[發明專利]能效優先的智能反射面輔助無人機通信抗干擾魯棒設計方法

在審

• 申請號: 202211560752.4
• 申請日: 2022-12-07
• 公開（公告）號: CN115884093A
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 楊文東;姬智;管新榮;樂超;楊煒偉;吳丹;石會
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: H04W4/029
• 分類號: H04W4/029;H04W4/40;H04W52/02;H04W72/541
• 代理公司: 北京力量專利代理事務所(特殊普通合伙) 11504
• 代理人: 劉一霖

本發明提供能效優先的智能反射面輔助無人機通信抗干擾魯棒設計方法，包括以下具體步驟：S1、獲取全局信道狀態信息：由于無人機的高海拔與高視距鏈路特性，無人機通信的信道以視距信道為主。本發明提供一種能效優先的智能反射面輔助無人機通信抗干擾設計，用于解決無人機通信抗干擾過程中能耗大、效率低的問題，該方法中利用連續凸逼近、分式規劃、S?procedure的交替優化算法，不斷地迭代優化其發射功率分配、智能反射面反射系數和無人機軌跡來持續地無人機的接收能效，直至收斂，這種優化策略可廣泛應用于無人機通信抗干擾場景，但不局限以上列舉的范圍。

技術領域

本發明涉及無人機通信抗干擾領域，特別涉及能效優先的智能反射面輔助無人機通信抗干擾魯棒設計方法。

背景技術

在過去的幾十年里，無人機通信的快速發展極大地改善了人類的生活，無人機通信系統克服了傳統通信系統的固有缺點，不受地理位置的限制，可以實現靈活快速部署，從而能提供快速的無線通信服務。然而，無人機通信系統的高視距信道與無線通信環境的開放特性使其也易受到惡意干擾或非法竊聽等安全威脅，以助其進行危害公共安全、侵犯他人隱私等非法活動。面對敵人的惡意干擾，傳統的無人機通信抗干擾方案是通過“空間退避”來減弱干擾的影響，這不僅增加了無人機的飛行能耗，并且也不能徹底的解決惡意干擾的影響。為了有效應對及解決相應挑戰，迫切需要一種更有效的無人機抗干擾措施。

智能反射面最近成為一種有前途的新技術，可以為無線通信系統實現智能的無線信道環境，具體來說，智能反射面是一個包含大量無源反射元件的平面，每個無源反射元件都能夠獨立地為入射信號產生可控的幅度和/或相位變化。部署智能反射面可以為用戶的信號接收提供額外的一條反射路徑，與環境中其它的散射、反射路徑不同，這一反射路徑是人為可控的。通過在無線網絡中部署智能反射面并巧妙地協調它們的反射，可以靈活地重新配置發射機和接收機之間的無線信道，以實現所需的分布，從而解決無線信道衰落損害和干擾問題，并有可能實現無線通信容量和可靠性的質的飛躍。

受智能反射面的啟發，可以預期到，利用智能反射面來輔助無人機通信對抗安全威脅是一種有前途的新技術，然而這種新技術面臨的問題一方面是無人機與智能反射面聯合優化的挑戰，由于人為增加了一條反射鏈路，無人機的軌跡設計變得更加復雜。另一方面，實際中往往無法獲得干擾節點或竊聽者的精確位置，只能獲得大概的信息，這為無人機軌跡與智能反射面波束賦形帶來新的挑戰。

因此，本發明提供一種能效優先的智能反射面輔助無人機通信抗干擾的魯棒設計方法，用于解決對無人機受到位置不確定的地面干擾問題。該方法中考慮了無人機通信的上行鏈路，無人機作為接受方接受地面節點的發射信號，存在位置信息不確定的惡意干擾攻擊，同時部署智能反射面在地面節點附近以增強通信效果，通過利用連續凸逼近優化、分式規劃的交替迭代算法，不斷地迭代優化智能反射面的波束賦形和無人機的軌跡來持續地提升無人機的能效，直至收斂，這種優化策略可廣泛應用于針對地面節點或多干擾攻擊的場景，但不局限以上列舉的范圍。

發明內容

(一)技術方案

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：能效優先的智能反射面輔助無人機通信抗干擾魯棒設計方法，包括以下具體步驟：

S1、獲取全局信道狀態信息：由于無人機的高海拔與高視距鏈路特性，無人機通信的信道以視距信道為主，又因為智能反射面靈活部署的特性，經由智能反射面的信道同樣可以視為視距鏈路；

S2、確定無人機能耗模型并建立優化問題：建立旋轉翼無人機的能量消耗模型，干擾位置的預測模型，獲得干擾節點的大致位置，同時，計算無人機在飛行周期內的總吞吐量，在干擾位置不精確條件下，聯合地面節點發射功率、智能反射面波束賦形和無人機軌跡的約束，建立能效最大化問題；

S3、給定地面節點發射功率、智能反射面波束賦形與無人機軌跡，求得最大化能效的最小下限時的干擾節點位置；