本发明专利技术提供一种无人船异构链路多尺度数据安全重构系统，包括无人水面艇和地面移动指控中心，无人水面艇和地面移动指控中心通过通信设备搭建起的通信链路进行船岸信息的交互。该系统通过北斗系统、公众移动通信系统4G/5G信号的切换、900MHz跳频电台通信、自组网电台等系统，将船端的状态信息、音频信息、图像信息、视频信息传输到岸端；将岸端的控制指令、音频信息等传输到船端，实现船岸信息的交互；使用多链路异构通信，彼此相互独立，判断信道质量，利用负载均衡算法给定信道优先级进行通信；利用内插外推法，将传感器采样数据进行时间配准，做到时间的一致性。利用DES和MD5混合加密方法对船岸交互信息进行数据重构和安全加密，实现数据可靠和安全交互。实现数据可靠和安全交互。实现数据可靠和安全交互。
【技术实现步骤摘要】
一种无人船异构链路多尺度数据安全重构系统
[0001]本专利技术涉及无人水面艇
，具体而言，尤其涉及一种无人船异构链路多尺度数据安全重构系统。
技术介绍
[0002]随着物联网、大数据、云计算、人工智能等新理念、新技术的突飞猛进，船舶自动化水平不断提高，无人驾驶船舶的实现有了科技支撑，使得无人驾驶船舶航行于全球有了实现的可能性。
[0003]从目前调研结果来看，无人机、无人车、电力系统等在无人系统、远程监控、信息交互、多链路异构融合等方向都有着很好的发展。对于电力系统中异构网络的多链路并行传输可以自动选择最优网络数据进行数据的传输，保障了电力系统不间断的工作。在无人机无人车系统中，多传感器的融合为无人机无人车的定位与建图提供了可靠性，能获取到周围的环境信息，进行合理的避障与行驶。
[0004]无人水面艇相较于其他无人系统发展滞后，不过无人系统在很多层面上，尤其是在自动化学科领域有很多共通点，因此无人水面艇可在其他无人系统研究成果的基础上，根据所面临的特殊挑战(如海洋环境、船体模型等)进行开创性研究。在美国和以色列这两个当今世界上无人水面艇技术最先进的国家,无人水面艇的发展在很大程度上得益于其无人机、无人地面车辆和无人潜航器等无人系统上的优势。
[0005]无人驾驶船舶的关键技术之一是船岸信息交互的准确性、可靠性、实时性、安全性和低成本。为应对复杂多变的海上环境，无人驾驶船舶对海上通信系统的高宽带、高可靠性，低延时、低成本等提出了更高要求。无人水面艇要通过自身所携带的导航设备与船载传感器实现自主导航，目前，对于如何实现无人水面艇多种通信信息的分类，实现导航设备的时间一致性的多尺度信息融合，如何实现船岸信息交互，如何保障船岸之间的交互信息能够安全有效实时的传输，是无人艇开发设计的重点和难点。
[0006]从目前调研情况来看，对于如何解决无人水面艇在远程监控、信息交互等方面的问题，有人提出了利用GPS定位系统提供状态信息，利用TCP/IP网络通信技术与云服务器等进行数据通信与数据的存储，设计了一整套全自动无人船的远程实时智能监控系统，在确保硬件功能模块能够满足系统需求的前提下，对整个远程监控系统进行了联合试验，结果表明，该系统能够实时、有效地对无人船进行远程监测和控制。但存在的不足是：1.单一的一套定位系统容易发生故障而导致无人船状态信息丢失2.单一的通信链路不能保障传输的可靠性。
[0007]也有人对船岸信息交互设计了一套多网融合和数据通信的方案，主要针对4G与北斗短报文各自的优缺点进行分析，进行通信链路的垂直切换，经试验达到了预期的效果，该系统能够通过无线通信的方式将无人艇的各种数据实时传回岸基，并可以响应岸基工作人员的实时控制指令，实现岸基与无人艇的远程信息交互。存在的不足是：北斗短报文传输信息有一分钟只能传输78个字节的特性，因此传输数据具有局限性，不能很好的解决负载均
衡问题。
[0008]目前技术存在的缺陷：
[0009](1)在军工领域，对于船岸之间控制指令的传输要求高保密性、高安全性、高可靠性和防劫持等特点，但目前船岸通信网络配置的防火墙等安全防护措施十分容易被破解，这导致船岸交互的通信系统时刻面临着被攻击的危险。
[0010](2)一种定位模块若失灵，则状态信息会丢失，无法保障信息的可靠性，因此应利用多种导航设备，包括惯导、卫导、雷达等，保障状态信息的实时可靠。
[0011](3)多源导航设备在时间空间都会存在一定的误差，因此考虑多时空数据的配准问题。
[0012](4)只采用4G与北斗短报文作为通信链路，因为其各自传输数据类型的不同具有一定的局限性，不能很好的保障数据实时有效的传输，因此应该采用更多的通信模块作为通信链路，并且信道应该进行合理的分配。
技术实现思路
[0013]根据上述提出的技术问题，提供一种无人船异构链路多尺度数据安全重构系统。本专利技术系统包括北斗系统、公众移动通信系统4G/5G信号的切换、900MHz跳频电台通信、自组网电台等通信系统，能够将船端的状态信息、音频信息、图像信息、视频信息传输到岸端；将岸端的控制指令、音频信息等传输到船端，实现船岸信息的交互，使用多链路异构通信，彼此相互独立，判断信道质量，利用负载均衡算法给定信道优先级进行通信，利用内插外推法，将各个传感器采样数据进行时间配准，做到时间的一致性。利用DES和MD5混合加密方法对船岸交互信息进行数据重构和安全加密，实现数据可靠和安全的交互。
[0014]本专利技术采用的技术手段如下：
[0015]一种无人船异构链路多尺度数据安全重构系统，包括：
