一种联合轨迹和干扰功率优化的无人机主动窃听方法技术

本发明专利技术提供一种联合轨迹和干扰功率优化的无人机主动窃听方法，针对无人机其轨迹变化对系统的有效窃听速率的影响，在模型中采用了一种有效的主动干扰方案，即无人机在窃听可疑链路信息的同时发送干扰信号，干扰可疑接收机。为了最大化有效窃听速率，利用更新速率辅助的块坐标下降和连续凸优化技术对无人机的轨迹以及发送干扰功率进行优化，进而提高有效窃听速率。

【技术实现步骤摘要】
一种联合轨迹和干扰功率优化的无人机主动窃听方法
本专利技术涉及通信监控
，特别涉及一种联合轨迹和干扰功率优化的无人机主动窃听方法。
技术介绍
近年来，由于无人机的高机动性、低成本等特点，在公共安全、灾害管理、监视和通信等方面的应用需求不断增长。然而随着无人机通信系统的普及，低成本的无线服务扩大了罪犯或恐怖分子的活动范围，对国家安全构成严重的威胁。为了抵抗犯罪或恐怖分子的袭击，政府机构越来越需要合法地监控任何可疑的通信链接，并检测商业无线网络中的异常行为。无人机的轨迹优化问题在无人机网络中至关重要，这主要是因为无人机的高机动性、无线通信固有的广播特性以及考虑的信道是由视距链路(LineofSight,LoS)控制的，无人机的位置变化可以直接影响其接收速率。在以往文献的研究中，主动监视器被视为固定在地面的节点，或是固定飞行路径的无人机，无人机作为主动窃听器的轨迹变化对系统窃听速率的影响几乎被忽略。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题，在于提供一种联合轨迹和干扰功率优化的无人机主动窃听方法和装置，利用可疑系统的特点，实现有效的主动干扰，以最大限度地提高窃听速率。为了解决上述技术问题，本说明书实施例是这样实现的：一种联合轨迹和干扰功率优化的无人机主动窃听方法，包括：步骤10、在无人机主动窃听模型中，分别设定可疑发射器的初始轨迹、可疑发射器的初始发送功率、合法窃听器的初始轨迹、合法窃听器的初始发送功率、松弛变量初始值、可疑发射器的用户调度规则、第一更新参数、第二更新参数、迭代次数初始值以及阈值；步骤20、更新迭代次数，然后利用更新的迭代次数和第二更新参数，计算第一更新参数；步骤30、利用可疑发射器的初始轨迹、上一次迭代的合法窃听器的飞行轨迹、可疑发射器的用户调度规则以及松弛变量的初始值计算合法窃听器的发送功率最优值，然后利用所述第一更新参数、所述合法窃听器的发送功率最优值以及上一次迭代的合法窃听器的发送功率计算本次迭代的合法窃听器的发送功率；步骤40、利用合法窃听器的发送功率、可疑发射器的初始轨迹、可疑发射器的用户调度规则以及松弛变量的初始值计算合法窃听器的飞行轨迹最优值，然后利用所述第一更新参数、所述合法窃听器的飞行轨迹最优值以及上一次迭代的合法窃听器的飞行轨迹计算本次迭代的合法窃听器的飞行轨迹；步骤50、计算当前平均可达窃听速率，若当前平均可达窃听速率与上一次迭代平均可达窃听速率的差值大于等于阈值时，返回步骤20，若当前平均可达窃听速率与上一次迭代平均可达窃听速率的差值小于阈值时，结束步骤。进一步地，所述步骤10中，所述无人机主动窃听模型，具体为：在一个三维笛卡尔坐标中，可疑发射器发送可疑信息到M个地面用户，地面用户和可疑发射器均分别配备一根天线，合法窃听器配备两根天线，分别用于窃听从可疑发射器发送到地面用户的信息和用于发送干扰信号干扰地面用户，合法窃听器和可疑发射器被假设在一个恒定的高度飞行，可疑发射器采用时分多址传输方式服务地面的用户，根据距离最近原则选择所服务的用户，将合法窃听器的整个飞行周期离散化，等分为N个通信时隙，在每个时隙中，合法窃听器的坐标位置不变。进一步地，所述步骤20中，利用更新的迭代次数和第二更新参数，计算第一更新参数，公式如下：γ＝γ/(1+(k-1)×ζ)其中，γ为第一更新参数，ζ为第二更新参数，k为迭代次数。进一步地，所述步骤30中，利用可疑发射器的初始轨迹、上一次迭代的合法窃听器的飞行轨迹、可疑发射器的用户调度规则以及松弛变量的初始值计算合法窃听器的发送功率最优值，具体包括：其中，max为求最大值函数，ηPower为目标值松弛变量，Xm为引入的松弛变量xm[n]的集合，Ym为引入的松弛变量ym[n]的集合，s.t.