【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线网络，特别涉及一种保障安全通信的无人机阵列减薄方法。
技术介绍
1、近年来，无人机由于具有高度的灵活性和机动性等优点，得到了迅速发展，并作为无线通信设备得到了广泛的应用。但因为单个无人机存在尺寸、重量和机载能量的限制，不能单独携带高功率天线来完成这样的任务。因此，经常将大量的无人机组成一个无人机集群，并使它们携带的天线单元采用协同波束形成技术组成虚拟天线阵列，以获得增强信号进行通信。然而，无人机阵列的尺寸和数量越大，能量消耗就越高，同时系统的复杂度也越高，控制和管理的难度也会随之增加。而且由于信道的开放性，通信系统中不乏存在窃听者企图截取地面用户和远程基站之间传输的数据并对其进行恶意篡改或破坏，进而导致严重的通信安全问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种保障安全通信的无人机阵列减薄方法，其通过选择合适的无人机参与通信，同时优化各无人机所携带的激励电流权重，形成具有高天线增益和高定向性的波束，能够降低无人机通信的能量消耗，并且提高通信的安全性。
2、本专利技术提供的技术方案为：
3、一种保障安全通信的无人机阵列减薄方法，包括如下步骤：
4、步骤一、获取无人机总数、无人机阵列形状、无人机阵列原点坐标及需要通信的远程基站的位置；
5、步骤二、确定期望参与通信的无人机数量；
6、步骤三、以无人机组成虚拟天线阵列的最大旁瓣的电平值最小，无人机组成虚拟天线阵列与地面基站通信时主瓣的指向性最大和可关闭的无
7、步骤四、地面用户从参与通信的无人机中选择一台无人机，作为第一通信无人机，并将其余参与通信的无人机作为第二通信无人机；
8、步骤五、所述地面用户将通信数据传输给所述第一通信无人机，所述第一通信无人机将所述通信数据传输给所述多个第二通信无人机，以虚拟阵列天线的形式携带所述最佳激励电流权重向所述远程基站传输通信数据。
9、优选的是，在所述步骤二中，期望参与通信的无人机数量通过如下公式确定：
10、 ；
11、其中，为总无人机数，为最大旁瓣电平值的阈值，τ为无人机阵列的最大旁瓣电平值。
12、优选的是，在所述步骤三中，还包括：
13、建立优化目标函数为：min；
14、 ；
15、 ；
16、 ；
17、式中，均为矩阵，表示无人机激励电流权重；表示无人机工作状态：如果等于1，表示第行第列中的无人机参与通信，否则，该无人机天线关闭，不参与通信；
18、表示无人机组成虚拟天线阵列的最大旁瓣的电平值与主瓣电平值之比；为旁瓣的阵列因子，表示旁瓣的方向，表示旁瓣与地面基站的仰角，表示旁瓣与地面基站的方位角；表示主瓣的阵列因子；则表示主瓣的方向，表示主瓣与地面基站的仰角，表示主瓣与地面基站的方位角；
19、表示无人机组成虚拟天线阵列与地面基站通信时主瓣的指向性；表示无人机单位远场波束方向图，表示仰角，表示方位角，表示天线阵列效率；表示远场波束方向图在主瓣方向的大小；表示无人机组成虚拟天线阵列波束方向图的阵列因子；
20、表示无人机阵列减薄情况；为实际可以关闭的无人机天线单元数量，为预计关闭的数量，表示无人机总数；其中。
21、优选的是，旁瓣的阵列因子和主瓣的阵列因子的计算公式分别为：
22、
23、
24、其中，表示无人机天线阵列中第行第列无人机所携带的激励电流权重，表示第行第列的无人机坐标，表示无人机阵列行数，表示无人机阵列列数，λ表示波长，表示相位常数。
25、优选的是，在所述步骤三中，基于群智能多目标优化算法确定各无人机工作状态，及参与通信的无人机最佳激励电流权重，包括如下步骤：
26、步骤a、初始化所有无人机的激励电流权重和工作状态，作为候选解；
27、其中，激励电流权重为连续解，无人机工作状态为离散解；
28、步骤b、根据优化目标函数，评价候选解的优劣程度；并根据评价结果选择一组解作为非支配解集；
29、步骤c、对非支配解集中的解进行混合更新，即对连续解采用基于莱维飞行的选择、交叉、变异得到新的解集，对离散解采用部分匹配交叉方法更新；
30、循环进行步骤b-步骤c，直到达到最大迭代次数，得到满足目标函数的最优解；
31、将所述最优解对应的无人机节点的工作状态和最佳激励电流权重作为优化结果。
