低空网络安全技术在无人机多场景中的应用研究

　　1. 总体介绍

　　1.1 低空网络安全

　　在低空网络中，无人机通常通过卫星、移动通信指挥端/基站等地面接入点接入远程飞控中心。无线通信覆盖范围广泛，易被黑客入侵，可执行如干扰建立通信通道过程、篡改或窃取信号数据、伪冒身份接入、通过重放攻击进行劫持等操作，存在巨大安全风险。无人机在建立无线通信信道时：首先需要与卫星、基站等无线网管端进行通信组织，协商建立通信通道。此过程若缺乏安全防护措施，被黑客入侵，可能导致广播和竞争通信组网数据被截取、伪造，无人机失联。无人机数据安全包括无人机内置程序数据、遥控遥测数据、业务数据。无人机程序数据更新、修改时，应进行身份认证，确认管理权限后方可执行，否则影响无人机自身运行安全，也易造成黑飞、失控等后果。无人机与远程飞控中心互传遥控遥测、业务数据的过程中，若缺乏有效的安全防护措施，将面临严重的数据泄露风险。黑客可能利用系统漏洞或不当配置，对卫星地面站或移动通信指挥终端/基站发起攻击，试图窃取或篡改无人机回传的数据。一旦成功入侵，可能获取到无人机收集到的敏感信息，还可能对传输中的数据进行篡改，导致远程飞控中心接收到错误的信息，影响业务人员的正常操作与决策。当无人机试图接入远程飞控中心网络时，若缺乏必要的安全防护措施，便可能面临黑客的入侵风险。黑客可能篡改无人机的身份标识，进而回传伪造的数据影响飞控业务决策。黑客还可以通过伪造身份利用仿冒设备，伪装成合法的无人机，成功接入网络。一旦入侵成功，黑客能够窃取或损坏远程飞控中心的重要飞控数据，对整体飞行控制网络安全构成严重威胁。远程飞控中心与无人机通信，进行飞控操作时，远程飞控中心或者移动通信指挥端/基站需要发送通信指令，缺乏安全措施可能导致通信指令被伪造，黑客会接管并控制无人机，导致无人机失控等重大事件。这种风险不仅严重威胁到无人机的安全，更可能对地面人员和财产安全造成不可估量的损害。

　　面向低空网络安全，建设无人机加密认证体系，采用国密算法技术对无人机的通信安全、数据安全、接入安全和飞控安全进行防护，包括无人机通信入网身份认证、数据传输加密保护、数据存储访问权限认证、飞行控制网络接入身份认证、飞行控制指令加密保护等方面。实施部署了无人机密码模块、地面接入点链路密码机、远程飞控中心智能密网管理平台。

　　无人机密码模块，为终端提供入网身份认证、数据加密的基础支撑，同时可支撑终端自身程序访问控制认证和数据安全服务。采用硬件模块管理密钥，确保密钥无法导出，保障密钥安全性。

　　地面接入点链路密码机，对无人机接入进行身份认证和数据传输加密，保障天空到地面的空口数据传输安全。远程飞控中心智能密网管理平台对全网密码模块进行安全域划分、统一密钥管理等，兼容宽带卫星、微波电台、窄带卫星、互联网等各种类型的航空器通信信道。

　　针对低空网络安全体系建设，在无人机物流配送、无人机应急等项目中进行了应用。

　　1.2 物流配送

　　由于农村地区地势复杂、地广人稀、缺乏充足的物流服务站点和物流设施不全，导致传统配送成本远高于收益，为了满足农村人民日益增长的生活需求，需要通过物流无人机将相应的商品服务，以最快的速度带到乡村。

　　物流配送系统核心由五部分内容构成，包括电商平台，无人机低空监测服务平台，物流无人机，通信网络，及配送附属机构与设施。其中电商平台为用户使用操作入口，通过电商平台，用户可进行服务下单等操作。无人机低空监测平台主要执行相应的配送任务，由专业操作人员进行管理维护。无人机为整套配送平台的核心载体，通过无人机执行各类配送任务。通信网络为整个配送网络提供网络支持，让所有无人机可进行通信。配送附属设施包括取货架，无人机仓储中心，无人机充电站，无人机起降点等各种为物流配送服务的配套设施。

　　快捷无人机物流监测服务平台是一个智能一体化先进系统平台。在服务范围内，采用大数据物联网技术横向打通多个平台，可实时监管空域内一切信息，空域内的所有飞行器数据通过云端智算形成数据仓，由时空智能体统一调度。在最大化物流系统效率的前提下，保障飞行安全。

