一、信号频段
二、编码方法
三、无人机遥控指令加密方法
一、信号频段
5.8G：该频段暂时是航拍领域使用最广泛的无线微波视频传输器。 优点：体积轻，热量低，距离长，价格透明，最大可释放32个可选频道。至今仍是航拍微波传图领域的首选。在工信部信号限制中，5.8G微波信号是消费级开放频段，也就是说，无论你是否获得许可，你都可以使用5个.8G信号作为您航拍器的传图操作。在画质的处理上，优秀的5.8G视频传输器可以完全释放64位模拟色度输出。而且有些厂家对5.8G该频段在环境污染、辐射人体、干扰其他无线设施测试中得分最低。 缺点：波长问题导致信号渗透性差，容易受到外部因素的干扰。相反，航拍的陆对空条件创造了一个绝对开放的环境，所以工业和信息化部首先开放的是5.8G允许在消费级产品中使用。5.8G没有夸张的功率，实际功率基本上是≤2000mW，也就是我们常说的2瓦。 5.8G常见发射器：
2.4G：该频段应用最广泛的领域是日常家用电器，主要用于陆地工业无线监控工程。 优点:极其便宜，频点容易控制，最大可释放12个频道。2.4G无线视频传输器最常用于解决陆对陆无线监控问题。监控摄像块上的电子元器体积大，间隔距离长，散热效果最好，适合长期超载作业。波长略胜与5.8G具有良好的渗透性和图像稳定性。功率甚至可以通过信号放大器和信号增益模块释放超过20瓦的功率。 缺点：仍然是一个便宜的问题，导致儿童遥控玩具、电视遥控器、路由器和其他日常必需品将使用这个频段，使用这种发射器特别容易受到干扰，即图片将有雪花点、频率断裂、串行频率等。容易受到温差漂移的干扰，即水蒸气上升时可以看到的扭曲背景。不用说，廉价产品使用的电子元件是最原始的，不像5.8G和1.2G主要采用贴片和模块化电子元件。并且2.4G市场上实际标注功率的产品很少有信号段的视频传输器。用几百毫瓦的模块换一个大壳，就叫8瓦或者十瓦大功率。所以很多用户会发现一个2.4G8W大功率传图不如5.8G600mw远离发射器。据我所知2.4G视频传图模块尚未由正规厂家生产，只有少数正规厂家生产监控工业级设备，厂家也不是特别强大。同时，工信部对2.4G还是有管制的，只限制了2.4G内部的几个频道。
2.4G常见发射器：
1.2G：它属于低频信号，透力强，可覆盖所有无线视频传输领域。 优点:波频最连贯，大多数传输器可以处理主辅波频，高于2.4G信号传输相当于在海上或浅水中游泳，小于1.5G相当于在海底，海面上再大的惊涛骇浪，海底依然平静。已知市场上模块的最大功率可达8000mw，传图的图像也可处理64位乃至更高的画质，发射器本身体积也及其微小，可无限延伸设备功能。大多1.2G在微波无线视频传输器中，信号发射器不受温差相位漂移的影响，最适合陆对陆传输。台湾罗美、深圳百通等知名发射器品牌，其中台湾罗美1.2G全球航拍玩家都知道，除了台湾罗美，没有无线微波视频传输器可以处理≥64位的色彩。在外国航拍玩家中，相当一部分玩家在增益的情况下将罗美1W视频传输器打25~30公里的超长距离。深圳百通也是最便宜的1.2G很受外国人的认可，1.2G超强的穿透力也是陆对陆的首选。 缺点：1.2G它是工业和信息化部最早禁止空中使用的频段，但不包括经许可的民用级产品。在国内1.2G由于1，信号段仍与军方和政府机构服役.2G过强的功率会导致周围无线设备故障，所以1.2G不能作为消费品公开销售。以上条件导致1.2G发射器价格高，最贵可达几千元。1.2G由于1.2G内可释放频道少的缘故，很多不同厂家的发射器可以共用接收器，串频率也较高。 1.2G常见发射器：
二、编码方法
PCM:脉冲编码调制，通过约定的二进制码传输信息，可以重复使用（不同的系统间隙不同，实际上使用两种对数形式的压缩特性：A律和U律，A主要用于30/32路一次组系统，U主要用于24路一次组系统。A律PCM欧洲和中国，U律PCM用于北美和日本。A律PCM欧洲和中国，U律PCM用于北美和日本。
PPM：调制脉冲位置，以不同时间出现的脉冲位置传递信息，可及时重用；
PWM：脉冲宽度调制，以脉冲占空比传递信息，不能时间复用；PWM以及其变种SPWM广泛应用于电机调频调速控制。
PPM和PCM均用于遥控设备的无线传输，PCM属于数字调制，需要高速使用AD和DA；PPM采用积分器和滤波器，属于模拟调制。
反应速度PPM快于PCM，PPM和PCM都是信号编码，可以在内部建立多个信号。PWM脉冲宽度调制，即单通道。只有在发射机模式与接收机模式一致时，才能对频。
