[发明专利]基于保密容量最大化准则的中继无人机航迹规划方法

说明书

一种基于保密容量最大化准则的中继无人机航迹规划方法：在t时刻，源节点利用无人机中继节点将信号以功率传输至目的节点，源节点向目的节点传输的信号分为第一时隙和第二时隙，在无人机中继节点将信号传输至目的节点过程中，窃听节点也接收来自无人机中继节点发送的信号；求t时刻无人机中继节点与目的节点链路和无人机中继节点与窃听节点链路的信道容量；求t时刻无人机中继保密通信系统的保密容量，将无人机中继保密通信系统的保密容量定义为无人机中继节点将信息安全传输至目的节点，且窃听节点无法获取任何有用信息时的最大信息传输速率；基于保密容量最大化准则对无人机中继航迹进行优化。本发明使窃听节点无法获取有用信息的效果。

技术领域

本发明涉及一种无人机。特别是涉及一种基于保密容量最大化准则的中继无人机航迹规划方法。

背景技术

无人机中继通信是实现远距离无线通信的一种重要技术手段，相对于固定中继通信，无人机中继通信具有通信距离远、部署方便、中继位置灵活可控、系统构建迅捷、维护成本低廉等诸多优点，因此无人机中继通信系统在军用与民用的无线通信系统领域获得广泛的应用^[1-3]。与此同时，由于无人机中继节点的高速移动、中继节点能量受限及工作环境复杂，无人机中继通信也产生了一系列新技术问题^[4-7]，传统无人机中继方法没有考虑窃听节点存在的情况。例如，低空无人机通信系统传播环境复杂、无人机中继节点的航迹规划、无人机中继网络的拓扑结构快速变化等，因此针对无人机中继存在的特殊问题，开展中继无人机航迹规划的方法研究具有重要意义。

无人机中继通信系统航迹规划方法的相关研究主要包括：多址接入信道下中继无人机航迹规划[14-15]，广播信道下中继无人机航迹规划[16]，点对点无人机中继通信系统航迹规划 [18-19]。

针对多址接入信道的中继无人机航迹规划问题，文献[14]基于用户节点至无人机中继节点链路平均和速率最大化准则及用户最小速率最大化准则提出两种无人机航迹规划方法；针对同样问题，文献[15]基于各态历经归一化传输速率最大化的准则给出无人机航迹规划方法。

针对广播信道的中继无人机航迹优化问题，文献[16]基于用户节点～无人机～基站链路中断概率最小化准则提出了一种无人机最佳中继位置优化方法。

针对点对点无人机中继通信航迹规划问题，文献[18]提出基于发射波束成形与接收波束成形的无人机中继传输方法，并基于系统输出信噪比最大化准则给出无人机航迹规划方法；文献[19]提出一种基于空时分组编码的无人机中继通信传输方法，并基于系统遍历容量最大化准则给出中继无人机航迹规划方法。

为提高无人机中继通信系统的物理层传输的安全性，文献[23]基于保密容量最大化准则提出了无人机中继节点功率分配方法，研究表明通过无人机中继节点的功率分配可提高系统的安全性，然而论文没有考虑无人机航迹规划问题；针对同样的问题，文献[24]基于保密中断概率最小化准则提出了无人机中继节点选择方法，研究显示通过无人机中继节点的选择提高系统的安全性，但该文献没有考虑中继无人机运动对系统安全性的影响。

多址信道、广播信道及点对点条件下无人机中继通信系统的航迹规划方法有效提高系统性能，但这些方法存在一个方面的问题，中继无人机的航迹规划没有考虑窃听节点存在的情况，即无人机中继节点转发来自源节点的信息时，窃听节点也接收转发的信息并进行窃听。

基于保密容量最大化准则的无人机中继通信系统的功率分配方法明显提高系统安全性能，但该方法存在一个方面的问题，系统没有考虑中继无人机的航迹规划问题。

基于保密中断概率最小化准则的无人机中继通信系统的中继节点选择法明显提高系统保密性能，但该方法存在一个方面的问题，通信系统没有考虑移动无人机对物理层传输安全性的影响。

发明内容