基于FPGA的电力巡线无人机硬件加密通信方法.pdf

中国电力

第52卷第7期Vol.52,No.7

2019年7月ELECTRICPOWERJul.2019

基于FPGA的电力巡线无人机硬件加密通信方法

罗昊，苏盛，杨浩，林楠，袁晨

11222

(1.智能电网运行与控制湖南省重点实验室（长沙理工大学），湖南长沙410004；

2.国网江西省电力有限公司电力科学研究院，江西南昌330096)

摘要：电力巡检无人机无线通信主要依赖跳频通信机制予以防护，攻击方可监听单频点获取跳频序列进

行破解，夺取无人机控制权。针对专业级巡线无人机作业场景下的安全防护需求，提出了基于现场可编程

门阵列（field-programmablegatearray，FPGA）的硬件加密通信与认证防护方法。该方法模智能电表硬件

加密通信方式，为无人机配置嵌入式加/解密模块（embeddedsecureaccessmodule，ESAM）；在无人机起飞

配对时，将该无人机的密钥传输至遥控器，并按所给密钥进行FPGA重编程，飞行控制中即可实现基于

ESAM模块和FPGA对称硬件加密方式的身份认证与加密通信，保障专业级巡线无人机的安全。所提方法

在无人机端及遥控器端均为硬件加/解密，可满足无人机实时指令响应速度需求。

关键词：FPGA；巡线无人机；ESAM；硬件加密；对称加密；人工智能与大数据应用

中图分类号：TM732文献标志码：ADOI：10.11930/j.issn.1004-9649.201903080

0引言过无人机自主巡航降低对飞行操控手的要求、提

高无人机巡检效率和质量[5-6]。巡线无人机载荷能

输电线路跨越荒郊野外，定期进行线路巡检力提升后，一方面，配置有完整巡线装备的无人

是保障电网安全的重要基础。架空输电线路传统机系统价格可能超过10万元，遭劫持或失控可能

上由人工巡检，巡线人员借助望远镜和红外热像直接导致较大的经济损失；另一方面，无人机携带

仪等设备对线路和通道环境进行近距巡视和检设备从高空失控跌落，将危及周边行人的人身安全。

测。随着点位规模快速扩张，人均运维长度持续目前电力部门采用的民用无人机主要依靠跳

增长。人工巡检方式的巡线距离长、工作量

[1-2]频通信进行安全保障，防护水平有限，亟待研究

大、效率低，难以发现杆塔上部设备缺陷，无法适合无人机应用场景的安全通信控制方法。本文

保证输电线路的巡线质量，难以满足现代电网高首先分析了巡线无人机遥控器的跳频通信机制安

效运维需求。无人机携带方便、操作简单、载荷全缺陷；然后结合无人机巡线中的业务场景讨论

丰富。采用无人机进行输电线路巡查，不但提高了对遥控通信安全保障的要求，参考智能电表对

了输电线路运维的效率和质量，还可降低劳动强称加密通信方式，提出并设计了在无人机端及遥

度和成本，保障巡线作业人员人身安全[3-4]。各电控器端均采用硬件加/解密的方案，并进行了实时

网公司均制定了短期内实现无人机巡线为主、人性测试。

工巡线为辅的协同巡检工作目标。

为满足大规模应用无人机开展专业化巡线的