　　物流无人机是一款复合翼电动无人机，它可以通过螺旋桨悬停取货，通过下放系绳，实现取货与包裹交付，实现不触地安全配送。由于飞机有机翼，可以飞得更远、更快、消耗更少的能量。其具体参数为，最大起飞重量：≤15kg，载货能力：≤2.5kg，最大航程：≥100km(任务满载)，通信及控制能力：具备4G/5G网络,LORA网络,接入进行控制。

　　无人机取货架的主要作用是辅助物流无人机取包裹，商家或用户将包裹挂在取货架上，无人机可通过系绳与吊钩实现自动取货。

　　无人机向前飞行下放系绳，导向臂将系绳导入导向槽，导向槽通过机械槽，改变吊钩方向，使吊钩不管以什么方向进入，均可以固定角度拉出，从而钩住商品。

　　钩子同样为纯机械结构，在触地时，将实现自动脱钩。物流无人机智慧机库是一个集成高科技智能管理系统的现代化无人机存储与调度中心，可为无人机的安全、高效运作提供全方位的支持。该机库采用标准集装箱设计，具备存储10架无人机的能力，内部空间经过精心布局，确保无人机在存储、充电和维护过程中得到良好的保护。配备了先进的电能管理系统，可以通过市电、光伏和风电等多种方式供电，确保在多种环境下的持续运作。

　　无人机低空监测服务平台

　　无人机取货架

　　1.3 灾情侦察/林草巡护

　　FS100无人机(翼展6.14米，长度3.6米，高度1米)集成融合光电吊舱(含彩色可见光摄像机、红外相机、激光测距器)基于高通量宽带ka波段卫星链路(上行≥12Mbps，下行≥60Mbps)或KU波段卫星链路(上行≥10Mbps，下行≥40Mbps)提供跨时域灾情侦察提供被侦察区域的电视和红外图像，具备昼夜间对目标进行搜索、探测、识别功能，实时回传1080P高清图像至指挥中心，搭配时空数据服务Satwide平台实时AI分析，及时发现和告警火情。

　　2024年“七下八上”汛期期间多地发生重大洪涝灾害，FS100先后支援广东梅州市湖南会同县、湖南平江县、湖南华容县、湖南团州垸、湖南资兴市、陕西凤县、陕西柞水县等地，为灾区提供灾情侦察服务。

　　在2023年3月7日21：00时许，在秦岭山脉某地突发山火火情，FS100夜间侦察共飞行2个小时，发现可疑火点5处，确认着火点4处，获取火情相关照片15张，厘米级精度着火点坐标4个。

　　1.4 公网信号保障

　　FS100无人机(翼展6.14米，长度3.6米，高度1米)集成融合公网基站和光电吊舱基于高通量宽带ka波段卫星链路(上行≥12Mbps，下行≥60Mbps)或KU波段卫星链路(上行≥10Mbps，下行≥40Mbps)为处于“三断”的灾区提供公网信号恢复服务。

　　2024年“七下八上”汛期期间多地发生重大洪涝灾害，FS100先后支援广东梅州市湖南会同县、湖南平江县、湖南华容县、湖南团州垸、湖南资兴市、陕西凤县、陕西柞水县等地，为灾区提供公网通信恢复服务，其中为湖南省累计飞行21 架次飞行时长 42.25小时，飞行里程 4391.1 公里，累计接入业务用户 205439 次，累计通话5113 次，累计通话时长10893.2min，流量用户累计流量 15029.02M。

　　此次汛期任务保障阶段，FS100在国家应急部关于"汛期无人机通信平台阶段性通信保障情况统计表"中，排名第一总分597，并收到资兴市人民政府的感谢信，以及平江县防汛抗旱指挥部的牌匾。

　　2023年“七下八上”汛期期间，FS100先后支援北京门头沟、房山区，黑龙江五常市，其中在FS100搭载公网基站为北京门头沟、房山区1428人次提供了公网通信服务，共发送短信1428条，提供语音通话988起。

　　1.5 测绘勘察

　　2024年万亿国债自然灾害应急能力提升工程航空应急项目，我司FS100型应急中型复合翼无人机中标湖南省、贵州省、云南省三省关于中型复合翼无人机的采购项目，无人机搭载快速三维建模载荷搭配地面便携三维建模设备可实现“边飞边建模”的功能，通过自组网链路实时完成影像数据实时回传，并配合地面三维建模设备完成实时建模，边飞边产出DOM/DEM等模型，实现对现场三维态势的实时感知，此项功能已在三省应急拉练和日常演练中得到实战验证。

