[發明專利]無線充電的無人機模型及其優化方法、系統和計算機介質

有效

• 申請號: 202110080880.8
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112904727B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 杜鵬飛;劉星;曾琦
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;H02J50/00;H02J7/00;H04B17/309;H04B17/391;H04W12/03
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 李朝虎

本發明公開了無線充電的無人機模型及其優化方法、系統和計算機介質，涉及物理層安全傳輸領域，解決了系統安全信息容量較低的問題。本發明包括數據傳輸階段包括無人機對節點傳輸數據，無人機對節點傳輸數據包括無人機對接收節點傳輸數據和無人機對竊聽節點傳輸數據，所述模型依據無人機在時隙內接收到的信息通過兩個通道傳輸數據至竊聽節點與接收節點，所述模型計算得到節點在所述時隙內接收數據的瞬時信噪比和信息總量。本發明能夠有效提高系統安全信息容量。

技術領域

本發明涉及物理層安全傳輸領域，具體涉及無線充電的無人機模型及其優化方法、系統和計算機介質。

背景技術

無人機由于其機動靈活的特點而被廣泛部署在空中充當移動通信設備，它有助于進一步提升5G通信網絡的通信速率和網絡容量。然而，無人機的無線信道的廣播特性又給無人機系統的安全性帶來嚴峻的挑戰，竊聽是一個亟待解決的問題。物理層安全傳輸技術作為傳統的防竊聽手段的補充，受到了學術界和工業界的廣泛關注。由于無人機體積小，攜帶的電池容量十分有限，因此能量供應一直是制約無人機大規模應用的關鍵問題。為了解決此問題，利用充電電源對無人機進行無線能量傳輸的方法逐漸受到重視。因此，研究基于可充電無人機的保密通信系統中的物理層安全問題，通過聯合優化無線能量傳輸時間、數據傳輸時間、無人機的飛行軌跡和傳輸功率來提高無人機通信系統的安全信息容量，進而提升系統的保密性能。

為了最大化系統安全信息容量，文獻[1]通過優化無人機的空間飛行軌跡來充分利用有限的能量。基于此，針對單跳無人機通信系統傳輸安全性及能量效率提高問題，文獻[2]提出基于保密能量效率最大化準則的無人機航跡規劃方法。文獻[3]提出了無人機軌跡和發射功率的聯合優化方案來提高系統安全信容量。此外，文獻[4]推導出了合法接收節點和竊聽者接收信號的信干噪比的累積分布函數，并以此函數為指導來優化無人機的空間位置和發送功率。雖然文獻[1]-[4]提出了一些無人機航跡和發射功率優化方法，但是它們僅利用無人機自身的有限的能量，沒有利用充電樁對無人機進行無線能量傳輸，導致無人機通信系統的安全信息容量較低。

在文獻[5]和文獻[6]中，無人機被部署在空間充當基站為用戶提供數據通信服務，基于此框架作者提出了聯合無人機位置、時隙、子載波等資源分配策略來提高系統安全信息容量。文獻[7]提出了一種無人機充電時長、無人機空間位置和發射功率的聯合優化策略。但是文獻[5]-[7]提出的保密通信策略假設無人機在空間的位置保持不變，因此所提出的策略無法充分利用無人機機動靈活的特點而導致系統安全信息容量較低。

1.Qian Wang,et al.,“Energy-efficient trajectory planning for UAV-aided secure communication[J].中國通信,2018,15(05):51-60.

2.方曉鈺.無人機中繼保密通信系統航跡規劃方法研究[D].中國民航大學,2019.

3.M.T.Mamaghani and Y.Hong,“Improving PHY-security of UAV-enabledtransmission with wireless energy harvesting:robust trajectory design andcommunications resource allocation,”IEEE Transactions on VehicularTechnology,vol.69,no.8,pp.8586-8600,Aug.2020.

4.H.Lei,et al.,“Safeguarding UAV IoT communication systems againstrandomly located eavesdroppers,”IEEE Internet of Things Journal,vol.7,no.2,pp.1230-1244,Feb.2020.