(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210290576.0 (22)申请日 2022.03.23 (71)申请人 中国人民解 放军海军工程大 学 地址 430033 湖北省武汉市硚口区解 放大 道717号 (72)发明人 谢振杰　付伟　 (74)专利代理 机构 西安方诺专利代理事务所 (普通合伙) 61285 专利代理师 李思琼 (51)Int.Cl. H04W 4/40(2018.01) H04W 4/80(2018.01) H04W 12/0431(2021.01) H04W 12/06(2021.01) H04W 56/00(2009.01)H04W 84/12(2009.01) H04L 9/06(2006.01) H04L 9/32(2006.01) (54)发明名称 一种具有安全协同能力的智能小车系统 (57)摘要 本发明公开了一种具有安全协同能力的智 能小车系统， 自下而上依次包括运动层、 中间层 和决策层； 所述运动层包括驱动模块、 电源模块 和控制模块， 通过控制模块控制驱动模块和电源 模块工作； 所述中间层包括音频模块、 感知模块、 通信模块和安全模块， 为小车的音频、 感知、 通信 和安全的智能应用提供支撑； 所述决策层包括决 策模块和交互模块， 用于执行小车的自主决策、 多车协同和人工指令； 本系统通过对安全模块进 行设计， 开发具备多车安全协同能力的智能小车 系统， 能够实现身份认 证、 密钥协商、 信息传输 保 密和防欺诈等安全防护 能力， 具有协 同能力强、 安全性能好的特点。 权利要求书2页 说明书11页 附图5页 CN 114710763 A 2022.07.05 CN 114710763 A 1.一种具有安全协同能力的智能小车系统， 其特征在于： 自下而上依次包括运动层、 中 间层和决策层； 所述运动层包括驱动模块、 电源模块和控制模块， 通过控制模块控制驱动模块和电源 模块工作； 所述中间层包括音频模块、 感知模块、 通信模块和安全模块， 为小车的音频、 感知、 通信 和安全的智能应用提供支撑； 所述决策层包括决策模块和 交互模块， 用于执行小车的自主决策、 多车协同和人工指 令。 2.根据权利要求1所述的一种具有安全协同能力的智能小车系统， 其特征在于： 所述的 感知模块的硬件部分主 要包括摄 像头和红外传感器， 其中 所述红外传感器安装在车头左右， 为小车 行进提供基本的避障功能； 所述摄像头用于接收本地指令， 对摄像头拍摄的图像帧经过压缩后， 根据需要调用二 维码解析、 人脸识别、 物体识别图像处理组件， 解析处理后的信息将作为其他功能模块的输 入。 3.根据权利要求2所述的一种具有安全协同能力的智能小车系统， 其特征在于： 所述的 摄像头的人脸识别过程包括 Step1.首先从摄像头读取 图像帧， 利用OpenCV库将图片处理成灰度图并裁剪， 再调用 OpenCV里的CascadeClassifier用已经训练好的分类器匹配该图像， 然后把识别出的人脸 轮廓标记 矩形框； Step2.在此基础上， 判断人脸的相对位置， 调整摄像头云台使人脸保持在图像中央， 实 现人脸追踪； Step3.依照此 方法， 加载别的物品分类 器， 实现各种类型的物品识别和追踪。 4.根据权利要求1所述的一种具有安全协同能力的智能小车系统， 其特征在于： 所述的 通信模块使用W iFi和蓝牙通信， 其 通讯过程包括 Step1.小车开机先连接设定好的WiFi热点进入局域网， 再主动向预置为 “认证服务器 ” 的小车发起连接请求， 认证通过后获取当前在线的小车列表； Step2.有通信需求的小车之间通过握手认证建立一对一信道， 通信结束后再通过挥手 断开连接； Step3.如果作为 “认证服务器”的小车下线， 将由较早加入通信的另一小车接替； 其中在上述信息传递过程中， 较短的指令类数据采用UDP传输， 接收方用UDP反馈， 长数 据和文件的传输使用TCP传输 。 5.根据权利要求1所述的一种具有安全协同能力的智能小车系统， 其特征在于： 所述的 安全模块内嵌设有密钥协商协议， 所述密钥协商协议用于两个实体建立通信前 的握手， 协 议双方通过发消息 完成双向身份认证、 会话密钥协商和时间同步。 6.根据权利要求5所述的一种具有安全协同能力的智能小车系统， 其特征在于： 所述的 密钥协商协议的秘钥协商过程包括 在密钥协商协议中， 设合法的智能小车均共享认证密钥v， 小车A向小车B发起握手， 约 定Ek(X)表示用密钥k加密X， TA表示A的时间戳， 依此类 推， 详细的密钥协商过程 为： Step1.A生成安全的大素数p和Z*p上的另一素数g， 生成Z*p上的随机数x， 并计算X＝gx 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114710763 A 2modp； A将自己的名字以及使用认证密钥v加密的p、 g、 X和本地时间戳TA发送给B； 其中， 素数p为安全素数， 即要求(p ‑1)/2也是素数； 所述素数g能够生成Z*p上足够大的 子群， 所述的本地时间戳TA为Ev(p,g,X,TA)； Step2.B收到该消息后， 先使用认证密钥v解密Ev(p,g,X,TA)得到p,g,X,TA， 生成Z*p上的 随机数y， 并计算Y＝ gy mod p和k＝Xy modp， k即为A和B本次会话的临时密钥； B将自己的名 字、 使用认证密钥v加密的Y和本 地时间戳TB、 使用会话密钥k加密的X发送给A； 记录ΔA＝TA‑ TB作为双方时间差； 其中， 所述本地时间戳TB为Ev(Y,TB)， 使用会话密钥k加密的X为Ek(X)； Step3.A收到后， 使用认证密钥v解密Ev(Y,TB)得到Y,TB， 计算会话密钥k＝Yx modp， 使用 k解密Ek(X)得到X ’， 记录ΔB＝TB‑TA作为双方时间差； A向B发送自己的名字和使用会话密钥 k加密的Y； 其中， 所述使用会话密钥k加密的Y为Ek(Y)； Step4.B收到后， 使用会话密钥k解密Ek(Y)得到Y ’， 如果Y’与Y相同， 则说明A已正确计算 出同一会话密钥k， 协商成功， 否则报告协商失败。 7.根据权利要求6所述的一种具有安全协同能力的智能小车系统， 其特征在于： 在步骤 Step2中， 若收到该消息后， 使用认证密钥v解密Ev(p,g,X,TA)不能得到p,g,X,TA时， 说明双 方认证密钥不同， 报告协商失败。 8.根据权利要求6所述的一种具有安全协同能力的智能小车系统， 其特征在于： 在步骤 Step3中， 在A收到后， 使用认证密钥v解密Ev(Y,TB)得到Y,TB， 计算会话密钥k＝Yx modp， 使 用k解密Ek(X)得到X ’后， 如果X ’与此前发送的X相同， 则说明B持有正确的认证密钥v， 并正 确生成了会话密钥k， 如果X ’与X不同则报告协商失败。 9.根据权利要求1所述的一种具有安全协同能力的智能小车系统， 其特征在于： 所述的 决策模块包括单 车决策单元和多车协同决单 元， 其中 所述单车决策单元通过感知模块提供的数据， 判断自身状态和周围环境， 实现按路线 行进、 避障； 所述多车协同单元收集汇总各小车提供的信息， 接收人的指令或依据具体任务， 规划 出达成目标的相对 优化方案， 再将细化的指令下达给 各小车， 依靠多车协作共同完成任务。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114710763 A 3