[发明专利]无人机通信安全的控制方法、装置、电子设备及存储介质

说明书

本申请涉及一种无人机通信安全的控制方法、装置、电子设备及存储介质，该方法基于无人机的飞行轨迹限制条件，发射功率限制条件，合法用户位置，以及非法用户位置确定第一非凸问题模型；根据最坏情况下平均保密速率函数将第一非凸问题模型转化为第二非凸问题模型；基于第二非凸问题模型确定基于当前飞行轨迹的功率子问题模型和基于当前发射功率的飞行轨迹子问题模型；基于功率子问题模型和飞行轨迹子问题模型确定无人机的目标发射功率和目标飞行轨迹。该方法考虑到无人机保密通信系统中用户位置的不确切性，通过优化无人机在给定飞行时间内的飞行轨迹和发射功率得到合法用户在最坏情况下的最大平均保密速率，如此，可以有效保障信息的安全传输。

技术领域

本申请涉及无线通信技术领域，特别涉及一种无人机通信安全的控制方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

近年来，具有移动性可控、部署灵活和成本低等优点的无人机被广泛地运用于民用和商业领域，例如灾后救援、环境监测、货物运输、电力巡检等。此外，无人机与地面用户之间建立视距(line-of-sight，LoS)通信链路的可能性极大，因此无人机可以被部署为空中无线通信平台，例如基站、中继和接入点等，以提升现有蜂窝网络的性能或为受灾地区的设备提供临时通信服务。尽管无人机存在很多吸引人的优势，LoS链路的广播特性使得传输的信息很容易被非授权的地面用户窃听，这给无人机对地通信的信息安全带来了严峻的挑战。在传统的无线通信系统中，密钥加密技术被用来保护数据的传输。然而，加密技术的计算复杂度较高，能耗较大。并且，随着计算技术的飞速发展，密钥不断地被破解。因此，密钥加密技术只能在一定程度上保护传输的机密信息，它所构建的安全性是有限的。作为传统加密技术的有效替代，物理层安全技术不依赖于密钥，从信息论的角度利用无线信道的固有特性来实现信息的安全传输。保密速率是衡量物理层安全的重要指标，它被定义为：在存在非法窃听端的情况下，从合法发送端到合法接收端能实现完全保密传输的最大速率。保密速率在数值上等于合法接收端获得的数据传输速率与非法窃听端获得的数据传输速率的差值。

现有的无人机保密通信研究充分利用了无人机的高可控移动性，通过联合设计无人机的轨迹和通信资源来最大化系统的平均保密速率。由于窃听者通常会隐藏自己的存在，故而部分研究考虑了无人机只掌握了窃听者的部分位置信息的情况。然而，现有的工作都假设无人机知道合法接收者的精确位置。实际上，获得绝对精确的位置信息是很困难的，其相应的硬件成本和能耗也是巨大的。由于全球定位系统(global positioning system,GPS)等定位技术的精度有限，无人机所掌握的合法接收者的位置是存在估计误差的，现有技术未考虑无人机保密通信系统中合法接收者位置的不确切性，因此计算的保密速率可能不是最坏情况下实际最大的保密速率。另外，现有技术的无人机轨迹规划算法大多依赖于通用解算器，例如CVX，其计算复杂度较高，耗时较长，因此有必要构建一个更高效的低复杂度算法。

发明内容

本申请实施例提供了一种无人机通信安全的控制方法、装置、电子设备及存储介质，考虑到无人机保密通信系统中用户位置的不确切性，通过联合优化无人机在给定飞行时间内的飞行轨迹和发射功率来最大化合法用户在最坏情况下的平均保密速率，如此，可以有效保障信息的安全传输。

一方面，本申请实施例提供了一种无人机通信安全的控制方法，包括：

确定无人机的最大水平飞行速度，最大峰值功率，最大平均功率，飞行时间，飞行起点位置，飞行终点位置，合法用户位置，以及非法用户位置；

基于无人机的最大水平飞行速度，最大峰值功率，最大平均功率，飞行时间，飞行起点位置，飞行终点位置，合法用户位置，以及非法用户位置确定第一非凸问题模型；

根据最坏情况下平均保密速率函数将第一非凸问题模型转化为第二非凸问题模型；

基于第二非凸问题模型确定基于当前飞行轨迹的功率子问题模型和基于当前发射功率的飞行轨迹子问题模型；

基于功率子问题模型和飞行轨迹子问题模型确定无人机的目标发射功率和目标飞行轨迹。