[发明专利]一种低复杂度的天地协同通信网络无人机部署方法

说明书

本发明涉及一种低复杂度的天地协同通信网络无人机部署方法，属于无人机通信部署技术领域，包括以下步骤：S1：地面多用户向无人机，发送数据至无人机节点，同时无人机发送干扰信号至窃听节点，保证地面用户到无人机数据的安全传输；S2：无人机将收集到的信息传输给卫星，利用无人机发送人工噪声对窃听者进行压制；S3：对整个系统优化问题建模，并对原问题进行求解，为天地协同通信网络无人机部署方案提供可行方案。本发明方法充分利用已有的信道状态信息，考虑到无人机的空间位置、发射功率限制，优化了无人机传输方案，过程简单，具有低复杂度，实用性高。

技术领域

本发明属于无人机通信部署技术领域，涉及一种低复杂度的天地协同通信网络无人机部署方法。

背景技术

近年来，随着计算机技术及工业化的不断发展，轻量化通信设备也呈现爆发式增长，而现有通信系统的服务能力有限，如何解决偏远地区海量用户的通信问题给现有通信系统带来的较大的挑战。为了有效服务地面用户(节点)，研究人员提出在偏远地区，利用低成本、高机动、高可控的无人机替代高昂的基础设施，将其作为通信中继为地面用户提供通信接入和数据传输服务。即地面用户传输信号至无人机，无人机再同时转发接收到的信号至卫星，最终形成空天协同通信网络，为偏远地区用户提供通信服务。在天地协同通信网络中，无人机的三维(3D)空间位置部署、功率分配均会影响网络的传输性能，如何设计无人机空间部署方案设计至关重要。考虑到无人机3D部署问题是一个NP-hard问题，仅能通过全维空间穷搜索的方法来获取最优解，这对于算力受限的轻小型无人机带来了巨大挑战，再加上需要面临的无人机功率分配、数据安全传输问题，使得原问题异常复杂。综上所述，如何设计低复杂度的天地协同通信网络下无人机安全传输方案十分关键。

目前，针对天地协同通信网络的多层网络研究较少，低复杂度天地协同通信网络安全传输方案更是一个新的领域，也是空天地一体化通信网络中的一大研究热点。其中，安全传输考虑到偏远地区基础设施有限，难以支撑传统的基于中心化的密钥分发加密系统，主要采用物理层安全的方法。无人机3D定位方法目前多采用次序优化的方法，即依次优化未知参数，在不断的循环迭代中，逼近最优的参数解。

物理层安全的关键设计目标是以一种轻量化的手段最大限度地提高所谓的保密率，即无线信道的通信速率，前提是窃听者不能从该信道窃取任何信息。现有技术公开了一种优化无人机高度的分析方法，为地面用户提供最大覆盖。相反，通过固定高度，对无人机的水平位置进行了优化，以最小化所需的无人机的数量，以覆盖给定的地面用户组。在三维空间中，现有技术公开了一种基于无人机的小区布局优化问题，以最大化可覆盖的用户数量。除了无人机布局优化，利用无人机的高机动性在移动无人机使能的无线网络有望挖掘无人机-地面通信的全部潜力。在另一现有技术中，还公开了对移动中继系统和点对点节能系统的无人机轨迹优化进行了深入研究，其中采用次序凸优化技术解决了其中的非凸轨迹优化问题。现有技术虽然为二维空间的航迹优化提供了一个通用的框架，但只针对单无人机和单地面用户的设置进行了研究。

对于现有的无人机安全通信方案而言，考虑的场景较为简单，多是直接考虑无人机与地面间的传输方案设计，多层网络间的限制因素考虑不够全面，对实际应用场景的考虑有所欠缺，难以直接应用。在未来天地协同网络中具体应用时，需综合考虑不同类型移动节点运行模式及特点，结合移动节点可传输速率、动态特性，设计节点部署优化方案，最大化节点所服务用户通信安全速率，而目前很少有针对天地协同通信网络设计低复杂度的安全的无人机部署及信号传输方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低复杂度的天地协同通信网络无人机部署方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种低复杂度的天地协同通信网络无人机部署方法，包括以下步骤：

S1：地面多用户向无人机，发送数据至无人机节点，同时无人机发送干扰信号至窃听节点，保证地面用户到无人机数据的安全传输；