[发明专利]一种无人机和智能反射面相结合的隐蔽通信方法

说明书

本发明提供一种无人机和智能反射面相结合的隐蔽通信方法，属于无线通信网络领域。该方法具体是指在窃听者的确切位置未知的情况下，信源和信宿之间传输隐蔽信息，并确定其最小错误检测概率以及其检测功率最佳门限值，在此种对信源以及信宿双方来说最大概率被发现的情况下，在满足隐蔽约束的条件下，通过采取联合优化信源发送功率、无人机和智能反射面的水平位置以及智能反射面相移的方法，从而实现最大化隐蔽传输速率。本发明为如何实现隐蔽通信的安全传输并且为最大化传输隐蔽速率给出了参考取值方法。

技术领域

本发明属于无线通信网络用户信息安全技术领域，涉及一种无人机和智能反射面相结合来对抗恶意窃听者的主动监听的策略，具体是指在窃听者的确切位置未知的情况下，信源和信宿之间传输隐蔽信息，其通过采取联合优化信源发送功率、无人机和智能反射面的水平位置以及智能反射面相移的方法，从而实现最大化隐蔽传输速率。

背景技术

随着航空技术的逐步进步，无人机(Unmanned Aerial Vehicles,UAV)的使用范围逐渐扩大到人类难以直接执行任务的危险环境，包括灾难救援、监视、数据收集等。受益于较高的飞行高度，无人机可以为空地通信建立视距信道，与传统的非视距信道的地面通信相比，性能有了明显的提高。凭借灵活的部署和高机动性，无人机辅助的空地网络可以按需部署，为断开的设备提供无线连接，特别是在没有通信基础设施的地区和紧急情况下。利用无人机辅助无线网络，覆盖范围和连接性可以得到显著改善。然而，空地通信的高质量视距信道导致机密信息被窃听或攻击的可能性增大。因此，在无人机通信系统的安全性至关重要。

由于无线信道的不可预测特性，加密技术在面对具有智能反加密能力和强大计算能力的对手时也会失败，而物理层安全无法保证被窃听的信息量。在未来的无线网络中，如军事应用和国家事件等突发情况中，通常要求更高的安全级别，避免窃听的可能性，屏蔽无线传输的存在。在这种情况下，加密和物理层安全的方法无法奏效。因此，越来越多的研究致力于解决无线通信的安全问题。新兴的隐蔽通信是一种吸引人的技术，可以将信息传输隐藏起来，避免被监听者发现，这为各种安全敏感的关键应用提供了强有力的安全保护。对于无线系统的隐蔽性分析，Bash等人在加性白高斯噪声信道中创立了平方根定律。此后，针对无线通信隐蔽性能的研究日益增加。

尽管无人机辅助的隐蔽网络有很多优点，但仍然存在一些挑战。其中一个关键问题是，无人机和地面用户之间的视线(LoS)链接容易受到阻挡，导致性能下降。为了解决这个问题，智能反射面(IRS)作为一个强大的工具出现，开始在无线通信中得到广泛应用。智能反射面可以通过一些反射元件智能地调整入射信号，从而增强传输信号。智能反射面的显著优势是重新配置传播环境，这可以为收发器提供更好的兼容性。将智能反射面和无人机结合起来优势明显。一方面，当无人机与地面用户之间的无线信道受阻时，智能反射面可以协助无人机建立新的信道，以提高通信质量，扩大空地覆盖。另一方面，与固定位置的智能反射面相比，无人机和智能反射面的组合具有更好的灵活性，可以在空中实现全角反射，进一步扩大无线传输的范围。此外，智能反射面所需功率低，其与无人机的结合可以进一步节省能源消耗。

为了进一步保证隐私和安全，对无人机和智能反射面相结合的隐蔽通信进行研究势在必行。本发明提出一种无人机和智能反射面相结合的隐蔽通信方法，在窃听者位置不确定的条件下实现隐蔽传输速率最大化的目的，具体方案如示意图1所示。与现有工作不同的是，我们使用无人机和智能反射面作为中继，通信系统中的不确定性是由窃听者的背景噪声引入。通过对信源的发送功率P_a、无人机和智能反射面的位置以及智能反射面的相移θ_i进行优化，在满足隐蔽性约束下最大化隐蔽传输速率R。

发明内容