[发明专利]一种认知无人机中继辅助的安全传输方法及系统

权利要求书

1.一种认知无人机中继辅助的安全传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立全双工无人机中继的认知无线电通信系统；

建立以无人机为中继的次级发射机到次级接收机通信系统的信道模型，根据次级接收机的接收信号和窃听者截取的源信息，计算次级发射机到次级接收机传输链路的保密率；

构建以系统保密率为目标函数，设计无人机中继的发射功率，次级接收机发射的干扰功率，IT约束和无人机位置部署为约束条件的优化模型；

在无人机位置固定的条件下，遍历次级接收机和窃听者的坐标位置，利用二分搜索算法，优化干扰功率分配方案，以最大化保密率；

在最优干扰功率的条件下，使用基于深度Q网络DQN的安全传输方案得到无人机的最优部署，以最大化系统保密率，实现安全传输。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立全双工无人机中继认知无线电通信系统，是由次级发射机ST，次级接收机SR，UAV中继R，窃听者E以及主用户PT和PR组成的无人机中继认知无线电通信系统，ST向UAV中继发送信号，R将信号放大并转发到SR，同时，SR发送一个人工干扰信号迷惑窃听者。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，地面信道模型表示为：

其中h_STE和d_STE分别表示信道增益和ST到E的距离，α_x为地面传输链路的路径损耗指数，c为信号传播速度，f_c为载波频率，σ_X为阴影效应；无线信道包含视线LoS组和非视线NLoS组；得到G和R之间LoS链路的概率：

其中

z_GR＝||q_G-q_R|| G∈{ST,E,SR,PR}

其中，h为无人机悬停高度，a和b为依赖于环境的常数，q_G为地面节点坐标，q_R为无人机在水平面上的投影坐标；z_GR表示二维无人机与地面节点之间的距离；NLoS发生的概率为LoS和NLoS链路的路径损耗模型分别是：

其中，d_GR表示距离，即η_LoS和η_NLoS，α_Y和α_Z分别表示LoS和NLoS分量的平均额外损失和路径损耗指数；假设空对地信道采用概率平均路径损耗，信道从G和R的增益为：

无人机中继接收到的信号可以表示为：

其中，h_RR为自干扰链路增益；P_S、P_D、P_R分别为二次发射机、接收机和中继的发射功率；x_S、x_D和x_R分别是次级发射机、次级接收机和中继同时传输的信号；假设所有信号和噪声都是独立的，发射功率E{|x_S|²}＝1,E{|x_D|²}＝1和E{|x_R|²}＝1，其中E[·]为期望算子；n_R为无人机中继的背景噪声，为复合加性高斯白噪声AWGN，遵循均值为零且方差为的复高斯分布；

无人机中继以因子β≥0放大输入信号将r代入归一化条件，放大因子β表示为：

那么，E和SR处接收到的信号表示为：

其中，n_E和n_SR分别为窃听者和次级接收机的噪声，噪声功率为

假设完美的信道状态信息CSI是可用的；此外，重新定义了信道噪声比:

其中h_XY表示从X到Y的信道增益；另外，假设次级接收机对中继的干扰信号有先验知识，完全从接收信号中去除，E和SR处的信噪比(SINR)可以表示为：

和

其中M为

M＝P_Sα_STR+P_Rα_RR+P_Dα_SRR+1；

根据上面得到的SINRs，推导出合法传输保密率为：

R_S＝[log₂(1+Υ_SR)-log₂(1+Υ_E)]⁺；

其中，[.]⁺＝max(.,0)。