[發明專利]一種基于貝葉斯Q學習的無人機集群網絡智能跳頻方法

有效

• 申請號: 202110596287.9
• 申請日: 2021-05-30
• 公開（公告）號: CN113382381B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 林艷;康雅潔;張一晉;李駿;彭諾蘅;陶奕宇
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H04W4/40
• 分類號: H04W4/40;H04W4/02;H04B1/715
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發明公開了一種基于貝葉斯Q學習的無人機集群網絡智能跳頻方法，該方法采用Myopic?VPI決策策略選擇無人機集群上行鏈路的無線信道，在無人機和干擾機均處于未知移動狀態的場景下實現對干擾信道的規避；同時在基于對信道環境的數據觀測下，運用矩更新方法，逐步修正基于高斯?伽馬分布模型的Q值分布，最終學習到干擾機的干擾策略并智能選擇可用的傳輸信道，最大程度上降低干擾。本發明針對無人機集群網絡分別處于單音隨機干擾、多音掃頻干擾和馬爾科夫干擾三種場景下，通過無人機自主交互的協同認知能力規避干擾，實現智能抗干擾通信；相較于傳統Q學習能夠更快地學習到最優的跳頻方法，有效提升了信息傳輸速率且降低了功率消耗。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，特別是一種基于貝葉斯Q學習的無人機集群網絡智能跳頻方法。

背景技術

近年來隨著移動式終端設備的普及，無線通信業務呈現快速增長的趨勢，基于對通信系統靈活性、及時性以及可靠性的綜合考慮，無人機通信技術應運而生[Song Q,ZengY,Xu J,et al.A survey of prototype and experiment for UAV communications[J].Sciece China.Information Sciences,2021,64(4):140301.]。無人機網絡具有移動迅速、低成本以及便于控制的特點，同時多架無人機可以通過協同共享網絡資源，相互配合完成通信任務，因此目前有關無人機群協作通信的研究更多的是關注無人機網絡節點如何在復雜電磁環境下實現實時通信、信息共享和協同工作。鑒于無人機網絡開放的特性使它容易受到物理層的三種攻擊，包括欺騙，竊聽和干擾，而各類攻擊都會對無人機網絡通信安全造成嚴重威脅，因此提出有效的無人機集群網絡智能抗干擾方法具有重要意義。

傳統擴頻技術[Xue C.Anti-interference performance of multi-path directsequence spread spectrum wireless communication system.IEEE,2010:461-464.]將傳輸的波形擴展到更寬的頻譜來實現抗干擾能力，而跳頻通信系統作為擴頻通信系統的一個分支，具有抗干擾能力強、抗多徑衰落等突出優點[Zhang Y,Zheng X,Yang S,etal.Modeling and performance analysis of frequency hopping spread spectrumcommunication system.IEEE,2010.]。其中跳頻擴頻技術(Frequency Hopping SpreadSpectrum,FHSS)主要通過借助于發射機和接收機己知的偽隨機序列快速改變載波頻率[Rubenstein D,Ganguly S,Bohra A,et al.Using Channel Hopping to Increase802.11Resilience to Jamming Attacks[C]//Proceedings of the IEEE INFOCOM 2007-26th IEEE International Conference on Computer Communications.IEEE,2007.]主動規避干擾攻擊。然而實際中由于每個節點具有高移動性和能量受限性，這種規避干擾的方式對能量的利用非常有限，難以發揮集群網絡之間可通過信息共享進行協同對抗的作用。