[发明专利]一种功率和三维轨迹联合优化的无人机协作通信方法

说明书

本发明提供一种功率和三维轨迹联合优化的无人机协作通信方法，包括：搭建无人机对地通信系统，无人机对地通信系统包括无人机B、无人机J、地面用户和窃听者，无人机B发送信息给地面用户，无人机J发送干扰信号给地面的窃听者；利用离散化的时隙分别定义无人机B、无人机J、地面用户和窃听者在三维笛卡尔坐标上的坐标；确定优化问题的目标函数(P1)，通过在所有时间段内对无人机B和无人机J的轨迹和功率进行联合优化，使最小平均安全传输速率最大化；对目标函数(P1)进行求解，得到最优解。本发明联合优化了无人机J和无人机B的轨迹和发射功率，最大化所有地面用户的平均安全传输速率，大大提高无人机通信系统的物理层安全性。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种功率和三维轨迹联合优化的无人机协作通信方法。

背景技术

随着无人机(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)通信技术的快速发展，无人机可以作为一个空中基站为地面用户提供服务，解决了传统固定基站不能在短时间内快速灵活进行部署的问题，有效缩减固定通信设备需要的成本。无人机的机动性给通信网络设计带来了新的自由度，可以适用于多变的场景，但是无人机与地面用户通信系统通过建立视距链路进行无线信息传输，无线信道的开放性使得无人机通信系统更容易受到窃听的威胁，为无人机通信的安全传输等问题带来了严峻的挑战。且由于无人机的可移动性，当其与其他通信设备之间进行通信时，无人机的飞行轨迹也会直接影响两者之间的信道状态，因此，无人机的轨迹优化问题在无人机网络中至关重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种功率和三维轨迹联合优化的无人机协作通信方法，提高无人机通信系统的物理层安全性。

本发明是这样实现的：一种功率和三维轨迹联合优化的无人机协作通信方法，包括：

步骤1、搭建无人机对地通信系统，所述无人机对地通信系统包括无人机B、无人机J、地面用户和窃听者，所述无人机B发送信息给地面用户，所述无人机J发送干扰信号给地面的窃听者，用D_m表示第m个地面用户，用E_k表示第k个窃听者，用T表示无人机整个飞行周期，将T离散化，等分为N个通信时隙δ_t，即T＝Nδ_t；

步骤2、利用离散化的时隙分别定义无人机、地面用户和窃听者的三维坐标，所述无人机的三维坐标表示为：所述M个地面用户在三维笛卡尔坐标上坐标表示为将K个地面窃听者在三维笛卡尔坐标上坐标表示为

步骤3、定义确定优化问题的目标函数(P1)，通过在所有时间段内对无人机B和无人机J的轨迹和功率进行联合优化，使最小平均安全传输速率最大化，所述目标函数(P1)表示为：

s.t.

0≤P_J[n]≤P_J，max

其中，表示第n个时隙无人机B到地面用户D_m的传输速率，表示第n个时隙无人机B到地面窃听者Ek的传输速率，L表示无人机在每个时隙的最大飞行距离，表示无人机B在第n个时隙向第m个用户发送的功率，P_J[n]表示无人机J在第n个时隙的发射功率，P_B，max表示无人机B发送功率的峰值，P_J，max表示无人机J发送功率的峰值，表示无人机B和无人机J之间的最小安全距离，表示无人机B在所有时隙的三维坐标点集合，表示无人机J在所有时隙的三维坐标点集合，表示无人机B在所有时隙的发送功率集合，表示无人机J在所有时隙的发送功率集合；

步骤4、对目标函数(P1)进行求解，得到最优的最小平均安全传输速率。

进一步的，所述的计算公式为：