基于光波信息的无人机身份识别装置及信息调制解调方法
【专利摘要】一种基于光波信息的无人机身份识别装置，壳体一侧有显示屏，壳体一端有物镜和开口，开口在物镜下方，壳体另一端有目镜，物镜与目镜相互对应，壳体内的电路板上有激光接收头、激光发射头、光信号接收器和控制芯片，壳体内有半透反射镜，光通过物镜至半透反射镜后反射至光信号接收器，激光接收头和激光发射头的端部在开口内。本发明无人机身份识别装置利用无人机自身已有的LED设备，可将无人机的唯一识别码调制到LED光信号当中，利用光线将信息传播出去，地面监管人员则通过便携式身份检测设备锁定LED光源，采集其发出的光信息，经过解调和解密还原出无人机的唯一识别码进行确定，从而可以有效地配合空管及相关部门实现低空域内无人飞行器的监管。
【专利说明】
基于光波信息的无人机身份识别装置及信息调制解调方法
技术领域
[0001]本发明涉及无人机配套设备领域，特别是涉及一种基于光波信息的无人机身份识别装置及信息调制解调方法。
【背景技术】
[0002]随着民用小型无人机的发展与普及，越来越多的能在公众场合看到无人机的身影。小型无人机体积小、机动性好，可在人的遥控下或自动驾驶仪的控制下携带一定的载重做低空或超低空飞行。其组装成本和入门门槛都较低，特别是结构简单的微小型飞行器，导致其销量和市场份额都在逐年飞速增长中。但随之带来的一个主要问题就是如何对数量如此众多的民用无人机进行监管。
[0003]目前我国的低空领域还未向私人开放，相关的管制条例也还未出台，一旦开放，如何实现飞行器的身份识别将成为当务之急。微、小型无人机体积小，飞行高度低，雷达对其侦测效果较差。受无人机飞控技术的制约，飞行器在飞行过程中自身也存在着安全隐患。此夕卜，一般载重量在3KG以上的无人机都已经具备了携带杀伤性武器(如小型手枪、炸药)的能力，很容易被犯罪分子所利用。无人机大都通过远程遥控，一旦出现安全事故或恐怖袭击，很难对责任人进行查找。正规厂商销售的无人机因其商业整机有自带编号且与购买者的身份进行了关联所以可以溯源，但私人组装的无人机其身份根本无从鉴别。即便是登记在册的无人机，在其飞行过程中仍缺乏一种能够实时向监管机构或执法人员告知其身份的方法。为了能够对无人机市场进行合理管控，为今后的低空领域交通管制提供便利，需要一种便捷有效的方法使得移动监管人员能够对当前可视空域内的无人机的身份进行识别。无人机处于自身飞行安全考虑绝大多数都会挂载LED灯，有的是为了区分机头机尾方向，有的则是作为夜间飞行的安全指示灯，工作时这些LED灯的状态都比较单一，通常为常亮或有规律的闪烁。由于LED响应时间短、可高速调制、低功耗、寿命长、尺寸小，能够发出肉眼感觉不到的高速明暗闪烁信号用于传输信息，因此可设计相应无人机身份识别装置，来对无人机进行识别管制。
【发明内容】
[0004]为了解决上述存在的问题，本发明提供一种基于光波信息的无人机身份识别装置及信息调制解调方法，该无人机身份识别装置利用无人机自身已有的LED设备，可将无人机的唯一识别码调制到LED光信号当中，利用光线将信息传播出去，地面监管人员则通过便携式身份检测设备锁定LED光源，采集其发出的光信息，经过解调和解密还原出无人机的唯一识别码进行确定，该便携式身份识别器还可以同时输出目标飞行器距测量点的直线距离，方便追踪。可以有效地配合空管及相关部门实现低空域内无人飞行器的监管，为达此目的，本发明提供一种基于光波信息的无人机身份识别装置，包括壳体、显示屏、物镜、激光接收头、激光发射头、半透反射镜、目镜、光信号接收器和控制芯片，所述壳体一侧有显示屏，所述壳体一端有物镜和开口，所述开口在物镜下方，所述壳体另一端有目镜，所述物镜与目镜相互对应，所述壳体内的电路板上有激光接收头、激光发射头、光信号接收器和控制芯片，所述壳体内有半透反射镜，光通过物镜至半透反射镜后反射至光信号接收器，所述激光接收头和激光发射头的端部在开口内。
[0005]本发明的进一步改进，基于光波信息的无人机身份识别装置所能识别的无人机的飞机控制器连有灯带或单个LED灯，本发明在无人机底部连灯带或单个LED灯即可。
[0006]本发明的进一步改进，所述显示屏为可折叠显示屏，所述可折叠显示屏端部通过铰链与壳体侧面相连，为了方便携带可设置可折叠显示屏。
