[發(fā)明專利]一種功率和三維軌跡聯(lián)合優(yōu)化的無人機協(xié)作通信方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110930707.2
• 申請日: 2021-08-13
• 公開（公告）號: CN113489531B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設計）人: 趙睿;周潔;張孟杰;王培臣
• 申請（專利權(quán)）人: 華僑大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司 35205
• 代理人: 陳雪瑩

本發(fā)明提供一種功率和三維軌跡聯(lián)合優(yōu)化的無人機協(xié)作通信方法，包括：搭建無人機對地通信系統(tǒng)，無人機對地通信系統(tǒng)包括無人機B、無人機J、地面用戶和竊聽者，無人機B發(fā)送信息給地面用戶，無人機J發(fā)送干擾信號給地面的竊聽者；利用離散化的時隙分別定義無人機B、無人機J、地面用戶和竊聽者在三維笛卡爾坐標上的坐標；確定優(yōu)化問題的目標函數(shù)(P1)，通過在所有時間段內(nèi)對無人機B和無人機J的軌跡和功率進行聯(lián)合優(yōu)化，使最小平均安全傳輸速率最大化；對目標函數(shù)(P1)進行求解，得到最優(yōu)解。本發(fā)明聯(lián)合優(yōu)化了無人機J和無人機B的軌跡和發(fā)射功率，最大化所有地面用戶的平均安全傳輸速率，大大提高無人機通信系統(tǒng)的物理層安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人機技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種功率和三維軌跡聯(lián)合優(yōu)化的無人機協(xié)作通信方法。

背景技術(shù)

隨著無人機(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)通信技術(shù)的快速發(fā)展，無人機可以作為一個空中基站為地面用戶提供服務，解決了傳統(tǒng)固定基站不能在短時間內(nèi)快速靈活進行部署的問題，有效縮減固定通信設備需要的成本。無人機的機動性給通信網(wǎng)絡設計帶來了新的自由度，可以適用于多變的場景，但是無人機與地面用戶通信系統(tǒng)通過建立視距鏈路進行無線信息傳輸，無線信道的開放性使得無人機通信系統(tǒng)更容易受到竊聽的威脅，為無人機通信的安全傳輸?shù)葐栴}帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。且由于無人機的可移動性，當其與其他通信設備之間進行通信時，無人機的飛行軌跡也會直接影響兩者之間的信道狀態(tài)，因此，無人機的軌跡優(yōu)化問題在無人機網(wǎng)絡中至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，在于提供一種功率和三維軌跡聯(lián)合優(yōu)化的無人機協(xié)作通信方法，提高無人機通信系統(tǒng)的物理層安全性。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：一種功率和三維軌跡聯(lián)合優(yōu)化的無人機協(xié)作通信方法，包括：

步驟1、搭建無人機對地通信系統(tǒng)，所述無人機對地通信系統(tǒng)包括無人機B、無人機J、地面用戶和竊聽者，所述無人機B發(fā)送信息給地面用戶，所述無人機J發(fā)送干擾信號給地面的竊聽者，用D_m表示第m個地面用戶，用E_k表示第k個竊聽者，用T表示無人機整個飛行周期，將T離散化，等分為N個通信時隙δ_t，即T＝Nδ_t；

步驟2、利用離散化的時隙分別定義無人機、地面用戶和竊聽者的三維坐標，所述無人機的三維坐標表示為：所述M個地面用戶在三維笛卡爾坐標上坐標表示為將K個地面竊聽者在三維笛卡爾坐標上坐標表示為

步驟3、定義確定優(yōu)化問題的目標函數(shù)(P1)，通過在所有時間段內(nèi)對無人機B和無人機J的軌跡和功率進行聯(lián)合優(yōu)化，使最小平均安全傳輸速率最大化，所述目標函數(shù)(P1)表示為：

s.t.

0≤P_J[n]≤P_J，max

其中，表示第n個時隙無人機B到地面用戶D_m的傳輸速率，表示第n個時隙無人機B到地面竊聽者Ek的傳輸速率，L表示無人機在每個時隙的最大飛行距離，表示無人機B在第n個時隙向第m個用戶發(fā)送的功率，P_J[n]表示無人機J在第n個時隙的發(fā)射功率，P_B，max表示無人機B發(fā)送功率的峰值，P_J，max表示無人機J發(fā)送功率的峰值，表示無人機B和無人機J之間的最小安全距離，表示無人機B在所有時隙的三維坐標點集合，表示無人機J在所有時隙的三維坐標點集合，表示無人機B在所有時隙的發(fā)送功率集合，表示無人機J在所有時隙的發(fā)送功率集合；

步驟4、對目標函數(shù)(P1)進行求解，得到最優(yōu)的最小平均安全傳輸速率。

進一步的，所述的計算公式為：