[发明专利]基于保密容量最大化准则的中继无人机航迹规划方法

摘要

一种基于保密容量最大化准则的中继无人机航迹规划方法：在t时刻，源节点利用无人机中继节点将信号以功率传输至目的节点，源节点向目的节点传输的信号分为第一时隙和第二时隙，在无人机中继节点将信号传输至目的节点过程中，窃听节点也接收来自无人机中继节点发送的信号；求t时刻无人机中继节点与目的节点链路和无人机中继节点与窃听节点链路的信道容量；求t时刻无人机中继保密通信系统的保密容量，将无人机中继保密通信系统的保密容量定义为无人机中继节点将信息安全传输至目的节点，且窃听节点无法获取任何有用信息时的最大信息传输速率；基于保密容量最大化准则对无人机中继航迹进行优化。本发明使窃听节点无法获取有用信息的效果。

主权项

1.一种基于保密容量最大化准则的中继无人机航迹规划方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在t时刻，源节点(AP)利用无人机中继节点(UAV)将信号以功率P₁传输至目的节点(BS)，源节点(AP)向目的节点(BS)传输的信号分为第一时隙和第二时隙，在无人机中继节点(UAV)将信号传输至目的节点(BS)过程中，窃听节点(EVE)也接收来自无人机中继节点(UAV)发送的信号；2)求t时刻无人机中继节点(UAV)与目的节点(BS)链路和无人机中继节点(UAV)与窃听节点(EVE)链路的信道容量；3)求t时刻无人机中继保密通信系统的保密容量，将无人机中继保密通信系统的保密容量定义为无人机中继节点(UAV)将信息安全传输至目的节点(BS)，且窃听节点(EVE)无法获取任何有用信息时的最大信息传输速率；包括：将t时刻无人机中继保密通信系统的保密容量数值表达式定义成无人机中继节点(UAV)与目的节点(BS)链路及无人机中继节点(UAV)与窃听节点(EVE)链路信道容量之差，则保密容量C_S表示为C_S＝[C_2,t‑C_3,t]⁺       (11)其中，C_2,t表示无人机中继节点(UAV)与目的节点(BS)链路的信道容量；C_3,t表示无人机中继节点(UAV)与窃听节点(EVE)链路的信道容量；由上式得到：无人机中继保密通信系统的保密容量C_S由无人机中继节点(UAV)与目的节点(BS)之间及无人机中继节点(UAV)与窃听节点(EVE)之间的距离及相应信道的小尺度衰落系数联合确定；假设t时刻，源节点(AP)、目的节点(BS)、窃听节点(EVE)与无人机中继节点(UAV)的三维位置坐标分别为(x_1,t,y_1,t,0)，(x_2,t,y_2,t,0)，(x_3,t,y_3,t,0)，(x_t,y_t,h)，则源节点(AP)与无人机中继节点(UAV)，无人机中继节点(UAV)与目的节点(BS)，以及无人机中继节点(UAV)与窃听节点(EVE)的距离为进一步假设无人机以恒定速度v飞行，则t时刻无人机中继节点(UAV)的位置根据无人机中继节点(UAV)在t‑Δt时刻的坐标、飞行速度与航向角利用以下方程获得：x_t＝x_t‑Δt+vΔtcosδ_t       (13a)y_t＝y_t‑Δt+vΔtsinδ_t       (13b)其中，δ_t表示t时刻无人机中继节点(UAV)的航向角，满足δ_t‑Δt‑δ_max≤δ_t≤δ_t‑Δt+δ_max，其中δ_max表示无人机中继节点(UAV)的最大航向角；δ_t‑Δt表示t‑Δt时刻无人机中继节点(UAV)的航向角；Δt表示无人机中继节点(UAV)位置更新的时间间隔；进一步得到系统保密容量C_S的表达式为其中其中，P₁表示源节点(AP)的发射功率；P₂表示无人机中继节点(UAV)的转发信号功率；表示无人机中继节点(UAV)收到的复高斯白噪声的方差；表示目的节点(BS)接收的复高斯白噪声信号的方差；表示窃听节点(EVE)接收的复高斯白噪声信号的方差；k_1,t表示t时刻源节点(AP)与无人机中继节点(UAV)链路信道的小尺度衰落系数，建模为均值为零、方差为1的复高斯随机变量；k_2,t表示t时刻无人机中继节点(UAV)与目的节点(BS)链路信道的小尺度衰落系数，建模为均值为零、方差为1的复高斯随机变量；k_3,t表示t时刻无人机中继节点(UAV)与窃听节点(EVE)链路的小尺度衰落系数，建模为均值为零、方差为1的复高斯随机变量；由系统保密容量表达式表明：系统保密容量C_S是关于无人机中继节点(UAV)航向角δ_t的函数；4)基于保密容量最大化准则对无人机中继航迹进行优化。