必要的无人机遥控信息包括油门、偏航、偏移和俯仰，可选信息包括控制云台等信息。PWM多路信号无法传输，无法应用于无线传输。 PPM因为容易失真，目前主流的编码方法是PCM波形编码。 还有SBUS,DSM等
后来由于视频信息传输的需要，商家会在一套传输系统中传输图片和控制传输。比如，DJI Lightbridg内置全高清数字图像传输系统 2.4G 遥控链路的高配方案测量有效传输距离高达5km，标配也达到1.7Km。
三、无人机遥控指令加密方法
遥控信息的安全性是无人机遥控系统设计和任务实施中最重要的问题之一。然而，日益发展的电子侦察和电子对抗技术使第三方能够截获已发送的遥控指令，分析和窃取遥控信息的内容，从而伪造遥控信息，对其无人机构构成严重威胁。随着现代通信技术和密码技术的发展，人们通常采用指令加密来提高遥控指令的安全性和可靠性。为此，我们设计了序列密码加密方案，结合加解密过程采用不同的遥控帧结构，确保无人机遥控指令的安全可靠传输。 (一)无人机遥控的基本概念 所谓无人机的遥控就是在主控端（通常指地面控制站）将控制命令（飞行控制命令、任务控制命令）变换成指令，通过无线电上行信道发向无人机的相关机载遥控遥测设备。机载遥控遥测设备经过一系列变换及指令解码即得到开关指令或连续指令信号。这些信号发送到无人机自动驾驶仪或任务执行机构，控制飞机飞行或任务设备。 1.构成遥控指令 遥控指令主要用于控制无人机，其构成直接取决于无人机的飞行原理和控制模式。遥控帧可分为实时开关命令帧和串行注人数据帧。为了判断帧的内容，需要在每帧中设置一个方法字。6遥控指令通常每隔100ms每帧32发送一帧B，包括数据头定义、飞行控制指令、导航数据和效验字。如图1所示。
上行遥控信道开启一次为一个遥控工作期。在每个遥控工作期的开头有一个引导序列，使无人机上载波、副载波解调器进入稳定和同步状态口如果在一个遥控工作期内间歇发送若干个遥控帧或遥控帧序列，则需要在间歇期间用空闲序列填充，以维持必要的同步。 2.遥控指令的特点 遥控指令的数据量很小，通常是12.8kb/s具有以下特点： (1)实时性好 地面控制站通过遥控指令直接控制无人机的飞行姿态，因此指令延迟不得过长。 (2)可靠性高 无人机的飞行控制主要依靠遥控指令，对指令生成、发送、传输和接收的可靠性要求很高。 (3)抗干扰性好 遥控指令要求具有较强的抗干扰能力，以避免和减少泄漏指令和错误指令造成的无人机飞行事故。 (4)保密性高 为保证无人机的控制规律和飞行航迹不被截获，对遥控指令的保密性要求较高。 (二)基于序列密码的遥控指令加密 分组加密和序列加密是数据文件加密中最常用的方法。分组加密以块为单位加密和解密数据，块的长度由法设计人员设定，块最小长度由对密码强度的考虑来确定。序列加密时数据加解密的块长可以由用户自己确定，不要求最小块长，在极端情况下，可以逐位加密。 本文采用序列密码加密体制主要是基于以下几方面因素： （1）二者都可以做到高强度保密，从实现上来看，分组密码较复杂，序列密码相对简单。 （2）分组加密体制对信息加密存在误码扩散和一定延时，一般应用于信道传输质量较好或具有数据重发功能的场合。 （3）序列密码加密体制对信号的低延时、无误码扩散等特点，更适合应用在误码率较高的无线链路中。 本文采用的是真随机序列作为初始密钥的一次一密的加密方案，如图2所示，由嵌入到通信链路中的加解密单元完成对遥控指令实施加解密操作。这种做法避免保密单元处理大量与通信相关的内容，提高信息处理的速率，确保遥控指令及时、可靠地传输。
1、密钥的产生、传送和储存 图2中密钥单元存储的是完成本次飞行任务所需的加密密钥。第一个加密密钥由基本密钥与会话密钥作用产生，其后的每个加密密钥由上一个加密密钥变换产生，此种做法可以避免保密单元存储大量的加解密密钥。图3为密钥产生的过程。
其中，基本密钥Kb由地面站与机载共同拥有。加密单元的基本密钥由密钥IC卡注入到Flash存储模块中，解密单元的基本密钥由地面站辅助注钥设备注入到机载Flash存储模块中。基本密钥由两部分组成，其中一部分用于对密钥变换单元存储的密算法进行解密，另一部分则与会话密钥作用产生加密密钥。会话密钥Ks是一组真随机序列，通过基于电阻热噪声的真随机序列产生器中提取，它在理论上是不可破译的。其随机序列发生器的基本结构如图4所示。
加密单元每次上电重新启动后，真随机序列产生器都会得到一组不同的真随机序列，经提取后得到此次通信的会话密钥Ks，地面站将会话密钥Ks发至解密单元相应存储模块后，机载解密单元将Ks与自己的基本密钥作用生成与地面站完全相同的初始密钥。这时，密钥变换器按照同样的时钟工作开始，保证加密密钥与解密密钥的一致。 2、加密解密流程及其帧结构的设计 结合上文遥控指令的构成方式及其加密、解密密的需要，本文设计的遥控指令帧结构如图5所示。
