一种无人机跳频通信方法、装置、计算机设备及存储介质与流程

1.本发明属于无人机通信技术领域，具体地涉及一种无人机跳频通信方法、装置、计算机设备及存储介质。


背景技术：

2.随着无人机技术的飞速发展，越来越多的任务可采用无人机执行。但是目前，无人机与无人机之间或无人机与地面站之间的无线电信号一般采用定频通信方式进行传输，存在被窃听的隐患，虽然部分无人机有上层安全保密协议进行数据加密，但是鉴于无线电信号的广播物理特性，使得其被截获进行暴力破解的风险较高，特别是在执行一些重大任务或者传输敏感信息时，会使得通信安全不托底。
3.上述问题虽然可以通过引入军用跳频电台系统的跳频体制解决，但是专用的跳频技术由于军方保密要求等原因，不易商用推广，同时其依赖于专用硬件，极大地增加了无人机成本。


技术实现要素：

4.为了解决现有无人机通信技术所存在的通信安全不托底以及军用跳频方式所存在的局限性问题，本发明目的在于提供一种新型的无人机跳频通信方法、装置、计算机设备及存储介质，可以不依赖于专用跳频体制，并在普通地面站(或无人机)与无人机之间动态生成不需要事先约定的跳频序列，进而可满足不同无人机与地面站之间的动态组网要求，既能使无人机通信双方基于生成的跳频序列，按照时间片不断切换频点进行通信，又能使基于该跳频序列动态生成方式跳频通信的无人机，大大增加其通信的保密性，防止窃听者进行信息窃取，并摆脱军用跳频方式所存在的硬件及成本局限性，能够适用于特殊应用场景。
5.第一方面，本发明提供了一种无人机跳频通信方法，用于在第一无人机或地面站与第二无人机之间交互执行，包括：
6.由第一无人机或地面站在基于当前通信频点建立的通信链路上与第二无人机通信，完成本地的第一跳频时钟与所述第二无人机的第二跳频时钟的同步；
7.由第一无人机或地面站在所述通信链路上发送信道探测信号；
8.由第二无人机在收到所述信道探测信号时，通过信道估计方式获取第二信道状态信息估计值，并回发所述信道探测信号；
9.由第一无人机或地面站在收到所述信道探测信号时，通过所述信道估计方式获取第一信道状态信息估计值；
10.由第一无人机或地面站对所述第一信道状态信息估计值进行比特位数值量化处理，得到第一密钥，以及由第二无人机对所述第二信道状态信息估计值进行所述比特位数值量化处理，得到第二密钥；
11.由第一无人机或地面站对所述第一密钥进行哈希算法处理，得到第一哈希值，以
及由第二无人机对所述第二密钥进行所述哈希算法处理，得到第二哈希值；
12.由第一无人机或地面站在所述通信链路上传送所述第一哈希值；
13.由第二无人机在收到所述第一哈希值后，判断所述第一哈希值与所述第二哈希值是否相同，并回传判定结果；
14.由第一无人机或地面站在收到所述判定结果后，若所述判定结果指示所述第一哈希值与所述第二哈希值相同，则对所述第一密钥进行跳频映射处理，得到第一跳频序列，其中，所述第一跳频序列包含有至少一个待跳的新通信频点；
15.由第一无人机或地面站在所述第一跳频时钟到达约定的跳频时刻时，根据所述第一跳频序列切换到新通信频点上，以便与在所述第二跳频时钟到达所述约定的跳频时刻时根据第二跳频序列切换到所述新通信频点上的所述第二无人机建立新的通信链路，其中，所述第二跳频序列由所述第二无人机在判定所述第一哈希值与所述第二哈希值相同时，对所述第二密钥进行所述跳频映射处理得到，使得所述第二跳频序列与第一跳频序列相同。
16.基于上述发明内容，提供了一种基于信道估计技术动态产生共识跳频序列的跳频通信方案，即基于信道的互易性原理，先使跳频通信双方分别通过交互的信道探测信号进行信道估计，得到随机复数形式的信道状态信息估计值，然后在两侧对相应的信道状态信息估计值进行相同的比特位数值量化处理，得到理论上相同的密钥，再然后通过交互密钥的哈希值来对两侧所得密钥进行一致性校验，最后在一致性校验通过时使双方根据共识密钥映射得到相同的跳频序列，由此在不依赖于专用跳频体制的前提下，可在普通地面站(或无人机)与无人机之间动态生成不需要事先约定的跳频序列，进而可满足不同无人机与地面站之间的动态组网要求，既能使无人机通信双方基于生成的跳频序列，按照时间片不断切换频点进行通信，又能使基于该跳频序列动态生成方式跳频通信的无人机，大大增加其通信的保密性，防止窃听者进行信息窃取，并摆脱军用跳频方式所存在的硬件及成本局限性，能够适用于特殊应用场景。
17.在一个可能的设计中，由第一无人机或地面站在基于当前通信频点建立的通信链路上与第二无人机通信，完成本地的第一跳频时钟与所述第二无人机的第二跳频时钟的同步，包括：
18.由第一无人机或地面站在基于当前通信频点建立的通信链路上向第二无人机发送跳频启动信号；
19.由第二无人机在收到所述跳频启动信号时，回发对应的响应信号，并将所述第二无人机的第二跳频时钟的时间初始化为零时刻；
20.由第一无人机或地面站在收到所述响应信号时，将本地的第一跳频时钟的时间也初始化为零时刻，使得所述第一跳频时钟与所述第二跳频时钟同步。
21.在一个可能的设计中，由第一无人机或地面站对所述第一信道状态信息估计值进行比特位数值量化处理，得到第一密钥，包括：
22.由第一无人机或地面站在基于连续k次发送且回发的所述信道探测信号得到k个所述第一信道状态信息估计值后，对k个所述第一信道状态信息估计值分别进行归一化处理，得到k个第一归一化值，其中，k表示大于或等于二的自然数；
23.由第一无人机或地面站对所述k个第一归一化值分别进行比特位数值量化处理，得到k个第一比特串；
24.由第一无人机或地面站按照所述信道探测信号的发送时序或回发时序，依次组合所述k个第一比特串，得到所述第一密钥。
25.在一个可能的设计中，由第一无人机或地面站对所述第一信道状态信息估计值进行比特位数值量化处理，得到第一密钥，包括：
26.由第一无人机或地面站将所述第一信道状态信息估计值的幅值变化区间分成m个幅值变化子区间，并按照如下方式对所述第一信道状态信息估计值的幅值进行比特位数值量化处理：当该幅值属于所述m个幅值变化子区间中的某个幅值变化子区间时，则该幅值的量化值为与该某个幅值变化子区间对应的且具有x个比特位的预设比特位数值，其中，m和x分别表示大于或等于二的自然数；
