[发明专利]无线充电的无人机模型及其优化方法、系统和计算机介质

说明书

本发明公开了无线充电的无人机模型及其优化方法、系统和计算机介质，涉及物理层安全传输领域，解决了系统安全信息容量较低的问题。本发明包括数据传输阶段包括无人机对节点传输数据，无人机对节点传输数据包括无人机对接收节点传输数据和无人机对窃听节点传输数据，所述模型依据无人机在时隙内接收到的信息通过两个通道传输数据至窃听节点与接收节点，所述模型计算得到节点在所述时隙内接收数据的瞬时信噪比和信息总量。本发明能够有效提高系统安全信息容量。

技术领域

本发明涉及物理层安全传输领域，具体涉及无线充电的无人机模型及其优化方法、系统和计算机介质。

背景技术

无人机由于其机动灵活的特点而被广泛部署在空中充当移动通信设备，它有助于进一步提升5G通信网络的通信速率和网络容量。然而，无人机的无线信道的广播特性又给无人机系统的安全性带来严峻的挑战，窃听是一个亟待解决的问题。物理层安全传输技术作为传统的防窃听手段的补充，受到了学术界和工业界的广泛关注。由于无人机体积小，携带的电池容量十分有限，因此能量供应一直是制约无人机大规模应用的关键问题。为了解决此问题，利用充电电源对无人机进行无线能量传输的方法逐渐受到重视。因此，研究基于可充电无人机的保密通信系统中的物理层安全问题，通过联合优化无线能量传输时间、数据传输时间、无人机的飞行轨迹和传输功率来提高无人机通信系统的安全信息容量，进而提升系统的保密性能。

为了最大化系统安全信息容量，文献[1]通过优化无人机的空间飞行轨迹来充分利用有限的能量。基于此，针对单跳无人机通信系统传输安全性及能量效率提高问题，文献[2]提出基于保密能量效率最大化准则的无人机航迹规划方法。文献[3]提出了无人机轨迹和发射功率的联合优化方案来提高系统安全信容量。此外，文献[4]推导出了合法接收节点和窃听者接收信号的信干噪比的累积分布函数，并以此函数为指导来优化无人机的空间位置和发送功率。虽然文献[1]-[4]提出了一些无人机航迹和发射功率优化方法，但是它们仅利用无人机自身的有限的能量，没有利用充电桩对无人机进行无线能量传输，导致无人机通信系统的安全信息容量较低。

在文献[5]和文献[6]中，无人机被部署在空间充当基站为用户提供数据通信服务，基于此框架作者提出了联合无人机位置、时隙、子载波等资源分配策略来提高系统安全信息容量。文献[7]提出了一种无人机充电时长、无人机空间位置和发射功率的联合优化策略。但是文献[5]-[7]提出的保密通信策略假设无人机在空间的位置保持不变，因此所提出的策略无法充分利用无人机机动灵活的特点而导致系统安全信息容量较低。

1.Qian Wang,et al.,“Energy-efficient trajectory planning for UAV-aided secure communication[J].中国通信,2018,15(05):51-60.

2.方晓钰.无人机中继保密通信系统航迹规划方法研究[D].中国民航大学,2019.

3.M.T.Mamaghani and Y.Hong,“Improving PHY-security of UAV-enabledtransmission with wireless energy harvesting:robust trajectory design andcommunications resource allocation,”IEEE Transactions on VehicularTechnology,vol.69,no.8,pp.8586-8600,Aug.2020.

4.H.Lei,et al.,“Safeguarding UAV IoT communication systems againstrandomly located eavesdroppers,”IEEE Internet of Things Journal,vol.7,no.2,pp.1230-1244,Feb.2020.