32、优选的是，在所述步骤四中，地面用户计算其与每台参与通信的无人机的距离，并选择最小值对应的无人机作为所述第一通信无人机；
33、
34、其中，表示第行第列的无人机坐标；表示地面用户坐标。
35、优选的是，在所述步骤五中，地面用户将通信数据传输给所述第一通信无人机之前，还包括：
36、地面用户向第一通信无人机发送控制信息，第一通信无人机在延迟时间内响应控制信息；
37、如果在延迟时间内地面用户能成功收到响应信息，那么地面用户就将所需要传输的数据发送第一通信无人机，否则，地面用户就持续发送控制信息给第一通信无人机，直到收到来自第一通信无人机的响应信息后，将同基站的通信数据传给第一通信无人机。
38、优选的是，在所述步骤四中，所述第一通信无人机将所述通信数据分别传输给多个所述第二通信无人机之前，还包括：
39、所述第一通信无人机向所述第二通信无人机发起通信请求；
40、所述第二通信无人机收到通信请求后返回确认连接建立的报文。
41、本专利技术的有益效果是：
42、本专利技术提供的保障安全通信的无人机阵列减薄方法，在无人机阵列位置确定的情况下建立了减少通信无人机的数量，同时抑制最大旁瓣电平，增强主瓣的指向性，降低通信成本的多目标联合优化模型，利用群智能多目标优化算法进一步迭代得出各无人机的工作状态和激励电流权重，能够在降低系统复杂度的同时降低系统能耗；同时对每个参与通信的无人机进行激励电流权重的调整使其达到最佳状态，从而使无人机组成的虚拟天线阵列通过协作波束成形实现具有高增益和高定向性的波束，提高了通信质量，同时使得窃听者方向的信号强度不足，降低了被窃听风险，提高了无线网络的安全性能。
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1.一种保障安全通信的无人机阵列减薄方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的保障安全通信的无人机阵列减薄方法，其特征在于，在所述步骤二中，期望参与通信的无人机数量通过如下公式确定：
3.根据权利要求2所述的保障安全通信的无人机阵列减薄方法，其特征在于，在所述步骤三中，还包括：
4.根据权利要求3所述的保障安全通信的无人机阵列减薄方法，其特征在于，旁瓣的阵列因子和主瓣的阵列因子的计算公式分别为：
5.根据权利要求3或4所述的保障安全通信的无人机阵列减薄方法，其特征在于，在所述步骤三中，基于群智能多目标优化算法确定各无人机工作状态，及参与通信的无人机最佳激励电流权重，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的保障安全通信的无人机阵列减薄方法，其特征在于，在所述步骤四中，地面用户计算其与每台参与通信的无人机的距离，并选择最小值对应的无人机作为所述第一通信无人机；
7.根据权利要求6所述的保障安全通信的无人机阵列减薄方法，其特征在于，在所述步骤五中，地面用户将通信数据传输给所述第一通信无人机之前，还
8.根据权利要求7所述的保障安全通信的无人机阵列减薄方法，其特征在于，在所述步骤四中，所述第一通信无人机将所述通信数据分别传输给多个所述第二通信无人机之前，还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种保障安全通信的无人机阵列减薄方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的保障安全通信的无人机阵列减薄方法，其特征在于，在所述步骤二中，期望参与通信的无人机数量通过如下公式确定：
3.根据权利要求2所述的保障安全通信的无人机阵列减薄方法，其特征在于，在所述步骤三中，还包括：
4.根据权利要求3所述的保障安全通信的无人机阵列减薄方法，其特征在于，旁瓣的阵列因子和主瓣的阵列因子的计算公式分别为：
5.根据权利要求3或4所述的保障安全通信的无人机阵列减薄方法，其特征在于，在所述步骤三中，基于群智能多目标优化算法确定各无人机...
【专利技术属性】
技术研发人员：梅芳，刘雨晴，孙庚，郭新荣，康辉，王禧麟，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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