27.由第一无人机或地面站将所述第一信道状态信息估计值的相位变化区间分成n个相位变化子区间，并按照如下方式对所述第一信道状态信息估计值的相位进行比特位数值量化处理：当该相位属于所述n个相位变化子区间中的某个相位变化子区间时，则该相位的量化值为与该某个相位变化子区间对应的且具有所述x个比特位的预设比特位数值，其中，n表示大于或等于二的自然数；
28.由第一无人机或地面站将对所述第一信道状态信息估计值的幅值进行比特位数值量化处理的结果和对所述第一信道状态信息估计值的相位进行比特位数值量化处理的结果进行异或操作，得到第一密钥。
29.在一个可能的设计中，由第一无人机或地面站对所述第一密钥进行哈希算法处理，得到第一哈希值，以及由第二无人机对所述第二密钥进行所述哈希算法处理，得到第二哈希值，包括：
30.由第一无人机或地面站对所述第一密钥进行分段处理，得到y个第一密钥片段，以及由第二无人机对所述第二密钥进行所述分段处理，得到y个第二密钥片段，其中，y表示大于或等于二的自然数；
31.由第一无人机或地面站针对所述y个第一密钥片段中的各个第一密钥片段，通过哈希算法处理得到对应的第一哈希值,以及由第二无人机针对所述y个第二密钥片段中的各个第二密钥片段，通过所述哈希算法处理得到对应的第二哈希值；
32.由第一无人机或地面站在所述通信链路上传送所述第一哈希值，包括：在所述通信链路上传送与所述y个第一密钥片段一一对应的y个所述第一哈希值；
33.由第二无人机在收到所述第一哈希值后，判断所述第一哈希值与所述第二哈希值是否相同，并回传判定结果，包括：由第二无人机在收到y个所述第一哈希值后，针对y个所述第一哈希值中的各个所述第一哈希值，判断是否与在y个所述第二哈希值中的且对应的第二哈希值相同，并回传判定结果；
34.由第一无人机或地面站在收到所述判定结果后，若所述判定结果指示所述第一哈希值与所述第二哈希值相同，则对所述第一密钥进行跳频映射处理，得到第一跳频序列，包括：由第一无人机或地面站在收到所述判定结果后，若所述判定结果指示有z个所述第一哈希值与对应的所述第二哈希值不同，则在所述第一密钥中剔除与z个所述第一哈希值中各个所述第一哈希值对应的第一密钥片段，得到新的第一密钥，然后对所述新的第一密钥进行跳频映射处理，得到第一跳频序列，其中，z表示小于y的自然数，所述第一跳频序列包含有至少一个待跳的新通信频点。
35.基于上述可能设计，可以通过分段确认密钥一致性的方式，来减少重新得到新密钥的次数，缩短生成跳频序列的所需时间，提升生成跳频序列及进行跳频通信的成功率，规避噪声等因素的影响。
36.第二方面，本发明提供了一种无人机跳频通信装置，布置于第一无人机或地面站中，包括有第一时钟同步模块、第一信号收发模块、第一信道估计模块、第一量化处理模块、第一哈希处理模块、第一数据收发模块、第一映射处理模块和第一跳频执行模块；
37.所述第一时钟同步模块，用于在基于当前通信频点建立的通信链路上与第二无人机通信，完成本地的第一跳频时钟与所述第二无人机的第二跳频时钟的同步；
38.所述第一信号收发模块，用于在所述通信链路上发送信道探测信号，以便所述第二无人机在收到所述信道探测信号时，通过信道估计方式获取第二信道状态信息估计值，并回发所述信道探测信号，以及用于接收所述信道探测信号；
39.所述第一信道估计模块，通信连接所述第一信号收发模块，用于在收到所述信道探测信号时，通过所述信道估计方式获取第一信道状态信息估计值；
40.所述第一量化处理模块，通信连接所述第一信道估计模块，用于对所述第一信道状态信息估计值进行比特位数值量化处理，得到第一密钥；
41.所述第一哈希处理模块，通信连接所述第一量化处理模块，用于对所述第一密钥进行哈希算法处理，得到第一哈希值；
42.所述第一数据收发模块，通信连接所述第一哈希处理模块，用于在所述通信链路上传送所述第一哈希值，以便所述第二无人机在收到所述第一哈希值后，判断所述第一哈希值与第二哈希值是否相同，并回传判定结果，以及用于接收所述判定结果，其中，所述第二哈希值由所述第二无人机通过对第二密钥进行所述哈希算法处理得到，所述第二密钥由所述第二无人机通过对所述第二信道状态信息估计值进行所述比特位数值量化处理得到；
43.所述第一映射处理模块，通信连接所述第一数据收发模块，用于在收到所述判定结果后，若所述判定结果指示所述第一哈希值与所述第二哈希值相同，则对所述第一密钥进行跳频映射处理，得到第一跳频序列，其中，所述第一跳频序列包含有至少一个待跳的新通信频点；
44.所述第一跳频执行模块，分别通信连接所述第一时钟同步模块和所述第一映射处理模块，用于在所述第一跳频时钟到达约定的跳频时刻时，根据所述第一跳频序列切换到新通信频点上，以便与在所述第二跳频时钟到达所述约定的跳频时刻时根据第二跳频序列切换到所述新通信频点上的所述第二无人机建立新的通信链路，其中，所述第二跳频序列由所述第二无人机在判定所述第一哈希值与所述第二哈希值相同时，对所述第二密钥进行所述跳频映射处理得到，使得所述第二跳频序列与第一跳频序列相同。
45.第三方面，本发明提供了另一种无人机跳频通信装置，布置于第二无人机中，包括有第二时钟同步模块、第二信号收发模块、第二信道估计模块、第二量化处理模块、第二哈希处理模块、第二数据收发模块、第二映射处理模块和第二跳频执行模块；
46.所述第二时钟同步模块，用于在基于当前通信频点建立的通信链路上与第一无人机或地面站通信，完成本地的第二跳频时钟与所述第一无人机或所述地面站的第一跳频时钟的同步；
47.所述第二信号收发模块，用于在所述通信链路上接收由所述第一无人机或所述地
面站发送的信道探测信号，并回发所述信道探测信号，以便所述第一无人机或所述地面站在收到所述信道探测信号时，通过信道估计方式获取第一信道状态信息估计值；
48.所述第二信道估计模块，通信连接所述第二信号收发模块，用于在收到所述信道探测信号时，通过所述信道估计方式获取第二信道状态信息估计值；