[0007]本发明的进一步改进，所述光信号接收器为LED接收芯片或CDD芯片，本发明光信号接收器可以为LED接收芯片或⑶D芯片。
[0008]本发明的进一步改进，所述壳体内的电路板上还有GPS芯片，设置GPS芯片可接收使得便携式身份识别器输出目标飞行器距测量点的直线距离，方便追踪。
[0009]—种基于光波信息的无人机身份识别装置的信息调制解调方法，具体步骤如下:
[0010]I)无人机将无人机识别号和其他相关信息组合成相应格式的数据帧后编译成曼彻斯特码，再把该数据帧的曼彻斯特码调制到相应频率的载波上由LED发射出去；
[0011]首先根据无人机端用于发射光信息的LED类型决定载波频率fL，其中fL应小于该颜色LED所允许的通信带宽G。；
[0012]其次设无人机的识别号为η位十六进制数，则将识别号数据长度n、识别号自身和校验码转换为二进制代码按先后顺序拼接，从而构成一组完整的数据帧；
[0013]之后将上述过程得到的二进制数据帧转换成曼彻斯特码格式，其中从I到O的跳变代表数字1，从O到I的跳变代表数字0，再在此曼彻斯特码序列的前端加上数据同步位，所述数据同步位为m个二进制I，后端加上数据停止位，所述数据停止位为112个二进制0，然后将组合后的曼彻斯特码序列使用数字调制器调制至载波上；
[0014]最后根据载波信号通过驱动电路控制流过LED的电流大小，由LED的亮灭将二进制信息发射出去；
[0015]2)通过无人机身份识别装置中接收端对LED光信息采用视距内采集，将LED所发射的光强度由下式确定:
[0016]K φ ) = I(0)cosm( Φ )；
[0017]其中，I(O)为LED的中心发光强度，Φ为辐射角，m为朗伯辐射级数；
[0018]3)使用感光器件对机载LED发射出来的光线强度进行采集，将LED的亮灭转换成所对应的数字量O或1，根据事先约定好的载波频率设置接收端的定时器，令感光器件每隔T/2的时间，其中T为每个二进制数据位所占用的时间，采样一次，使用这种方法将每一次曼彻斯特码的跳变捕捉到，通过寻找同步位实现对有效数据帧的捕捉，最后根据数据停止位结束本次接收过程；
[0019]4)根据曼彻斯特码的编码协议，将有效数据帧解码还原为普通二进制格式，最终获得无人机识别号。
[0020]本发明的进一步改进，步骤一中LED类型由LED的颜色决定，一般LED类型主要由LED的颜色决定。
[0021]本发明的进一步改进，步骤一中将识别号数据长度n、识别号自身和校验码转换为二进制代码按先后顺序拼接过程中通过密钥对数据内容进行加密，设密后由步骤四将有效数据帧解码还原为普通二进制格式的过程中对其进行解密处理，本发明可在识别过程中进行秘钥加密。
[0022]本发明一种基于光波信息的无人机身份识别装置，该系统工作过程如下:机载光信息发射模块中将无人机的唯一识别号经过加密得到密文，再将该密文调制到LED高频闪烁的光信号中并向外界发射出去。地面监管人员手动操作便携式身份识别器，通过调节变焦装置使机体的LED光源在目镜中清晰可见且大小合适，然后手动按下机身按键以触发测距和身份识别功能。随后便携式身份识别器对捕捉到的光信息进行解调和解密并得到有效的识别号信息，将此识别号通过3G网络回传至数据中心查询即可得到机主和飞行器的相关注册信息，并将此信息和测距结果在显示屏上显示出来，该便携式身份识别器还可以同时输出目标飞行器距测量点的直线距离，方便追踪。可以有效地配合空管及相关部门实现低空域内无人飞行器的监管。
【附图说明】
[0023I图1是本发明示意图；
[0024]图2是本发明内部结构示意图；
图3是本发明原理不意图；
[0025]图中:
[0026]1、壳体2、可折叠显示屏；3、物镜;4、开口；
[0027]5、激光接收头;6、激光发射头;7、半透反射镜；8、目镜；
[0028]9、光信号接收器；10、控制芯片；11、GPS芯片。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述:
[0030]本发明提供一种基于光波信息的无人机身份识别装置及信息调制解调方法，该无人机身份识别装置利用无人机自身已有的LED设备，可将无人机的唯一识别码调制到LED光信号当中，利用光线将信息传播出去，地面监管人员则通过便携式身份检测设备锁定LED光源，采集其发出的光信息，经过解调和解密还原出无人机的唯一识别码进行确定，该便携式身份识别器还可以同时输出目标飞行器距测量点的直线距离，方便追踪。可以有效地配合空管及相关部门实现低空域内无人飞行器的监管。
