤的通信數(shù)據(jù),保證通信數(shù)據(jù)的安全性;數(shù)據(jù)網(wǎng)關能夠?qū)C載數(shù)據(jù)進行接收傳輸及協(xié)議地址的分配,實現(xiàn)機載飛行數(shù)據(jù)和地面基站數(shù)據(jù)之間的交互。數(shù)據(jù)網(wǎng)關邏輯示意圖,如圖4所示。數(shù)據(jù)網(wǎng)關邏輯進行通信邏輯和通信協(xié)議的控制,并生成數(shù)據(jù)流,通過數(shù)據(jù)交互方式與地面控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸。當數(shù)據(jù)網(wǎng)關接收到地面控制指令數(shù)據(jù)后,對數(shù)據(jù)正確性和完整性進行判斷,并通過指令信號的質(zhì)量確定數(shù)據(jù)包的完整性,同時提取有效的數(shù)據(jù)信息,并按照協(xié)議內(nèi)容對數(shù)據(jù)進行分發(fā),同時將請求數(shù)據(jù)傳輸至通信系統(tǒng),反饋信號傳輸至地面控制系統(tǒng)及監(jiān)控中心。植保無人機地面監(jiān)控中心要求能夠進行無人機群的飛行監(jiān)控,同時獲取獨立無人機的位置信息,并能對無人機進行控制指令的發(fā)送,同時要求能夠?qū)ΡO(jiān)控中心的相關飛行數(shù)據(jù)信息進行共享。植保無人機監(jiān)控中心要求能夠控制無人機的飛行狀態(tài),保證無人機的飛行安全。無人機飛行控制器和地面監(jiān)管中心服務器之間的通信內(nèi)容主要包含植保無人機的位置信息、無人機的身份狀態(tài)信息、控制指令及監(jiān)管中心服務器中的共享數(shù)據(jù)信息,且保證植保無人機控制系統(tǒng)能夠介入通信網(wǎng)絡系統(tǒng)當中,并通過通信網(wǎng)絡對植保無人機進行監(jiān)管和控制。植保無人機組網(wǎng)是進行無人機飛行工作狀態(tài)機群控制的核心,控制人員通過地面監(jiān)管中心及地面控制系統(tǒng)對植保無人機進行任務指令的傳輸,進行無人機的控制;被控制的植保無人機機群將自身飛行數(shù)據(jù)進行發(fā)送,從而抽象出一種點對點的數(shù)據(jù)通信;通過點對點的數(shù)據(jù)傳輸,能夠較好地進行無人機機群控制,能夠有效地進行通信系統(tǒng)組網(wǎng);通信數(shù)據(jù)量小,能夠有效地降低硬件成本及控制過程資源消耗。每個獨立植保無人機除了能夠進行自身的通信外,還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)路由功能,經(jīng)過路由以后將數(shù)據(jù)傳輸至控制系統(tǒng)中心,實現(xiàn)無人機群的鏈式組網(wǎng),提高無人機群的數(shù)據(jù)傳輸距離,形成控制系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)。

4通信系統(tǒng)測試分析

植保無人機飛行控制系統(tǒng)用于進行無人機飛行狀態(tài)的控制,并按照飛行避障功能進行飛行狀態(tài)的自適應調(diào)整。為驗證設計的植保無人機通信系統(tǒng)有效性,通過對3組無人機飛行過程中的姿態(tài)信息進行采集,驗證無人機通信網(wǎng)絡的有效性。飛行試驗前,通過無人機通信數(shù)據(jù)的監(jiān)測,進行通信網(wǎng)絡檢測。植保無人機通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收與發(fā)送測試結(jié)果,如表2所示。由表2可以看出:植保無人機通信系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸過程中,當系統(tǒng)通信網(wǎng)絡處于最大通信DXV時,系統(tǒng)通信量處于最小值;當系統(tǒng)通信網(wǎng)絡處于最小通信DXV時,其通信量達到最大值;植保無人機通信系統(tǒng)通信量的有效通信數(shù)據(jù)、冗余通信數(shù)據(jù)及總通信數(shù)據(jù)均符合無人機通信系統(tǒng)設計標準值。3組植保無人機飛行姿態(tài)與控制指令對比曲線,如圖5所示。plantprotectionUAV由圖5可以看出:3架植保無人機在飛行過程中,飛行控制器采集到的其3個不同方向的飛行曲線與控制指令設定值基本相符。這表明植保無人機通信系統(tǒng)能夠有效地進行控制指令的傳輸,控制系統(tǒng)能夠有效地對控制指令進行接收。

5結(jié)論

植保無人機通信網(wǎng)絡系統(tǒng)要求具有較高的運行可靠性,且能夠進行遠距離高速數(shù)據(jù)交互通信。隨著物聯(lián)網(wǎng)及智能化通信的發(fā)展,植保無人機通信系統(tǒng)穩(wěn)定性、安全性以及通信效率將得到快速發(fā)展,滿足系統(tǒng)使用過程中的交互式要求,同時結(jié)合云服務器技術(shù),植保無人機通信控制網(wǎng)絡將得到更有效的發(fā)展。

作者:程常喜 單位:南陽農(nóng)業(yè)職業(yè)學院