49.所述第二量化处理模块，通信连接所述第二信道估计模块，用于对所述第二信道状态信息估计值进行比特位数值量化处理，得到第二密钥；
50.所述第二哈希处理模块，通信连接所述第二量化处理模块，用于对所述第二密钥进行哈希算法处理，得到第二哈希值；
51.所述第二数据收发模块，用于在所述通信链路上接收由所述第一无人机或所述地面站传送的第一哈希值，其中，所述第一哈希值由所述第一无人机或所述地面站通过对第一密钥进行所述哈希算法处理得到，所述第一密钥由所述第一无人机或所述地面站通过对所述第一信道状态信息估计值进行所述比特位数值量化处理得到；
52.所述第二映射处理模块，分别通信连接所述第二数据收发模块和所述第二哈希处理模块，用于在收到所述第一哈希值后，判断所述第一哈希值与所述第二哈希值是否相同，得到判定结果，并在判定所述第一哈希值与所述第二哈希值相同时，对所述第二密钥进行跳频映射处理，得到第二跳频序列，其中，所述第二跳频序列包含有至少一个待跳的新通信频点；
53.所述第二数据收发模块，还用于回传所述判定结果；
54.所述第二跳频执行模块，分别通信连接所述第二时钟同步模块和所述第二映射处理模块，用于在所述第二跳频时钟到达约定的跳频时刻时，根据所述第二跳频序列切换到新通信频点上，以便与在所述第一跳频时钟到达所述约定的跳频时刻时根据第一跳频序列切换到所述新通信频点上的所述第一无人机或地面站建立新的通信链路，其中，所述第一跳频序列由所述第一无人机或所述地面站在收到所述判定结果且所述判定结果指示所述第一哈希值与所述第二哈希值相同时，对所述第一密钥进行所述跳频映射处理得到，使得所述第一跳频序列与第二跳频序列相同。
55.第四方面，本发明提供了一种计算机设备，包括有依次通信连接的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发信号，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的的且由第一无人机或地面站所执行的或者由第二无人机所执行的无人机跳频通信方法。
56.第五方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如上第一方面或第一方面中任意可能设计所述的且由第一无人机或地面站所执行的或者由第二无人机所执行的无人机跳频通信方法。
57.第六方面，本发明提供了一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如上第一方面或第一方面中任意可能设计所述的且由第一无人机或地面站所执行的或者由第二无人机所执行的无人机跳频通信方法。
附图说明
58.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
59.图1是本发明提供的无人机跳频通信方法的交互流程示意图。
60.图2是本发明提供的第一种无人机跳频通信装置的结构示意图。
61.图3是本发明提供的第二种无人机跳频通信装置的结构示意图。
62.图4是本发明提供的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
63.下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明示例的实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。
64.应当理解，尽管本文可能使用术语第一和第二等等来描述各种对象，但是这些对象不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个对象和另一个对象。例如可以将第一对象称作第二对象,并且类似地可以将第二对象称作第一对象，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。
65.应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a、单独存在b或者同时存在a和b等三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，a/和b，可以表示：单独存在a或者同时存在a和b等两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
66.如图1所示，本实施例第一方面提供的所述无人机跳频通信方法，用于在第一无人机或地面站与第二无人机之间交互执行，以便解决现有无人机通信所存在的通信安全不托底以及军用跳频方式所存在的局限性问题，即在不依赖于专用跳频体制的前提下，可在普通地面站(或无人机)与无人机之间动态生成不需要事先约定的跳频序列，进而可满足不同无人机与地面站之间的动态组网要求，既能使无人机通信双方基于生成的跳频序列，按照时间片不断切换频点进行通信，又能使基于该跳频序列动态生成方式跳频通信的无人机，大大增加其通信的保密性，防止窃听者进行信息窃取，并摆脱军用跳频方式所存在的硬件及成本局限性，能够适用于特殊应用场景。如图1所示，所述无人机跳频通信方法，可以但不限于包括有如下步骤s1～s10。
67.s1.由第一无人机或地面站在基于当前通信频点建立的通信链路上与第二无人机通信，完成本地的第一跳频时钟与所述第二无人机的第二跳频时钟的同步。
68.在所述步骤s1中，由于跳频通信双方(即所述第一无人机或所述地面站与所述第二无人机)需要在相同时间片内切换至同一通信频点上，才能成功建立通信链路进行正常通信，因此首先需要使该跳频通信双方的内置跳频时钟同步。所述当前通信频点即为当前通信过程中调制信号的中心频率，可以为默认的某个公知频点，也可以为跳频通信双方在某个时间片内共同跳频至的某一约定频点。此外，基于所述当前通信频点建立所述通信链路的具体方式为现有常规方式，以便确保跳频通信双方能够正常通信。