[0031]作为本发明一种实施例，本发明提供一种基于光波信息的无人机身份识别装置，包括壳体1、显不屏、物镜3、激光接收头5、激光发射头6、半透反射镜7、目镜8、光信号接收器9和控制芯片10，所述壳体I 一侧有显示屏，所述壳体I 一端有物镜3和开口 4，所述开口 4在物镜3下方，所述壳体I另一端有目镜8，所述物镜3与目镜8相互对应，所述壳体I内的电路板上有激光接收头5、激光发射头6、光信号接收器9和控制芯片10，所述壳体I内有半透反射镜7，光通过物镜3至半透反射镜7后反射至光信号接收器9，所述激光接收头5和激光发射头6的端部在开口 4内。
[0032]作为本发明一种实施例，本发明提供如图1和图2所示一种基于光波信息的无人机身份识别装置，包括壳体1、显示屏、物镜3、激光接收头5、激光发射头6、半透反射镜7、目镜
8、光信号接收器9和控制芯片10，所述壳体I 一侧有显示屏，所述显示屏为可折叠显示屏2，所述可折叠显示屏2端部通过铰链与壳体I侧面相连，为了方便携带可设置可折叠显示屏，所述壳体I 一端有物镜3和开口 4，所述开口 4在物镜3下方，所述壳体I另一端有目镜8，所述物镜3与目镜8相互对应，所述壳体I内的电路板上有激光接收头5、激光发射头6、光信号接收器9和控制芯片10，所述壳体I内有半透反射镜7，光通过物镜3至半透反射镜7后反射至光信号接收器9，所述光信号接收器9为LED接收芯片或CDD芯片，本发明光信号接收器可以为LED接收芯片或⑶D芯片，所述壳体I内的电路板上还有GPS芯片11，设置GPS芯片可接收使得便携式身份识别器输出目标飞行器距测量点的直线距离，方便追踪，所述激光接收头5和激光发射头6的端部在开口 4内。
[0033]本发明基于光波信息的无人机身份识别装置所能识别的无人机的飞机控制器连有灯带或单个LED灯，本发明在无人机底部连灯带或单个LED灯即可。
[0034]本发明一种基于光波信息的无人机身份识别装置的信息调制解调方法如图3所示，具体步骤如下:
[0035]I)无人机将无人机识别号和其他相关信息组合成相应格式的数据帧后编译成曼彻斯特码，再把该数据帧的曼彻斯特码调制到相应频率的载波上由LED发射出去；
[0036]首先根据无人机端用于发射光信息的LED类型决定载波频率fL，LED类型由LED的颜色决定，一般LED类型主要由LED的颜色决定，其中fL应小于该颜色LED所允许的通信带宽Ge ；
[0037]其次设无人机的识别号为η位十六进制数，则将识别号数据长度n、识别号自身和校验码转换为二进制代码按先后顺序拼接，从而构成一组完整的数据帧；
[0038]之后将上述过程得到的二进制数据帧转换成曼彻斯特码格式，其中从I到O的跳变代表数字1，从O到I的跳变代表数字0，再在此曼彻斯特码序列的前端加上数据同步位，所述数据同步位为m个二进制I，后端加上数据停止位，所述数据停止位为112个二进制0，然后将组合后的曼彻斯特码序列使用数字调制器调制至载波上；
[0039]最后根据载波信号通过驱动电路控制流过LED的电流大小，由LED的亮灭将二进制信息发射出去；
[0040]2)通过无人机身份识别装置中接收端对LED光信息采用视距内采集，将LED所发射的光强度由下式确定:
[0041]K φ ) = I(0)cosm( Φ )；
[0042]其中，I(O)为LED的中心发光强度，Φ为辐射角，m为朗伯辐射级数；
[0043]3)使用感光器件对机载LED发射出来的光线强度进行采集，将LED的亮灭转换成所对应的数字量O或1，根据事先约定好的载波频率设置接收端的定时器，令感光器件每隔T/2的时间，其中T为每个二进制数据位所占用的时间，采样一次，使用这种方法将每一次曼彻斯特码的跳变捕捉到，通过寻找同步位实现对有效数据帧的捕捉，最后根据数据停止位结束本次接收过程；
[0044]4)根据曼彻斯特码的编码协议，将有效数据帧解码还原为普通二进制格式，最终获得无人机识别号。