[0016]多个无人水面艇和地面移动指控中心，无人水面艇上搭载传感器设备，用于获取船舶的状态信息、视频信息、图像信息；其中，状态信息包括经度、纬度、航速、航向角、俯仰角、高度、横滚角；视频信息包括摄像头拍摄到的无人水面艇周围的环境信息；图像信息包括雷达图像；每个无人水面艇和地面移动指控中心通过通信设备搭建起通信链路，进行船岸信息的交互。
[0017]进一步地，所述无人水面艇包括导航设备、控制设备、通信设备，其中：
[0018]导航设备包括：RTK移动站、北斗定位模块、组合导航、摄像头、雷达；
[0019]控制设备包括：下位机与上位机；
[0020]通信设备包括：900MHz跳频电台、北斗短报文、4G/5G、自组网电台。
[0021]进一步地，所述无人水面艇端发送图像信息的过程如下：
[0022]将已经保存到无人水面艇本地的雷达图像发送到地面移动指控中心，若船岸二者距离很近，处于同一片局域网，那么二者通过UDP方式，对应各自的IP地址和端口号进行直接传输；若二者距离很远，不处于同一片局域网，需要远距离传输时，通过4G/5G网络和自组网电台进行数据传输，若有4G/5G网络，通过4G/5G DTU发送数据，设置每隔1s进行一次判断，判断是否有新的图片在本地保存，若有，则进行数据库的存储，保存到数据库的图片的格式为LongBlob类型。
[0023]进一步地，所述无人水面艇接收控制指令的过程如下：
[0024]无人水面艇作为接收端，通过4G/5G DTU的信道切换来选择最优信道对数据库中数据进行提取；
[0025]首先，对接收到的数据按位进行解析，提取到密文位，对密文生成CRC校验值，若发送端与接收端CRC校验值相等，证明传输无误；
[0026]其次，对密文进行解密，得到明文；若两次CRC校验值不相等，则直接对此组数据进行舍弃，表明传输过程中发生丢包误包问题，传输错误；
[0027]此外，所有传输的数据均通过DES和MD5混合加密算法进行加密处理，包括视频图像、状态信息、任务指令，最大程度保障无人船信息安全，保障数据的安全可靠。
[0028]进一步地，所述地面移动指控中心装有显示终端、工控机、数据交互设备、用于发送控制指令的摇杆，通过无线网络，登录远程桌面连接云服务器对数据进行存取，外架天线收发信号；具体本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种无人船异构链路多尺度数据安全重构系统，其特征在于，包括：多个无人水面艇和地面移动指控中心，无人水面艇上搭载传感器设备，用于获取船舶的状态信息、视频信息、图像信息；其中，状态信息包括经度、纬度、航速、航向角、俯仰角、高度、横滚角；视频信息包括摄像头拍摄到的无人水面艇周围的环境信息；图像信息包括雷达图像；每个无人水面艇和地面移动指控中心通过通信设备搭建起通信链路，进行船岸信息的交互。2.根据权利要求1所述的无人船异构链路多尺度数据安全重构系统，其特征在于，所述无人水面艇包括导航设备、控制设备、通信设备，其中：导航设备包括：RTK移动站、北斗定位模块、组合导航、摄像头、雷达；控制设备包括：下位机与上位机；通信设备包括：900MHz跳频电台、北斗短报文、4G/5G、自组网电台。3.根据权利要求2所述的无人船异构链路多尺度数据安全重构系统，其特征在于，所述无人水面艇端发送状态信息的过程如下：首先，利用DES和MD5混合加密算法对接收的数据信息进行处理，将密钥通过MD5算法加密生成密文密钥，利用加密后的密钥对信息再次进行DES数据加密，将加密后的数据生成一个CRC校验码；其次，根据给定的负载均衡算法进行信道的分配与选取，若通过公共移动通信，则需要考虑5G信号是否良好，进行4G/5G信道的切换，并将通过该信道发送的数据以特定的帧格式存储到云服务器，若通过电台发送，则直接给定帧格式进行数据发送。4.根据权利要求2所述的无人船异构链路多尺度数据安全重构系统，其特征在于，所述无人水面艇端发送图像信息的过程如下：将已经保存到无人水面艇本地的雷达图像发送到地面移动指控中心，若船岸二者距离很近，处于同一片局域网，那么二者通过UDP方式，对应各自的IP地址和端口号进行直接传输；若二者距离很远，不处于同一片局域网，需要远距离传输时，通过4G/5G网络和自组网电台进行数据传输，若有4G/5G网络，通过4G/5G DTU发送数据，设置每隔1s进行一次判断，判断是否有新的图片在本地保存，若有，则进行数据库的存储，保存到数据库的图片的格式为LongBlob类型。5.根据权利要求2所述的无人船异构链路多尺度数据安全重构系统，其特征在于，所述无人水面艇接收控制指令的过程如下：无人水面艇作为接收端，通过4G/5G DTU的信道切换来选择最优信道对数据库中数据进行提取；首先，对接收到的数据按位进行解析，提取到密文位，对密文生成CRC校验值，若发送端与接收端CRC校验值相等，证明传输无误；其次，对密文进行解密，得到明文；若两次CRC校验值不相等，则直接对此组数据进行舍弃，表明传输过程中发生丢包误包问题，传输错误；此外，所有传输的数据均通过DES和MD5混合加密算法进行加密处理，包括视频图像、状态信息、任...
【专利技术属性】
技术研发人员：范云生，王慧妍，王国峰，张磊，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：
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