69.具体的，由第一无人机或地面站在基于当前通信频点建立的通信链路上与第二无人机通信，完成本地的第一跳频时钟与所述第二无人机的第二跳频时钟的同步，包括但不限于有如下步骤s11～s13。
70.s11.由第一无人机或地面站在基于当前通信频点建立的通信链路上向第二无人机发送跳频启动信号。
71.在所述步骤s11中，所述跳频启动信号用于在无人机通信系统(即由所述第一无人机或所述地面站与所述第二无人机构成的通信系统)启动跳频通信时发送，以便作为开始指令信号指示所述第二无人机初始化内置的跳频时钟。
72.s12.由第二无人机在收到所述跳频启动信号时，回发对应的响应信号，并将所述第二无人机的第二跳频时钟的时间初始化为零时刻。
73.在所述步骤s12中，所述响应信号可以但不限于具体为所述跳频启动信号。
74.s13.由第一无人机或地面站在收到所述响应信号时，将本地的第一跳频时钟的时间也初始化为零时刻，使得所述第一跳频时钟与所述第二跳频时钟同步。
75.在所述步骤s13中，所述第一跳频时钟和所述第二跳频时钟在时间初始化为零时刻后，均将按照正常时钟进行走秒，以便跳频通信双方在相同时间片内切换通信频点。此外，由于在实际的无人机通信系统，所述第一无人机或所述地面站与所述第二无人机之间的通信距离远小于无线电信号(包括但不限于所述跳频启动信号和所述响应信号)的秒内传输距离，因此可忽略不计传播所述响应信号的时延，将分别在所述响应信号的发送时刻和接收时刻所初始化的所述第二跳频时钟和所述第一跳频时钟视为同步的两内置时钟。
76.s2.由第一无人机或地面站在所述通信链路上发送信道探测信号。
77.在所述步骤s2中，所述信道探测信号可在所述第一跳频时钟初始化后的第一预设时长t1(例如10秒)到达时发送。所述信道探测信号的具体内容需跳频通信双方事先约定并包含有双方已知的数据，以便双方能够基于该信道探测信号进行信道探测，预估出对应的信道状态信息(channel state information，csi，其是用来估计一条通信链路特性的信息)的值。
78.s3.由第二无人机在收到所述信道探测信号时，通过信道估计方式获取第二信道状态信息估计值，并回发所述信道探测信号。
79.在所述步骤s3中，由于无线通信系统的性能很大程度上受到无线信道的影响，如阴影衰落和频率选择性衰落等等，使得发射机和接收机之间的传播路径非常复杂，而无线信道并不像有线信道固定并可预见，且是具有很大的随机性，这就对接收机的设计提出了很大的挑战，因此为了能在接收机端准确地恢复发射机端的发送信号，需要采用各种措施来抵抗多径效应对传输信号的影响。同时由于信道估计技术的实现需要知道无线信道的信息，如信道的阶数、多普勒频移和多径时延或者信道的冲激响应等参数，因此信道参数估计是实现无线通信系统的一项关键现有技术，使得所述信道估计方式可具体采用现有信道探测中常用的方式，例如采用最小二乘信道估计方式进行信道估计，得到所述第二信道状态信息估计值。由于所述第二信道状态信息估计值具体是来自ofdm(orthogonal frequency division multiplexing，即正交频分复用技术)系统中译码后与频域空间对应的每个子载波的振幅和相位，因此会为一个包含有幅值和相位的随机复数。
80.s4.由第一无人机或地面站在收到所述信道探测信号时，通过所述信道估计方式
获取第一信道状态信息估计值。
81.在所述步骤s4中，同样可忽略不计传播所述信道探测信号的时延，将分别在所述信道探测信号的发送时刻和接收时刻所对应的信道状态视为不变，以便根据信道的互易性原理，使跳频通信双方得到相同或高度相近的信道状态信息估计值；而对于任意与跳频通信双方位置不同的第三方，即使根据所述信道探测信号且采用相同的信道估计方式，得到的信道状态信息估计值也会与所述第一信道状态信息估计值和所述第二信道状态信息估计值明显不同，保证了后续所得跳频序列的保密安全性。以及为了进一步确保跳频通信双方得到相同或高度相近的信道状态信息估计值，所述信道估计方式需与步骤s3中的信道估计方式相同。同样的，所述第一信道状态信息估计值也会为一个包含有幅值和相位的随机复数。此外,考虑无人机会按照一定的速度飞行，使得信道具有时变性，因此为了得到更多的信道状态信息估计值以用于后续共识密钥的获取，可重复执行前述步骤s2～s4，得到多个分别为随机复数的所述第一信道状态信息估计值和所述第二信道状态信息估计值；在理论上，每次执行前述步骤s2～s4所获得的所述第一信道状态信息估计值和所述第二信道状态信息估计值会为相同的随机复数。
82.s5.由第一无人机或地面站对所述第一信道状态信息估计值进行比特位数值量化处理，得到第一密钥，以及由第二无人机对所述第二信道状态信息估计值进行所述比特位数值量化处理，得到第二密钥。
83.在所述步骤s5中，所述比特位数值量化处理即是指将所述第一信道状态信息估计值和所述第二信道状态信息估计值分别量化转化成具有一定长度的比特串，以便得到所述第一密钥和所述第二密钥。由于跳频通信双方都采用相同的比特位数值量化处理方式，因此在理论上，所述第一密钥与所述第二密钥也会相同，可作为共识密钥，用于后续跳频序列的产生，得到相同跳频序列。
84.在所述步骤s5中，考虑所述第一无人机或所述地面站与所述第一无人机可能存在诸如信号放大器等硬件不一致的情况，为了确保所述第一信道状态信息估计值与所述第二信道状态信息估计值能够量化得到相同的比特串，优选的，由第一无人机或地面站对所述第一信道状态信息估计值进行比特位数值量化处理，得到第一密钥，包括但不限于有如下步骤s511～s513。
85.s511.由第一无人机或地面站在基于连续k次发送且回发的所述信道探测信号得到k个所述第一信道状态信息估计值后，对k个所述第一信道状态信息估计值分别进行归一化处理，得到k个第一归一化值，其中，k表示大于或等于二的自然数。
86.在所述步骤s511中，所述归一化处理的具体方式为常规方式，例如针对k个所述第一信道状态信息估计值中的某个第一信道状态信息估计值x，可按照如下公式计算得到对应的第一归一化值
[0087][0088]