为约束条件，N为通信时隙总数，xm[n]为第n个时隙的松弛变量，ym[n]为第n个时隙的松弛变量，m代表第m个用户，n代表第n个通信时隙，PB[n]为在第n个时隙可疑发射器发送的功率，PE[n]为在第n个时隙合法窃听器发送的干扰功率，为在第n个时隙可疑发射器与第M个用户之间的信道模型，为在第n个时隙合法窃听器与第M个用户之间的信道模型，为在第n个时隙给定的松弛变量初始值，PE,max为合法窃听器在第n个时隙发送功率的峰值，αm[n]为用户调度参数，为在第n个时隙第m个地面用户的接收速率，RE[n]为在第n个时隙合法窃听器的接收速率。进一步地，所述步骤30中，利用所述第一更新参数、所述合法窃听器的发送功率最优值以及上一次迭代的合法窃听器的发送功率计算本次迭代的合法窃听器的发送功率，具体为：其中，γ为第一更新参数，PE为合法窃听器发送功率最优值，为上一次迭代的合法窃听器发送功率。进一步地，所述步骤40中，利用合法窃听器的发送功率、可疑发射器的初始轨迹、可疑发射器的用户调度规则以及松弛变量的初始值计算合法窃听器的飞行轨迹最优值，公式如下：qE[1]＝qE[N]其中，max为求最大值函数，ηtraj为目标值松弛变量，Xm为引入的松弛变量xm[n]的集合，Ym为引入的松弛变量ym[n]的集合，s.t.为约束条件，N为通信时隙总数，xm[n]为第n个时隙的松弛变量，ym[n]为第n个时隙的松弛变量，m代表第m个用户，n代表第n个通信时隙，qE[n+1]为在第n+1个时隙可疑发射器的位置，qE[n]为在第n个时隙合法窃听器的位置，L为合法窃听器在每个时隙的最大飞行距离，qE[l]为合法窃听器在第一个时隙的位置，qE[N]为合法窃听器在最后一个时隙的位置，PB[n]为可疑发射器在第n个时隙的发送功率，PE[n]为合法窃听器在第n个时隙发送的干扰功率，为在第n个时隙可疑发射器与第M个用户之间的信道模型，为在第n个时隙合法窃听器与第M个用户之间的信道模型经过逐次凸优化后得到的下界，为引入的松弛变量，为在第n个时隙合法窃听器的接收速率经过逐次凸优化后得到的下界，am[n]为可疑发射器的用户调度参数，为在第n个时隙第m个地面用户的接收速率，PE[n]为在第n个时隙合法窃听器发送的干扰功率，λ0为参考距离下的信噪比，为松弛变量，H为飞行高度，ym[n]为引入的松弛变量，为在第n个时隙给定的松弛变量初始值，γ[n]为引入的松弛变量，dmin为可疑发射器和合法窃听器之间的最小安全距离。进一步地，所述步骤40中，利用所述第一更新参数、所述合法窃听器的飞行轨迹最优值以及上一次迭代的合法窃听器的飞行轨迹计算本次迭代的合法窃听器的飞行轨迹，具体为：其中，γ为第一更新参数，QE为合法窃听器飞行轨迹最优值，为上一次迭代的合法窃听器飞行轨迹。进一步地，所述步骤50中，计算当前平均可达窃听速率，公式如下：qE[1]＝qE[N]<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种联合轨迹和干扰功率优化的无人机主动窃听方法，其特征在于，包括：/n步骤10、在无人机主动窃听模型中，分别设定可疑发射器的初始轨迹、可疑发射器的初始发送功率、合法窃听器的初始轨迹、合法窃听器的初始发送功率、松弛变量初始值、可疑发射器的用户调度规则、第一更新参数、第二更新参数、迭代次数初始值以及阈值；/n步骤20、更新迭代次数，然后利用更新的迭代次数和第二更新参数，计算第一更新参数；/n步骤30、利用可疑发射器的初始轨迹、上一次迭代的合法窃听器的飞行轨迹、可疑发射器的用户调度规则以及松弛变量的初始值计算合法窃听器的发送功率最优值，然后利用所述第一更新参数、所述合法窃听器的发送功率最优值以及上一次迭代的合法窃听器的发送功率计算本次迭代的合法窃听器的发送功率；/n步骤40、利用合法窃听器的发送功率、可疑发射器的初始轨迹、可疑发射器的用户调度规则以及松弛变量的初始值计算合法窃听器的飞行轨迹最优值，然后利用所述第一更新参数、所述合法窃听器的飞行轨迹最优值以及上一次迭代的合法窃听器的飞行轨迹计算本次迭代的合法窃听器的飞行轨迹；/n步骤50、计算当前平均可达窃听速率，若当前平均可达窃听速率与上一次迭代平均可达窃听速率的差值大于等于阈值时，返回步骤20，若当前平均可达窃听速率与上一次迭代平均可达窃听速率的差值小于阈值时，结束步骤。/n...

