[發(fā)明專利]一種無人機輔助車隊的無線紫外光隱秘通信系統(tǒng)及方法

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• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN112910559A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙太飛;姚佳彤;姜卓秀;王景祥;白偉偉;王啟龍
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號: H04B10/40
• 分類號: H04B10/40;H04B17/391;H04W12/03;H04W12/041;H04W40/12;H04W40/22
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 劉娜

1.一種無人機輔助車隊的無線紫外光隱秘通信系統(tǒng)，其特征在于，包括通信基站，所述通信基站電性連接無人機中繼系統(tǒng)，所述無人機中繼系統(tǒng)包括通過電信號依次連接信號接收模塊、信息處理模塊a、驅(qū)動電路；所述通信基站電性連接信號接收模塊，驅(qū)動電路電性連接安裝在無人機中繼上的紫外光收發(fā)模塊；還包括安裝在戰(zhàn)地車輛上的紫外光收發(fā)模塊，所述紫外光收發(fā)模塊電性連接的光電轉(zhuǎn)換模塊，所述光電轉(zhuǎn)換模塊通過電信號依次連接信息處理模塊b、顯示模塊；所述信息處理模塊a、信息處理模塊b還分別與電源模塊連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人機輔助車隊的無線紫外光隱秘通信系統(tǒng)，其特征在于，所述紫外光收發(fā)模塊均為半球形紫外LED陣列，呈緯線和經(jīng)線排列。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無人機輔助車隊的無線紫外光隱秘通信系統(tǒng)，其特征在于，每個所述紫外LED采用的波長均為200nm～280nm。

4.一種無人機輔助車隊的無線紫外光隱秘通信方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：

步驟1，通信基站將需傳送給戰(zhàn)地車輛的指令信息通過無線電信號發(fā)送給信號接收模塊；

步驟2，信號接收模塊將接收到的加密指令信息通過無線電信號發(fā)送給信息處理模塊a進行解密；

步驟3，信息處理模塊a將解密后的指令信息發(fā)送給驅(qū)動電路，指令信息經(jīng)放大后發(fā)送給無人機中繼的紫外光收發(fā)模塊，戰(zhàn)地車輛與無人機中繼通過無線紫外光的方式進行信息的交互；

步驟4，無人機中繼與戰(zhàn)地車輛進行信息的傳輸，無人機中繼以光信號的形式向戰(zhàn)地車輛發(fā)送指令信息，戰(zhàn)地車輛將接收到的信息發(fā)送給光電轉(zhuǎn)換模塊以及信息處理模塊b對信息進行接收、轉(zhuǎn)換以及處理。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種無人機輔助車隊的無線紫外光隱秘通信方法，其特征在于，所述步驟1中，指令信息通過加密方式進行傳輸，加密方法選用RSA非對稱加密算法，具體為：通信前首先使用RSA加密算法分別生成通信基站與無人機中繼系統(tǒng)的公鑰和私鑰，將各自公鑰進行廣播，私鑰進行本地保存；通信基站使用無人機中繼的公鑰對需傳遞的指令信息進行加密處理，使用無線電的方式發(fā)送給無人機中繼的信號接收模塊。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種無人機輔助車隊的無線紫外光隱秘通信方法，其特征在于，所述步驟2中，信息處理模塊a將接收到的加密信息使用RSA算法中的本地私鑰對其進行解密。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種無人機輔助車隊的無線紫外光隱秘通信方法，其特征在于，所述步驟3中，具體為：無人機中繼與戰(zhàn)地車輛進行信息傳遞的過程中，信號在此空對地的信道模型中進行視距傳播和非視距傳播中會產(chǎn)生路徑損耗PL_LOS和PL_NLOS，如式(1)及式(2)所示：

其中：η_LOS與η_NLOS分別是視距傳播和非視距傳播下的額外損耗，c是光速，f_c是載波頻率，d是無人機中繼與戰(zhàn)地車輛的距離；由于作戰(zhàn)環(huán)境的影響，不能單一的只考慮視距通信或非視距通信鏈路，故此，對于戰(zhàn)地車輛戰(zhàn)，平均路徑損耗閾值PL如式(3)所示；

PL＝P(LOS)×PL_LOS+P(NLOS)×PL_NLOS (3)；

其中，P(LOS)、P(NLOS)分別是視距傳播和非視距傳播對應(yīng)的傳播概率，如式(4)及式(5)所示；

P(NLOS)＝1-P(LOS) (5)；

其中：a＝4.88，b＝0.43，是戰(zhàn)地車輛對無人機中繼的仰角，r是無人機中繼到地面的垂直投影點到戰(zhàn)地車輛的距離，h是無人機的飛行高度；

將式(4)及式(5)帶入可得平均路徑損耗閾值公式，如式(6)所示；

當(dāng)環(huán)境和載波頻率一定時，A和B都為常量，如式(7)及式(8)所示；

A＝η_LOS-η_NLOS (7)；

經(jīng)平均路徑損耗公式的計算，戰(zhàn)地車輛將小于平均路徑損耗閾值的無人機中繼加入通信列表，經(jīng)過固定時間間隔的更新后，按照路徑損耗大小對通信列表的無人機中繼進行排序，向通信列表中滿足路徑損耗要求的無人機中繼詢問已接入的車輛數(shù)目，待無人機中繼應(yīng)答自身的接入數(shù)目后，將應(yīng)答消息置入通信列表中，將其進行升序排列，并選擇接入數(shù)目最少的無人機中繼加入通信，至此，無人機中繼與戰(zhàn)地車輛連接成功。