式中，maxx表示k个所述第一信道状态信息估计值中的最大值，minx表示k个所述第一信道状态信息估计值中的最小值。
[0089]
s512.由第一无人机或地面站对所述k个第一归一化值分别进行比特位数值量化处理，得到k个第一比特串。
[0090]
s513.由第一无人机或地面站按照所述信道探测信号的发送时序或回发时序，依次组合所述k个第一比特串，得到所述第一密钥。
[0091]
同样的，对于所述第二信道状态信息估计值，也需要采用类似步骤s511～s513所述的方式进行先归一化再量化的处理，即由第二无人机对所述第二信道状态信息估计值进行所述比特位数值量化处理，得到第二密钥，包括但不限于有：由第二无人机在基于连续k次发送的所述信道探测信号得到k个所述第二信道状态信息估计值后，先对k个所述第二信道状态信息估计值分别进行归一化处理，得到k个第二归一化值；然后对所述k个第二归一化值分别进行比特位数值量化处理，得到k个第二比特串；最后按照所述信道探测信号的发送时序或回发时序，依次组合所述k个第二比特串，得到所述第二密钥。
[0092]
在所述步骤s5中，以所述第一信道状态信息估计值为例，具体的比特位数值量化处理过程，包括但不限于有如下步骤s521～s523。
[0093]
s521.由第一无人机或地面站将所述第一信道状态信息估计值的幅值变化区间分成m个幅值变化子区间，并按照如下方式对所述第一信道状态信息估计值的幅值进行比特位数值量化处理：当该幅值属于所述m个幅值变化子区间中的某个幅值变化子区间时，则该幅值的量化值为与该某个幅值变化子区间对应的且具有x个比特位的预设比特位数值，其中，m和x分别表示大于或等于二的自然数。
[0094]
在所述步骤s521中，所述第一信道状态信息估计值优选为归一化后的值(即所述第一归一化值)，举例的，归一化后的幅值变化区间将为[0,1],可进行如下的二阶量化(即m取值为2)：将幅值变化区间[0,1]分成第一幅值变化子区间[0,0.5]和第二幅值变化子区间(0.5,1],并针对所述第一幅值变化子区间[0,0.5]，预设对应的比特位数值为00(即x取值为2)，针对所述第二幅值变化子区间(0.5,1]，预设对应的比特位数值为11；若所述第一信道状态信息估计值的幅值为0.7，则属于所述第二幅值变化子区间(0.5,1],可量化为比特串11。
[0095]
s522.由第一无人机或地面站将所述第一信道状态信息估计值的相位变化区间分成n个相位变化子区间，并按照如下方式对所述第一信道状态信息估计值的相位进行比特位数值量化处理：当该相位属于所述n个相位变化子区间中的某个相位变化子区间时，则该相位的量化值为与该某个相位变化子区间对应的且具有所述x个比特位的预设比特位数值，其中，n表示大于或等于二的自然数。
[0096]
在所述步骤s522中，举例的，归一化后的相位变化区间将为[0
°
,360
°
],可进行如下的四阶量化(即n取值为4)：将相位变化区间[0
°
,360
°
]分成第一相位变化子区间[0
°
,90
°
]、第二相位变化子区间(90
°
,180
°
]、第三相位变化子区间(180
°
,270
°
]和第四相位变化子区间(270
°
,360
°
],并针对所述第一相位变化子区间[0
°
,90
°
]，预设对应的比特位数值为00，针对所述第二相位变化子区间(90
°
,180
°
]，预设对应的比特位数值为01，针对所述第三相位变化子区间(180
°
,270
°
]，预设对应的比特位数值为10，针对所述第四相位变化子区间(270
°
,360
°
]，预设对应的比特位数值为11；若所述第一信道状态信息估计值的相位为210
°
，则属于所述第三相位变化子区间(180
°
,270
°
],可量化为比特串10。
[0097]
s523.由第一无人机或地面站将对所述第一信道状态信息估计值的幅值进行比特位数值量化处理的结果和对所述第一信道状态信息估计值的相位进行比特位数值量化处理的结果进行异或操作，得到第一密钥。
[0098]
在所述步骤s523中，若所述第一信道状态信息估计值有k个，则需要针对每个所述第一信道状态信息估计值的幅值进行由步骤s521所述的比特位数值量化处理，并按照所述信道探测信号的发送时序或回发时序，将量化所得的比特串依次组合成与幅值对应的长比特串，以及需要针对每个所述第一信道状态信息估计值的相位进行由步骤s522所述的比特位数值量化处理，并按照所述信道探测信号的发送时序或回发时序，将量化所得的比特串依次组合成与相位对应的长比特串，最后对所述与幅值对应的长比特串和所述与相位对应的长比特串进行进行异或操作，得到所述第一密钥。此外，同样的，针对所述第二信道状态信息估计值，也需要由第二无人机采用前述步骤s521～s523所述的具体比特位数值量化处理过程，以便得到理论上与所述第一密钥相同的所述第二密钥。
[0099]
s6.由第一无人机或地面站对所述第一密钥进行哈希算法处理，得到第一哈希值，以及由第二无人机对所述第二密钥进行所述哈希算法处理，得到第二哈希值。
[0100]
在所述步骤s6中，所述哈希算法处理即是指将所述第一密钥和所述第二密钥分别导入常规的哈希函数中，得到所述第一哈希值和所述第二哈希值。由于在理论上所述第一密钥与所述第二密钥是相同的，因此可以通过在跳频通信双方之间交互哈希值并进行一致性判断，来确认所述第一密钥与所述第二密钥是否相同，若相同，则可以继续在对应侧基于对应密钥得到对应的跳频序列，如果不同，则需要重新返回执行步骤s2。
[0101]
s7.由第一无人机或地面站在所述通信链路上传送所述第一哈希值。
[0102]
s8.由第二无人机在收到所述第一哈希值后，判断所述第一哈希值与所述第二哈希值是否相同，并回传判定结果。
[0103]
s9.由第一无人机或地面站在收到所述判定结果后，若所述判定结果指示所述第一哈希值与所述第二哈希值相同，则对所述第一密钥进行跳频映射处理，得到第一跳频序列，其中，所述第一跳频序列包含有至少一个待跳的新通信频点。
[0104]