　　1.6 应急搜救

　　2022年7月10日在襄阳某森林附近有约19人意外失联，FS100对失联区域进行吊舱侦察并通过卫星链路实时将画面回传指挥中心，经过无人机两个小时的紧张搜救，终于在河流边发现失联群众，为指挥中心搜救部署提供了有力支撑。

　　2024年万亿国债自然灾害应急能力提升工程航空应急项目中FS100搭载人员搜救载荷远距离大范围对灾区广域扫描探测用户手机IMSI号，无人机依据IMSI信号强度动态调整航线来缩小搜救范围确定目标位置，为救援队伍提供坐标指引进而提升救援效率。

　　1.7 PDT专网保障

　　2024年万亿国债自然灾害应急能力提升工程航空应急项目中FS100搭载PDT集群基站，通过机载高通量宽带卫星网(ka波段，上行≥12Mbps，下行≥60Mbps)连接国家应急部、湖南省应急管理厅、贵州省应急管理厅、云南省应急管理厅应急指挥核心网，实现救灾现场与各指挥部门间的370MHz终端语音互通。

　　2. 取得成效

　　低空网络安全防护体系的建设，验证了密码技术对低空网络安全的保障作用，在各个应用场景中保障了无人机的身份可信、数据安全、网络通信安全、飞行控制安全，未来可为空天地一体化的卫星互联网及低空经济基础设施通信网络提供安全保障支撑。

　　物流无人机与应急通信无人机的发展不仅带来了显著的经济效益和社会效益，还推动了相关技术的创新和发展。随着技术的不断进步和应用的不断拓展，这两类无人机将在更多领域发挥重要作用，为社会带来更大的价值。

　　1)市场前景

　　(1)物流无人机：随着电商行业的快速发展和消费者对快速配送服务的需求日益增加，物流无人机市场呈现出爆发式增长态势。特别是在偏远地区或交通不便的环境中，物流无人机能够显著提高配送效率，降低物流成本，成为物流行业的新宠。据市场研究报告显示，全球物流无人机市场预计将在未来几年内保持高速增长，到2030年市场规模有望突破百亿美元。

　　(2)应急无人机：在自然灾害频发和公共安全需求不断提升的背景下，应急无人机市场同样展现出巨大的发展潜力。应急无人机能够挂载多种载荷，执行灾情侦察、公网信号恢复、PDT专网保障、实时三维建模等任务，为灾害救援和公共安全维护提供有力支持。随着技术的不断进步和应用的不断拓展，应急无人机将在更多领域发挥重要作用，市场前景广阔。

　　2)经济效益

　　(1)物流无人机：降低物流成本：物流无人机通过减少人力成本和运输时间，能够显著降低物流企业的运营成本。特别是在偏远地区或交通不便的环境中，物流无人机能够打破地域限制，实现高效配送。提高配送效率：物流无人机能够迅速响应消费者需求，实现快速配送，提高客户满意度。这有助于物流企业提升品牌形象和市场竞争力。

　　(2)应急无人机：减少救援成本：应急无人机能够快速响应灾害救援需求，提供关键信息支持，减少救援时间和物资损失。这有助于降低救援成本，提高救援效率。促进灾后重建：应急无人机通过倾斜摄影相机等载荷，能够生成精确的三维地形图，为灾后重建提供科学依据。这有助于合理规划重建工作，提高重建效率和质量。

　　3)社会效益

　　(1)物流无人机：提升消费者满意度：物流无人机能够提供快速、便捷的配送服务，满足消费者对高效配送的需求，提升消费者满意度。促进经济发展：物流无人机能够打破地域限制，实现偏远地区或交通不便环境中的高效配送，促进当地经济发展。同时，物流无人机产业的快速发展也将带动相关产业链的发展，创造更多就业机会。

　　(2)应急无人机：保障人民生命财产安全：应急无人机能够快速响应灾害救援需求，提供关键信息支持，为救援队伍提供有力支持。这有助于保障人民生命财产安全，减少灾害损失。提高应急管理水平：应急无人机通过实时监测和数据分析，能够为政府提供科学的决策依据，提高应急管理水平。这有助于提升政府的公信力和形象，增强公众的安全感。