[0045]本发明的进一步改进，步骤一中将识别号数据长度n、识别号自身和校验码转换为二进制代码按先后顺序拼接过程中通过密钥对数据内容进行加密，设密后由步骤四将有效数据帧解码还原为普通二进制格式的过程中对其进行解密处理，本发明可在识别过程中进行秘钥加密。
[0046]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。
【主权项】
1.基于光波信息的无人机身份识别装置，包括壳体(I)、显示屏、物镜(3)、激光接收头(5)、激光发射头(6)、半透反射镜(7)、目镜(8)、光信号接收器(9)和控制芯片(10)，其特征在于:所述壳体(I)一侧有显示屏，所述壳体(I)一端有物镜(3)和开口(4)，所述开口(4)在物镜(3)下方，所述壳体(I)另一端有目镜(8)，所述物镜(3)与目镜(8)相互对应，所述壳体(I)内的电路板上有激光接收头(5)、激光发射头(6)、光信号接收器(9)和控制芯片(10)，所述壳体(I)内有半透反射镜(7)，光通过物镜(3)至半透反射镜(7)后反射至光信号接收器(9)，所述激光接收头(5)和激光发射头(6)的端部在开口(4)内。2.根据权利要求1所述的基于光波信息的无人机身份识别装置，其特征在于:基于光波信息的无人机身份识别装置所能识别的无人机的飞机控制器连有灯带或单个LED灯。3.根据权利要求1所述的基于光波信息的无人机身份识别装置，其特征在于:所述显示屏为可折叠显示屏(2)，所述可折叠显示屏(2)端部通过铰链与壳体(I)侧面相连。4.根据权利要求1所述的基于光波信息的无人机身份识别装置，其特征在于:所述光信号接收器(9)为LED接收芯片或⑶D芯片。5.根据权利要求1所述的基于光波信息的无人机身份识别装置，其特征在于:所述壳体(I)内的电路板上还有GPS芯片(11)。6.基于光波信息的无人机身份识别装置的信息调制解调方法，具体步骤如下，其特征在于: 1)无人机将无人机识别号和其他相关信息组合成相应格式的数据帧后编译成曼彻斯特码，再把该数据帧的曼彻斯特码调制到相应频率的载波上由LED发射出去； 首先根据无人机端用于发射光信息的LED类型决定载波频率??，其中??应小于该颜色LED所允许的通信带宽G。； 其次设无人机的识别号为η位十六进制数，则将识别号数据长度η、识别号自身和校验码转换为二进制代码按先后顺序拼接，从而构成一组完整的数据帧； 之后将上述过程得到的二进制数据帧转换成曼彻斯特码格式，其中从I到O的跳变代表数字I，从O到I的跳变代表数字0，再在此曼彻斯特码序列的前端加上数据同步位，所述数据同步位为m个二进制I，后端加上数据停止位，所述数据停止位为112个二进制O，然后将组合后的曼彻斯特码序列使用数字调制器调制至载波上； 最后根据载波信号通过驱动电路控制流过LED的电流大小，由LED的亮灭将二进制信息发射出去； 2)通过无人机身份识别装置中接收端对LED光信息采用视距内采集，将LED所发射的光强度由下式确定: Ι(φ) = 1(0)οο81η(φ)； 其中，I (O)为LED的中心发光强度，Φ为辐射角，m为朗伯辐射级数； 3)使用感光器件对机载LED发射出来的光线强度进行采集，将LED的亮灭转换成所对应的数字量O或I，根据事先约定好的载波频率设置接收端的定时器，令感光器件每隔T/2的时间，其中T为每个二进制数据位所占用的时间，采样一次，使用这种方法将每一次曼彻斯特码的跳变捕捉到，通过寻找同步位实现对有效数据帧的捕捉，最后根据数据停止位结束本次接收过程； 4)根据曼彻斯特码的编码协议，将有效数据帧解码还原为普通二进制格式，最终获得无人机识别号。7.根据权利要求6所述的基于光波信息的无人机身份识别装置的信息调制解调方法，其特征在于:步骤一中LED类型由LED的颜色决定。8.根据权利要求6所述的基于光波信息的无人机身份识别装置的信息调制解调方法，其特征在于:步骤一中将识别号数据长度n、识别号自身和校验码转换为二进制代码按先后顺序拼接过程中通过密钥对数据内容进行加密，设密后由步骤四将有效数据帧解码还原为普通二进制格式的过程中对其进行解密处理。
【文档编号】H04B10/69GK105847207SQ201610404964
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】孙罡, 赵国树, 余振中
【申请人】金陵科技学院