在所述步骤s9中，若所述判定结果指示所述第一哈希值与所述第二哈希值相同，则确认所述第一密钥与所述第二密钥相同，可作为共识密钥，用于后续跳频序列的映射产生，得到相同跳频序列，否则需要重新返回执行步骤s2～s9，以便重新确认新得到的第一密钥与新得到的第二密钥是否相同。所述跳频映射处理的具体方式可以但不限于包括有如下两种：(a)将所述第一密钥作为随机数种子，输入一个正整数发生器中，然后由该正整数发生器在所述第一无人机或所述地面站与所述第二无人机的硬件所共同支撑的频点变化范围内，根据输入数据映射地输出至少一个正整数来作为所述至少一个待跳的新通信频点，例如在1000～6000mhz的且分辨率为1mhz的频点变化范围内，若在[1000,6000]取值范围内输出3000，可将频点3000mhz作为一个待跳的新通信频点；(b)将所述第一密钥作为随机数种子，映射地生成随机数序列串，以便作为所述第一跳频序列。此外，同样的，在判定所述第一哈希值与所述第二哈希值相同时，可由所述第二无人机对所述第二密钥进行所述跳频映射处理(即跳频通信双方采用相同的跳频映射方式，例如采用相同的所述正整数发生器)，得到与所述第一跳频序列相同的第二跳频序列。
[0105]
s10.由第一无人机或地面站在所述第一跳频时钟到达约定的跳频时刻时，根据所述第一跳频序列切换到新通信频点上，以便与在所述第二跳频时钟到达所述约定的跳频时刻时根据第二跳频序列切换到所述新通信频点上的所述第二无人机建立新的通信链路。
[0106]
在所述步骤s10中，所述跳频时刻可以但不限于按照如下方式进行约定：由第一无
人机或地面站在得到所述第一跳频序列后，在所述通信链路上传送频点切换指令，然后所述第一无人机或所述地面站将发送所述频点切换指令之后的第二预设时长t2(例如10秒)到达时作为所述约定的跳频时刻，同时所述第二无人机也将接收到所述频点切换指令之后的所述第二预设时长t2到达时作为所述约定的跳频时刻，以便跳频通信双方在发送所述频点切换指令并等待所述第二预设时长t2后，同步切换到所述新通信频点上，以便与另一方建立新的通信链路，继续进行正常的通信。而如果所述新的通信链路未建立成功或者所述新的通信链路被中断，所述跳频通信双方将分别计时到第三预设时长t3(例如10秒)后，默认此次跳频失败，恢复至所述当前通信频点进行通信，然后重复执行步骤s1～s10，继续启动跳频通信机制。此外，若所述第一跳频序列和所述第二跳频序列包含有多个所述待跳的新通信频点，则所述跳频通信双方可分别以所述第二预设时长t2为跳频周期，依次切换到各个所述待跳的新通信频点上，以便在对应的新通信频点上建立与另一方的新通信链路。
[0107]
由此基于前述步骤s1～s10所描述的无人机跳频通信方法，提供了一种基于信道估计技术动态产生共识跳频序列的跳频通信方案，即基于信道的互易性原理，先使跳频通信双方分别通过交互的信道探测信号进行信道估计，得到随机复数形式的信道状态信息估计值，然后在两侧对相应的信道状态信息估计值进行相同的比特位数值量化处理，得到理论上相同的密钥，再然后通过交互密钥的哈希值来对两侧所得密钥进行一致性校验，最后在一致性校验通过时使双方根据共识密钥映射得到相同的跳频序列，由此在不依赖于专用跳频体制的前提下，可在普通地面站(或无人机)与无人机之间动态生成不需要事先约定的跳频序列，进而可满足不同无人机与地面站之间的动态组网要求，既能使无人机通信双方基于生成的跳频序列，按照时间片不断切换频点进行通信，又能使基于该跳频序列动态生成方式跳频通信的无人机，大大增加其通信的保密性，防止窃听者进行信息窃取，并摆脱军用跳频方式所存在的硬件及成本局限性，能够适用于特殊应用场景。
[0108]
另外，在信道互易性支撑的跳频序列安全性上，经过实验对比，在5.8ghz频段，对于离跳频通信双方约半米位置的第三方窃听者，其1000次生成的跳频序列与正常跳频通信双方生成的跳频序列只有5次重合，可以认为第三方窃听者只能盲猜下一次的跳频序列，从而证明该方法安全可靠。以及在相干时间支撑的跳频序列随机性上，通过nist(national institute of standards and technology，美国国家标准与技术研究所，nist是为了测试随机/任意长度由基于硬件或软件的密码随机或伪随机数生成器产生的二进制序列)测试套件进行测试，1000次生成的跳频序列均通过了nist中的频率(单比特)测试、块内频数测试、动向测试、最大游程检测、二进制矩阵秩测试、频谱测试、非重叠字匹配测试、重叠字匹配测试、maurer通用统计检测、线性复杂度测试、系列测试、近似熵测试、累积和测试、随机游程测试和随机游程变量测试等。
[0109]
本实施例在前述第一方面的技术方案基础上，还提供了一种详细进行密钥一致性校验的可能设计一，即针对所述步骤s6～s9，包括有如下的技术方案描述。
[0110]
在所述步骤s6中，由第一无人机或地面站对所述第一密钥进行哈希算法处理，得到第一哈希值，以及由第二无人机对所述第二密钥进行所述哈希算法处理，得到第二哈希值，包括但不限于有如下步骤s61～s62。
[0111]
s61.由第一无人机或地面站对所述第一密钥进行分段处理，得到y个第一密钥片段，以及由第二无人机对所述第二密钥进行所述分段处理，得到y个第二密钥片段，其中，y
表示大于或等于二的自然数。
[0112]
在所述步骤s61中，y可以举例取值为10，由于在跳频通信双方都是采用相同的分段处理方式进行分段，因此所述y个第一密钥片段会与所述y个第二密钥片段一一对应。
[0113]
s62.由第一无人机或地面站针对所述y个第一密钥片段中的各个第一密钥片段，通过哈希算法处理得到对应的第一哈希值,以及由第二无人机针对所述y个第二密钥片段中的各个第二密钥片段，通过所述哈希算法处理得到对应的第二哈希值。
[0114]
在所述步骤s7中，由第一无人机或地面站在所述通信链路上传送所述第一哈希值，包括但不限于有：在所述通信链路上传送与所述y个第一密钥片段一一对应的y个所述第一哈希值。
[0115]