【技术特征摘要】
1.一种联合轨迹和干扰功率优化的无人机主动窃听方法，其特征在于，包括：
步骤10、在无人机主动窃听模型中，分别设定可疑发射器的初始轨迹、可疑发射器的初始发送功率、合法窃听器的初始轨迹、合法窃听器的初始发送功率、松弛变量初始值、可疑发射器的用户调度规则、第一更新参数、第二更新参数、迭代次数初始值以及阈值；
步骤20、更新迭代次数，然后利用更新的迭代次数和第二更新参数，计算第一更新参数；
步骤30、利用可疑发射器的初始轨迹、上一次迭代的合法窃听器的飞行轨迹、可疑发射器的用户调度规则以及松弛变量的初始值计算合法窃听器的发送功率最优值，然后利用所述第一更新参数、所述合法窃听器的发送功率最优值以及上一次迭代的合法窃听器的发送功率计算本次迭代的合法窃听器的发送功率；
步骤40、利用合法窃听器的发送功率、可疑发射器的初始轨迹、可疑发射器的用户调度规则以及松弛变量的初始值计算合法窃听器的飞行轨迹最优值，然后利用所述第一更新参数、所述合法窃听器的飞行轨迹最优值以及上一次迭代的合法窃听器的飞行轨迹计算本次迭代的合法窃听器的飞行轨迹；
步骤50、计算当前平均可达窃听速率，若当前平均可达窃听速率与上一次迭代平均可达窃听速率的差值大于等于阈值时，返回步骤20，若当前平均可达窃听速率与上一次迭代平均可达窃听速率的差值小于阈值时，结束步骤。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤10中，所述无人机主动窃听模型，具体为：在一个三维笛卡尔坐标中，可疑发射器发送可疑信息到M个地面用户，地面用户和可疑发射器均分别配备一根天线，合法窃听器配备两根天线，分别用于窃听从可疑发射器发送到地面用户的信息和用于发送干扰信号干扰地面用户，合法窃听器和可疑发射器被假设在一个恒定的高度飞行，可疑发射器采用时分多址传输方式服务地面的用户，根据距离最近原则选择所服务的用户，将合法窃听器的整个飞行周期离散化，等分为N个通信时隙，在每个时隙中，合法窃听器的坐标位置不变。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤20中，利用更新的迭代次数和第二更新参数，计算第一更新参数，公式如下：
γ＝γ/(1+(k-1)×ζ)
其中，γ为第一更新参数，ζ为第二更新参数，k为迭代次数。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤30中，利用可疑发射器的初始轨迹、上一次迭代的合法窃听器的飞行轨迹、可疑发射器的用户调度规则以及松弛变量的初始值计算合法窃听器的发送功率最优值，具体包括：


















其中，max为求最大值函数，ηPower为目标值松弛变量，Xm为引入的松弛变量xm[n]的集合，Ym为引入的松弛变量ym[n]的集合，s.t.为约束条件，N为通信时隙总数，xm[n]为第n个时隙的松弛变量，ym[n]为第n个时隙的松弛变量，m代表第m个用户，n代表第n个通信时隙，PB[n]为在第n个时隙可疑发射器发送的功率，PE[n]为在第n个时隙合法窃听器发送的干扰功率，为在第n个时隙可疑发射器与第M个用户之间的信道模型，为在第n个时隙合法窃听器与第M个用户之间的信道模型，为在第n个时隙给定的松弛变量初始值，PE,max为合法窃听器在第n个时隙发送功率的峰值，αm[n]为用户调度参数，为在第n个时隙第m个地面用户的接收速率，RE[n]为在第n个时隙合法窃听器的接收速率。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤30中，利用所述第一更新参数、所述合法窃听器的发送功率最...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵睿，周洁，张孟杰，王培臣，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建;35