【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无人机方向调制，尤其涉及一种基于单载波的无人机方向调制设计方法。
技术介绍
1、近年来，无人机以其机动性强、安全性高、成本低等特点，在军事、农业、气象、水利等领域得到了广泛的应用。在5g时代背景下，随着无线网络接入设备数量的激增，无人机在无线通信领域的潜力得到了充分挖掘。与传统无线通信相比，无人机无线通信凭借其机动性和可控性，可以作为空中基础设施快速部署在没有基础设施覆盖的地区，弥补地面基础设施的缺陷，提供更高的无线连通性。当前多采用波束成形技术实现与地面终端的高容量视距通信链路，通过调节天线辐射方向和强度控制无线电波传播方向和范围，可以使无线电波在特定方向上的传输更加强大和稳定，从而提高通信的质量和可靠性。毫米波通信的波束成形可以满足无人机基站对高数据速率和灵活覆盖的要求。现有技术可在无人机电池预期寿命内显著提高无人机的预期数据吞吐量。现有技术中提出一个最大化所有用户的可实现传输速率问题，并找到了无人机基站与目标用户之间的最优相对位置和波束成形矢量。然而，在传统的基于波束成形的无线通信系统中，所有方向上都会产生相同的星座映射，即使是位于天线旁瓣区域的信号，也有可能会被高度敏感的窃听者捕获，从而导致信息泄露。为了避免这种情况，方向调制技术应运而生，此技术可将已知的星座映射保持在一个或多个期望的方向上，同时对其余方向上的星座映射进行加扰，进而提高通信的安全性。现有技术中还采用遗传算法实现相控阵的方向调制。现有基于波束成形的无人机通信系统设计问题大多视为一种最大化用户的可实现传输速率问题，这虽然对信息的传输速率实现了一
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于单载波的无人机方向调制设计方法，通过优化无人机天线阵列权重系数，降低非期望方向信息泄露的概率。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于单载波的无人机方向调制设计方法，包括：
3、建立单载波无人机与地面用户之间的通信系统模型，无人机配备单载波模拟波束成形均匀线性阵列对地面目标单用户传输qpsk信号；
4、提出存在恒模约束和最小用户实现传输速率约束的最小化实际波束响应与期望波束响应之差问题；期望波束响应满足地面目标单用户方向，波束幅度高于其它方向的信号，且其他方向的信号相位混乱，符合单载波无人机方向调制设计标准；
5、将最小化实际波束响应与期望波束响应之差问题中的权重系数转化为符合恒模约束的形式，消除恒模约束；将最小化实际波束响应与期望波束响应之差的问题中的幅度转化为最小的用户可实现传输速率的数学表达式，消除最小的用户实现传输速率约束；
6、消除恒模约束和最小用户实现传输速率约束后，采用人工蜂群算法来求解最小化实际波束响应与期望波束响应之差问题，获得期望波束响应，实现单载波无人机方向调制设计。
7、可选的，根据基于方向调制的无人机与地面用户通信系统模型，阵列的导向矢量表示为：
8、
9、其中，[·]t为转置操作，φu为导向角的余弦，j为虚数n为阵列天线数。
10、可选的，消除恒模约束的优化bosh问题包括：
11、
12、s.t.r≥r
13、
14、其中，为的第j个元素，k为相移键控调制技术下调制的相位数，a为导向矢量，h为共轭转置，n为阵列天线数，ah为对导向矢量实行共轭转置，j为虚数为权重系数所带来的相位偏移角，为权重系数所带来的相位偏移，l为期望响应的幅度，ck为期望向量中的第k个元素。
15、可选的，在无人机方向调制设计问题里，对于目标用户来说，可实现传输速率r是不可忽视的重要因素，表示为
16、
17、其中，p为无人机发射功率，δ2为用户的高斯白噪声功率，λ为信道增益系数，ah为对导向矢量实行共轭转置，w为权重系数。
18、可选的，首先初始化一个矩阵φ作为初始搜索位置，其中每一行代表一个潜在的可行解列的数量是优化变量的维度，即无人机发射端天线阵列的阵元数。
19、可选的，对矩阵φ的第i行第j个元素初始化为
20、
21、其中，i＝1,2,…,ns,ns是源的数量，φi,j∈[0,1]是一个随机数，为潜在可行解的上限，其值等于2π，为潜在可行解的下限，其值等于0。
22、可选的，第i个源的适应度函数值fi为
23、
24、
25、其中，为第i个目标函数值，为源矩阵φ的第i行，即第i个潜在的可行解，abs(.)为计算绝对值。
26、可选的，通过随机数γ根据源矩阵φ内的每个随机依次生成新的第i个源的计算为
27、
28、其中，为源矩阵φ的第i行，为源矩阵φ的第a行，i为选取的源的顺序数，γ为随机数，其值在设定的精度范围(-γ，γ)内。
29、本专利技术技术效果：本专利技术公开了一种基于单载波的无人机方向调制设计方法，通过优化无人机天线阵列权重系数，降低非期望方向信息泄露的概率；在用户可能出现在其它不同角度的情况下都具有普适性，此方法相比于传统的遗传算法还具有更快的目标函数收敛速度，在解决此类问题这方面拥有更高的效率。
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1.一种基于单载波的无人机方向调制设计方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于单载波的无人机方向调制设计方法，其特征在于，根据基于方向调制的无人机与地面用户通信系统模型，阵列的导向矢量表示为：
3.如权利要求1所述的基于单载波的无人机方向调制设计方法，其特征在于，优化恒模约束问题包括：
4.如权利要求1所述的基于单载波的无人机方向调制设计方法，其特征在于，在无人机方向调制设计问题里，对于目标用户来说，可实现传输速率R是不可忽视的重要因素，表示为
5.如权利要求1所述的基于单载波的无人机方向调制设计方法，其特征在于，首先初始化一个矩阵Φ作为初始搜索位置，其中每一行代表一个潜在的可行解列的数量是优化变量的维度，即无人机发射端天线阵列的阵元数。
6.如权利要求5所述的基于单载波的无人机方向调制设计方法，其特征在于，对矩阵Φ的第i行第j个元素初始化为
7.如权利要求6所述的基于单载波的无人机方向调制设计方法，其特征在于，第i个源的适应度函数值Fi为
8.如权利要求5所述的基于单载波的无人机方向
...【技术特征摘要】
1.一种基于单载波的无人机方向调制设计方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于单载波的无人机方向调制设计方法，其特征在于，根据基于方向调制的无人机与地面用户通信系统模型，阵列的导向矢量表示为：
3.如权利要求1所述的基于单载波的无人机方向调制设计方法，其特征在于，优化恒模约束问题包括：
4.如权利要求1所述的基于单载波的无人机方向调制设计方法，其特征在于，在无人机方向调制设计问题里，对于目标用户来说，可实现传输速率r是不可忽视的重要因素，表示为
5.如权利要求1所述的基于单载波...
【专利技术属性】
技术研发人员：张博，高海龙，张宝菊，赵晓楠，
申请(专利权)人：天津师范大学，
类型：发明
国别省市：
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