在所述步骤s8中，由第二无人机在收到所述第一哈希值后，判断所述第一哈希值与所述第二哈希值是否相同，并回传判定结果，包括但不限于有：由第二无人机在收到y个所述第一哈希值后，针对y个所述第一哈希值中的各个所述第一哈希值，判断是否与在y个所述第二哈希值中的且对应的第二哈希值相同，并回传判定结果。
[0116]
在所述步骤s9中，由第一无人机或地面站在收到所述判定结果后，若所述判定结果指示所述第一哈希值与所述第二哈希值相同，则对所述第一密钥进行跳频映射处理，得到第一跳频序列，包括但不限于有：由第一无人机或地面站在收到所述判定结果后，若所述判定结果指示有z个所述第一哈希值与对应的所述第二哈希值不同，则在所述第一密钥中剔除与z个所述第一哈希值中各个所述第一哈希值对应的第一密钥片段，得到新的第一密钥，然后对所述新的第一密钥进行跳频映射处理，得到第一跳频序列，其中，z表示小于y的自然数，所述第一跳频序列包含有至少一个待跳的新通信频点。
[0117]
由于是在理论上所述第一密钥与所述第二密钥相同，而考虑实际存在噪声等因素的影响，会使所述第一密钥与所述第二密钥存在差异，因此在所述y个第一密钥片段与所述y个第二密钥片段一一对应的前提下，通过前述剔除处理，可以剔除掉原第一密钥中与原第二密钥不同的密钥片段，保留相同的密钥片段，使它们可以作为共识密钥(即新的第一密钥)，以便用于后续跳频序列的产生，进而可减少返回执行步骤s2及重新得到新密钥的次数，缩短生成跳频序列的所需时间，提升生成跳频序列及进行跳频通信的成功率，规避噪声等因素的影响。同样的，在判定有z个所述第二哈希值与对应的所述第一哈希值不同时(即有z个所述第一哈希值与对应的所述第二哈希值不同)，由第二无人机在所述第二密钥中剔除与z个所述第二哈希值中各个所述第二哈希值对应的第二密钥片段，得到新的第二密钥，然后对所述新的第二密钥进行所述跳频映射处理，得到与所述第一跳频序列相同的第二跳频序列。此外，前述z的取值可以为零，此时双方都无密钥片段会被删除，所述第一密钥与所述第二密钥完全相同，可以直接用于后续跳频序列的产生；而若有y个所述第一哈希值与对应的所述第二哈希值不同，则确认所述第一密钥与所述第二密钥完全不同，需要重新返回执行步骤s2，此时所述第二无人机可以通过在所述通信链路上发送失败信号，来告知所述第一无人机或所述地面站返回执行步骤s2。
[0118]
由此基于前述步骤s6～s9所详细描述的可能设计一，可以通过分段确认密钥一致性的方式，来减少重新得到新密钥的次数，缩短生成跳频序列的所需时间，提升生成跳频序列及进行跳频通信的成功率，规避噪声等因素的影响。
[0119]
如图2所示，本实施例第二方面提供了一种实现第一方面或第一方面中任一可能
设计所述的且由第一无人机或地面站所执行的无人机跳频通信方法的虚拟装置，布置于第一无人机或地面站中，包括有第一时钟同步模块、第一信号收发模块、第一信道估计模块、第一量化处理模块、第一哈希处理模块、第一数据收发模块、第一映射处理模块和第一跳频执行模块；
[0120]
所述第一时钟同步模块，用于在基于当前通信频点建立的通信链路上与第二无人机通信，完成本地的第一跳频时钟与所述第二无人机的第二跳频时钟的同步；
[0121]
所述第一信号收发模块，用于在所述通信链路上发送信道探测信号，以便所述第二无人机在收到所述信道探测信号时，通过信道估计方式获取第二信道状态信息估计值，并回发所述信道探测信号，以及用于接收所述信道探测信号；
[0122]
所述第一信道估计模块，通信连接所述第一信号收发模块，用于在收到所述信道探测信号时，通过所述信道估计方式获取第一信道状态信息估计值；
[0123]
所述第一量化处理模块，通信连接所述第一信道估计模块，用于对所述第一信道状态信息估计值进行比特位数值量化处理，得到第一密钥；
[0124]
所述第一哈希处理模块，通信连接所述第一量化处理模块，用于对所述第一密钥进行哈希算法处理，得到第一哈希值；
[0125]
所述第一数据收发模块，通信连接所述第一哈希处理模块，用于在所述通信链路上传送所述第一哈希值，以便所述第二无人机在收到所述第一哈希值后，判断所述第一哈希值与第二哈希值是否相同，并回传判定结果，以及用于接收所述判定结果，其中，所述第二哈希值由所述第二无人机通过对第二密钥进行所述哈希算法处理得到，所述第二密钥由所述第二无人机通过对所述第二信道状态信息估计值进行所述比特位数值量化处理得到；
[0126]
所述第一映射处理模块，通信连接所述第一数据收发模块，用于在收到所述判定结果后，若所述判定结果指示所述第一哈希值与所述第二哈希值相同，则对所述第一密钥进行跳频映射处理，得到第一跳频序列，其中，所述第一跳频序列包含有至少一个待跳的新通信频点；
[0127]
所述第一跳频执行模块，分别通信连接所述第一时钟同步模块和所述第一映射处理模块，用于在所述第一跳频时钟到达约定的跳频时刻时，根据所述第一跳频序列切换到新通信频点上，以便与在所述第二跳频时钟到达所述约定的跳频时刻时根据第二跳频序列切换到所述新通信频点上的所述第二无人机建立新的通信链路，其中，所述第二跳频序列由所述第二无人机在判定所述第一哈希值与所述第二哈希值相同时，对所述第二密钥进行所述跳频映射处理得到，使得所述第二跳频序列与第一跳频序列相同。
[0128]
本实施例第二方面提供的前述装置的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见第一方面或第一方面中任一可能设计所述的无人机跳频通信方法，于此不再赘述。
[0129]
如图3所示，本实施例第三方面提供了一种实现第一方面或第一方面中任一可能设计所述的且由第二无人机所执行的无人机跳频通信方法的虚拟装置，布置于第二无人机中，包括有第二时钟同步模块、第二信号收发模块、第二信道估计模块、第二量化处理模块、第二哈希处理模块、第二数据收发模块、第二映射处理模块和第二跳频执行模块；
[0130]
所述第二时钟同步模块，用于在基于当前通信频点建立的通信链路上与第一无人机或地面站通信，完成本地的第二跳频时钟与所述第一无人机或所述地面站的第一跳频时钟的同步；
