【技术实现步骤摘要】
基于对抗内外部窃听的无人机辅助上下行安全通信方法和系统
[0001]本专利技术涉及通信安全领域，具体涉及一种基于对抗内外部窃听的无人机辅助上下行安全通信方法和系统。
技术介绍
[0002]无人机由于其高移动性以及根据环境动态调整飞行状态的特点，在通信领域的应用越来越广泛。然而，由于无线信道的广播特性以及无人机对地通信之间的视距链路特性使得无人机通信的安全性受到了威胁。虽然无人机通信网络的研究投入越来越多，但无人机网络的安全问题并没有得到充分的解决。目前在无人机安全通信领域，将其作为空中基站采用FDMA技术接入多个地面用户提供安全上下行通信服务的研究尚属空白；同时需要注意的是，在有多个具有通信需求的合法用户的场景中，一些用户可能对打算发送给其他用户的机密信息感到“好奇”，然后充当内部窃听。因此在无人机资源受限的情况下，对其飞行轨迹和发射功率以及用户调度的联合优化，对于系统中安全通信容量最大化具有重要的意义。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于对抗内外部窃听的无人机辅助...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于对抗内外部窃听的无人机辅助上下行安全通信方法，其特征在于，以一个无人机作为移动基站与地面多用户进行上下行通信，在外部恶意窃听与内部潜在窃听的情况下最大化系统的安全速率，具体包括以下步骤：步骤1、引入相关参数数据，预设无人机飞行轨迹约束条件，构建原始目标函数；根据初始化参数，对需要求解的变量进行初始化；将原始目标函数分解为三个子问题，包括用户在不同时隙上的带宽分配、同一时刻在满足最大发射功率下无人机与各个用户在子信道上的功率分配、无人机飞行轨迹优化；步骤2、根据初始参数，使用频分多址的接入方式在满足各个用户的带宽和不超过总带宽的情况下对各个用户的子信道分配进行优化，得到优化后的各个用户在每个时隙上的子信道带宽分配结果；步骤3、根据上述优化的各个用户在不同时隙上的带宽分配以及初始的无人机飞行轨迹，使用功率优化算法，在满足所有用户在同时隙的发射功率和不大于最大发射功率的情况下，对所述功率分配进行优化，得到优化后的各个用户在每个时隙上的功率分配结果；步骤4、根据上述优化的各个用户在不同时隙上的带宽分配、功率分配结果以及初始的无人机飞行轨迹，使用轨迹优化算法，在满足无人机最大飞行速度及初始和结束位置的情况下，对所述无人机飞行轨迹进行优化，得到优化后的无人机飞行轨迹；步骤5、结合块坐标下降、连续凸逼近法交替迭代求解以上三个子问题，在满足目标函数值收敛的情况下，确定最终优化结果，得到无人机飞行轨迹和发射功率及用户带宽资源分配解。2.根据权利要求1所述的基于对抗内外部窃听的无人机辅助上下行安全通信方法，其特征在于，所述步骤1中的参数数据包括地面各用户详细位置、窃听详细位置、信道状态信息参数、最大发射功率、无人机的初始和结束位置。3.根据权利要求1所述的基于对抗内外部窃听的无人机辅助上下行安全通信方法，其特征在于，所述步骤1中的预设约束条件包括：无人机S以频分多址方式接入多用户满足各个用户带宽和不超过总带宽；无人机S和地面用户端峰值功率和不超出信号发射端最大峰值功率；无人机S飞行速率不超出预设的最大飞行速率。4.根据权利要求1所述的基于对抗内外部窃听的无人机辅助上下行安全通信方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：由于无人机到地面之间的空
‑
地信道为LoS径，因此，在时隙n中无人机S到地面用户的信道增益以及地面用户到地面窃听的信道模型分别表示为：信道增益以及地面用户到地面窃听的信道模型分别表示为：其中β0表示单位距离的信道增益，ι>2代表地面路径损耗，H
s
表示无人机的飞行高度，n表示第n个时隙，S表示无人机S，q
s
(n)是无人机在第n个时隙的位置坐标；表示第j个用户或窃听，表示用户的集合，表示窃听的集合，q
j
表
示第j个用户或窃听的位置坐标，也即q
m
与q
k
是地面用户和窃听的位置；h
s，j
(n)表示在时隙n中无人机S与地面用户或窃听的信道模型，h
m，k
(n)表示在时隙n中用户m与窃听k之间的信道模型；假设在时隙n时，和分别表示无人机S和用户m的上下行发射功率；在FDMA系统中，用户m在每个时隙的可达速率和窃听的可达速率为：系统中，用户m在每个时隙的可达速率和窃听的可达速率为：系统中，用户m在每个时隙的可达速率和窃听的可达速率为：系统中，用户m在每个时隙的可达速率和窃听的可达速率为：其中N0表示噪声功率谱密度，B表示总带宽，α
m
(n)代表无人机接入用户m的带宽，N0Bα
m
(n)是接收器接收到的干扰信号功率；s表示无人机S，m表示第m个用户，M表示地面用户总个数，k表示第k个窃听，K表示窃听总个数；h
s,m
(n)表示在时隙n中无人机...
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