[發明專利]無人機通信中的抗干擾模型及斯坦伯格博弈次梯度算法

在審

• 申請號: 201711477539.6
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108092729A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 任國春;陳瑾;徐逸凡;徐煜華;陳學強;楊旸;賈錄良;孔利君
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: H04B17/391
• 分類號: H04B17/391;H04B17/309;H04B17/345
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發明公開了一種無人機通信中的抗干擾模型及斯坦伯格博弈次梯度算法。模型為：在無人機群通信過程中，一個干擾機對用戶通信實施干擾，無人機群內部也存在互干擾，干擾機與無人機群通過調整各自的傳輸功率以達到最大效用。算法為：首先構建斯坦伯格博弈模型，博弈領導者為干擾機，博弈跟隨者為無人機用戶。無人機用戶進行通信，智能干擾機根據無人機用戶的傳輸功率，將其自身傳輸功率調整至最優，接著無人機用戶根據智能干擾機的傳輸功率，將各自的傳輸功率調整為最優；循環交替進行功率調整，直至無人機用戶和智能干擾機均收斂至最優傳輸功率。本發明模型完備，物理意義清晰，能夠更好地刻畫無人機通信中的抗干擾場景。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種無人機通信中的抗干擾模型及斯坦伯格博弈次梯度算法。

背景技術

隨著無人機技術的大規模發展應用，無人機通信領域的抗干擾問題變得日益嚴峻，但以往的抗干擾研究很少涉及無人機通信領域。在傳統的功率控制抗干擾研究中，E.Altman等人首先在抗干擾功率傳輸問題中考慮傳輸代價。(參考文獻：E.Altman,K.Avrachenkov,and A.Garnaev,“A jamming game in wireless networks withtransmission cost,”in Proc.NET-COOP 2007,(Avignon),pp.1-12,Jun.2007)。考慮到抗干擾問題中存在明顯的分層特性，研究者通常用斯坦伯格博弈模型來描述此類用戶和干擾的功率調整策略問題。在斯坦伯格博弈模型中，用戶作為領導者通常最先調整策略；在感知到用戶調整策略后，干擾作為追隨者會隨后對其干擾策略進行相應調整。用戶和干擾的目的都是調整到最優策略，使各自的效用函數達到最大值。(參考文獻：Dang,J.Zhang,X.Fang,et al.,“Optimal transmission powercontrolin the presence of a smartjammer,”in Proc.Globecom 2012.,(Anaheim),pp.5506-5511,Dec.2012.)

然而，上述提到的研究中都沒有考慮互干擾的存在，而在實際的無人機通信場景中，用戶之間互干擾的存在是一個不容忽視的因素。此外，多用戶之間的耦合問題也沒有得到解決。因此，以往忽略互擾的抗干擾功率控制問題的模型是不夠準確的。當多個用戶在同一信道上進行傳輸時，如果用戶間的通信距離在同一個數量級上，這種互干擾就會對通信造成不小的影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種更加符合實際的無人機通信網絡場景中的抗干擾傳輸模型，以及求解最優抗干擾策略的基于斯坦伯格博弈的次梯度算法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種無人機通信中的抗干擾模型，將無人機通信網絡中的所有的無人機，劃分為發送‐接收對，每一組發送‐接收對視為一個無人機用戶；無人機通信網絡中存在的智能干擾機能夠根據無人機用戶的傳輸功率主動調整干擾功率，從而最大化干擾效用；智能干擾機的干擾效果與其傳輸功率、信道增益有關；無人機用戶與無人機用戶之間存在互干擾，互干擾的大小與互干擾系數和傳輸功率有關。

一種基于所述的無人機通信中的抗干擾模型的斯坦伯格博弈次梯度算法，包括以下步驟：

步驟1，將無人機通信的抗干擾問題，建模為斯坦伯格博弈模型，博弈的參與者是無人機通信網絡中的無人機用戶和智能干擾機；

步驟2，無人機用戶以一定功率進行通信；智能干擾機偵測到無人機用戶的通信后，計算在當前無人機用戶傳輸功率下，其自身效用函數的最大值，并將此時的傳輸功率，作為干擾機最優傳輸功率；

步驟3，無人機用戶群內用戶偵測到智能干擾機的干擾后，各無人機用戶根據感知到的智能干擾機功率及其他無人機用戶傳輸功率，調整各自的傳輸功率，使無人機用戶效用值最大，此時對應的無人機用戶傳輸功率為當前無人機用戶的最優傳輸功率；