[0131]
所述第二信号收发模块，用于在所述通信链路上接收由所述第一无人机或所述地面站发送的信道探测信号，并回发所述信道探测信号，以便所述第一无人机或所述地面站在收到所述信道探测信号时，通过信道估计方式获取第一信道状态信息估计值；
[0132]
所述第二信道估计模块，通信连接所述第二信号收发模块，用于在收到所述信道探测信号时，通过所述信道估计方式获取第二信道状态信息估计值；
[0133]
所述第二量化处理模块，通信连接所述第二信道估计模块，用于对所述第二信道状态信息估计值进行比特位数值量化处理，得到第二密钥；
[0134]
所述第二哈希处理模块，通信连接所述第二量化处理模块，用于对所述第二密钥进行哈希算法处理，得到第二哈希值；
[0135]
所述第二数据收发模块，用于在所述通信链路上接收由所述第一无人机或所述地面站传送的第一哈希值，其中，所述第一哈希值由所述第一无人机或所述地面站通过对第一密钥进行所述哈希算法处理得到，所述第一密钥由所述第一无人机或所述地面站通过对所述第一信道状态信息估计值进行所述比特位数值量化处理得到；
[0136]
所述第二映射处理模块，分别通信连接所述第二数据收发模块和所述第二哈希处理模块，用于在收到所述第一哈希值后，判断所述第一哈希值与所述第二哈希值是否相同，得到判定结果，并在判定所述第一哈希值与所述第二哈希值相同时，对所述第二密钥进行跳频映射处理，得到第二跳频序列，其中，所述第二跳频序列包含有至少一个待跳的新通信频点；
[0137]
所述第二数据收发模块，还用于回传所述判定结果；
[0138]
所述第二跳频执行模块，分别通信连接所述第二时钟同步模块和所述第二映射处理模块，用于在所述第二跳频时钟到达约定的跳频时刻时，根据所述第二跳频序列切换到新通信频点上，以便与在所述第一跳频时钟到达所述约定的跳频时刻时根据第一跳频序列切换到所述新通信频点上的所述第一无人机或地面站建立新的通信链路，其中，所述第一跳频序列由所述第一无人机或所述地面站在收到所述判定结果且所述判定结果指示所述第一哈希值与所述第二哈希值相同时，对所述第一密钥进行所述跳频映射处理得到，使得所述第一跳频序列与第二跳频序列相同。
[0139]
本实施例第三方面提供的前述装置的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见第一方面或第一方面中任一可能设计所述的无人机跳频通信方法，于此不再赘述。
[0140]
如图4所示，本实施例第四方面提供了一种执行第一方面或第一方面中任一可能设计所述的且由第一无人机或地面站所执行的或者由第二无人机所执行的无人机跳频通信方法的计算机设备，包括有依次通信连接的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发信号，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面或第一方面中任一可能设计所述的且由第一无人机或地面站所执行的或者由第二无人机所执行的无人机跳频通信方法。具体举例的，所述存储器可以但不限于包括随机存取存储器(random
‑
access memory，ram)、只读存储器(read
‑
only memory，rom)、闪存(flash memory)、先进先出存储器(first input first output，fifo)和/或先进后出存储器(first input last output，filo)等等；所述收发器可以但不限于为wifi(无线保真)无线收发器、蓝牙无线收发器、gprs(general packet radio service，通用分组无线服务技术)无线收发器和/或zigbee(紫蜂协议，基于ieee802.15.4标准的低功耗局域网协议)无
线收发器等；所述处理器可以但不限于采用型号为stm32f105系列的微处理器。此外，所述计算机设备还可以但不限于包括有电源模块、显示屏和其它必要的部件。
[0141]
本实施例第四方面提供的前述计算机设备的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见第一方面或第一方面中任一可能设计所述的无人机跳频通信方法，于此不再赘述。
[0142]
本实施例第五方面提供了一种存储包含第一方面或第一方面中任一可能设计所述的且由第一无人机或地面站所执行的或者由第二无人机所执行的无人机跳频通信方法的指令的计算机可读存储介质，即所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第一方面或第一方面中任一可能设计所述的且由第一无人机或地面站所执行的或者由第二无人机所执行的无人机跳频通信方法。其中，所述计算机可读存储介质是指存储数据的载体，可以但不限于包括软盘、光盘、硬盘、闪存、优盘和/或记忆棒(memory stick)等计算机可读存储介质，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。
[0143]
本实施例第五方面提供的前述计算机可读存储介质的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见第一方面或第一方面中任一可能设计所述的无人机跳频通信方法，于此不再赘述。
[0144]
本实施例第六方面提供了一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如第一方面或第一方面中任一可能设计所述的且由第一无人机或地面站所执行的或者由第二无人机所执行的无人机跳频通信方法。其中，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。
[0145]
最后应说明的是，本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。