[发明专利]一种通信系统中功率及干扰无人机轨迹的鲁棒优化方法

说明书

一种通信系统中功率及干扰无人机轨迹的鲁棒优化方法，属于无线通信技术领域。该方法建立了一种含有人工干扰无人机的安全通信网络模型，信源节点S向信宿节点D发送保密信息，同时存在窃听节点E窃听该保密信息，无人机U在飞行过程中作为人工干扰源向窃听用户发送干扰信号来阻止窃听以提高系统的安全通信速率。同时，该通信模型中含有多个禁飞区J，系统只能获得窃听节点的部分位置信息，该方法可以在不完整CSI(信道状态信息)的情况下对该安全通信系统进行鲁棒优化，并且在无人机飞行过程中绕开特定的区域，更贴近于实际应用场合。

技术领域

本发明涉及一种通信系统中功率及干扰无人机轨迹的鲁棒优化方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

在无线通信系统中，由于电磁波的基本物理特性导致非法用户可以直接从空中接口中窃听合法用户的保密信息。在现代社会日益信息化的今天，无线通信应用于各行各业，如何进行安全通信成为一个非常大的课题。

传统的安全通信是基于密码学原理，将保密信息通过各种加密算法加密后再在空中接口上发送出去。非法窃听者虽然可以获得保密信息，但是无法进行解密，这样就保证了通信的安全性。但是这种安全通信是建立在一定的计算复杂度的基础上的，随着科技的日益发展，我们计算机的计算能力成倍的增加，以往一些设计比较薄弱的加密算法在非法窃听者强大的计算能力下已经失效，而且可以预见的是，随着社会的发展科技的进步，会有越来越多的加密算法会被证明是不安全的。

科学家维纳在香农的理论基础上提出了信道安全容量的概念，它不基于密码学原理，而是通过合理的分配通信系统的通信资源使得非法窃听者的信道质量要远远差于合法接收者。在这种通信场景下，往往通过载波分配等等手段来提高系统的信道安全容量。其中一种手段便是使用人工干扰去干扰非法窃听者，使得非法窃听者的信噪比要远差于合法用户。

最近许多文献研究了基于人工干扰无人机的安全通信系统优化算法，他们大多数都是在获知窃听者完整CSI信道状态信息下的优化算法。其中有一部分工作虽然考虑了部分信道状态信息下的优化算法，但是其信源一般也是无人机，默认所有链路服从视距通信，并且没有考虑实际中普遍存在的禁飞区等情况。“Cooperative Jamming for Secure UAVCommunications With Partial Eavesdropper Information”【IEEE Access.PP.1-1.10.1109/ACCESS.2019.2926741.】一文中研究了信源无人机与干扰无人机联合优化的算法，但是其信源特定于无人机，在现有的通信系统中很难进行实际应用，并且它没有考虑存在禁飞区的情况。目前查阅到的资料中并没有有关于存在禁飞区的干扰无人机轨迹和功率优化的算法。

发明内容

为了弥补现有技术存在的不足，本发明提供了一种通信系统中功率及干扰无人机轨迹的鲁棒优化方法，该方法可以在只获得部分CSI信道状态信息的情况下进行优化，同时考虑的禁飞区存在的情况，更贴近于方案的实现。

本发明的技术方案如下：

一种通信系统中功率及干扰无人机轨迹的鲁棒优化方法，由含有人工干扰无人机的安全通信系统来实现：该系统主要包括信源节点S、信宿节点D、窃听节点E和人工干扰无人机U,同时包含多个禁飞区J，该系统中窃听者属于被动窃听者，系统无法获得其准确的信道状态信息，但能通过安装在无人机U上的SAR合成孔径雷达或是摄像头设备获得窃听者的大致位置信息，通过该位置信息，系统能获得窃听链路的部分信道状态信息，干扰无人机有固定的起飞点和降落点，分别表示为q₀和q_F，无人机以固定高度进行飞行，在有限的时间T内要从起点飞至终点，通过优化无人机飞行过程中的干扰功率、飞行轨迹以及信源节点的信息发射功率来最大化安全通信系统的平均安全通信速率，该方法的具体步骤如下：

1)建立坐标系，确定各节点的坐标：