同步头都是选择自相关特性好、并且在密文数字序列中出现概率较小的码型，这样有利于在接收端进行同步检测，并防止在信息流中频繁出现与同步头相同的码型，造成接收端的虚假同步。同时还要防止信道误码对同步头干扰造成漏同步的情况发生，因此，必须对同步头的传输采用容错技术或前向纠错技术的处理，以确保接收端能够正确判别出同步头信号。在本设计中，同步头选择IRIG(lnter-Range Instrumentation Group)推荐的最佳16位码EB90；方式字、开关命令或注人数据、系统备用部分及校验和需要进行加密处理，共需24B的密钥，即密钥单元中的每组密钥为192bit。 以下将结合遥控指令的加密过程详细阐述不同场合下使用的不同遥控帧结构。 无人机通信过程包括了两个环境：地面站相对安全的环境和飞行区域安全威胁较大的环境。各通信终端设备在地面站内完成保密单元初始化，在开始保密通信前，无人 机与地面站之间进行相互认证，由地面站发起。 起始帧用于表示保密通信的开始，机载解密单元无论何时接收到该帧，都要进行解密单元的重新初始化，并将该帧回传至地面站，以通知地面站机载设备已准备就绪。起始帧结构如图6所示。
认证握手帧用于数据交互前的相互认证，同样以互发认证帧的形式实现a认证帧结构如图7。
（1）加密单元工作流程 当机载单元通过遥测信道回传地面站正确的应答后，地面站加密单元进入工作状态。首先进行同步头的搜索，当连续搜索到尼个（用户可设定）同步头时，电路进入锁定状态，控制单元提取遥控帧中8~31字节的数据送至加密运算器1号缓存-同时读取密钥单元192bit加密密钥送至加密运算器2号缓存和密钥变换单元，加密运算器分别读取两个缓存数据完成加密（算法已初始化）；密钥变换单元在密算法的作用下生成下一帧的加密密钥（加密密钥的生成时间小于一帧遥控帧的加密时间）。最后由控制单元完成对遥控帧的组合。图8为加密前后帧结构的变化。
（2）解密单元工作流程 解密单元同样首先进行同步头的搜索，进入电路锁定状态后，控制单元首先提取判断2—7字节是否为全0或全1数据，若不是则提取帧中的8~31字节数据送至解密运算器的2号缓存，同时将密钥单元中储存的192bit解密密钥输出到解密运算器1号缓存和密钥变换单元，解密运算器提取1、2号缓存数据完成解密；密钥变换单元在解密遥控帧的时间内完成对下一次通信解密密钥的生成并将其储存于密钥单元。 3、密码同步方案 密码同步技术是基于序列密码加密的数字通信系统中非常重要的技术，目的是为了在通信过程中，保证通信双方加解密的起点严格一致。 密码同步工作状态的建立一般是在保密设备首先建立位同步的情况下进行，位同步可以由信源终端或信道设备直接提供的时钟来实现，也可以通过从信源终端或信道传输设备提供的数字流中提取时钟来实现A选择信源终端提供的时钟还是选择信道传输设备提供的时钟，应服从数字通信系统的总体时钟同步关系的安排Q位同步的作用是指示比特的开始和结束，这里不作详细讨论。 在本设计中，密钥变换器在统一的时钟驱动下工作，利用这种方式可以保证只要系统实现了正确的帧同步，即对同步头的正确搜索，则密码同步也同时实现。同步头的搜索过程如图9所示。
在数据流存在误码（由噪声或干扰引起）的情况下，通过某些抗误码算法正确地找到并保持每一帧的开始位置，这就是锁定帧同步过程。只有正确锁定帧同步后，才可以在每一帧里正确地分析帧的结构。锁定帧同步步骤如下： （1）搜索阶段：用数据流和帧同步码进行相关运算的方法在数据流中搜索帧同步码。数据流向左移位，每次移1位后与帧同步码模板比较一次。当数据流中的帧同步码与帧同步码模板位置重合、且由误码率引起的误码数目不超过口时，认为搜索到帧同步码。 （2）验证阶段：找到帧同步码后，以一帧为周期，验证是否在连续若干帧中周期性地出现同步码。 （3）假定以上两个阶段共进行G帧，其中搜索和证帧码时容错数均为a（允许有a位码与帧码不符，a≤n）。如果连续G帧都找到了帧同步码，这时进入帧同步锁定阶段，可以对遥控指令进行处理，但是每一帧仍然要周期性地检查帧同步码，这时容错数为k（k≤n），当连续L帧都未发现帧同步码时，帧同步解锁，停止处理数据，重新进入搜索阶段。这样处理，可以保证在出现假锁（指把数据码误认作帧同步码而锁定假帧同步）或遥控指令流终止时能及时退出锁定状态，防止继续对虚假遥控指令进行处理。