【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线通信物理层安全，具体涉及一种通感一体化无人机网络中的物理层安全传输方法及系统。
技术介绍
1、
2、近年来，同时具备通信支持和感知探测功能的智能无人机需求呈现出急剧增长的趋势，对于当前基于通信感知分离设计的传统无人机系统构成了挑战，而通信感知一体化技术是应对该挑战的一种可行途径。然而由于无线信道的开放性和公开性，尤其是无人机与地面节点间的视距信道特性，使得无人机通信更容易被地面窃听者截获，这些因素会大大降低信息传输的安全性。其次，由于无人机的高速移动性、动态性以及实时性，使得传统的优化方法难以适应复杂的无人机场景。第三，由于要实现通感一体化无人机网络，对于通信与感知的权衡、以及无人机通感一体化框架的实现都会极大的增加应用场景的复杂度。
3、在现有的无人机通信网络中，无人机通信与感知的联合仍处于初级阶段，需要消耗大量功率和硬件实现，且无人机多注重纯通信场景，如何实现共享频谱、硬件的无人机通信感知一体化；在通信网络中如何在保证通信用户质量同时增强感知性能；如何设计保密波束形成以在保证无人机对窃听者感知能力的同时降低窃听者的接收信噪比；如何解决所提出的非凸优化问题等都是无人机通感一体化技术发展要解决的关键问题。
4、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
5、(1)现有技术只考虑无人机网络的通信问题，而实际上感知功能其本身以及对通信的辅助对于无人机都非常重要，仅考虑通信性能的无人机网络很难适应发展快速的通信技术。
6、(2)现有技术的通信与感知联合有限，
7、(3)现有的优化方法难以适应复杂的通感一体化无人机场景，无法解决所提出的安全轨迹与通感一体保密波束形成优化问题。
8、公开号为cn114584235b的专利申请文件，公开了基于感知的针对移动空中窃听者的上行通信安全方法，通过建立通信和感知一体化模型，针对移动空中窃听者部署灵活、机动性高的特点，联合设计迭代优化雷达信号和接收波束形成器，在干扰ae和与用户通信之间权衡优化；在保证基站bs与用户通信条件下，利用扩展卡尔曼滤波方法预测移动ae的轨迹和基站与ae间的信道状态信息csi，实现精准跟踪ae，实时获得基站与ae间的准确csi，进一步增强雷达信号对ae的干扰能力，提高可靠通信的保密性；基于交替优化算法，通过连续凸近似sca技术将雷达信号的优化转化为一系列半正定规划sdp问题，联合设计雷达信号和接收波束，进一步提高通信保密能力。但由于该方法考虑固定基站而没有考虑移动通信场景，且采用卡尔曼滤波而非精准定位技术，从而该方法对无人机等移动无线通信场景下应用型较差，没有无人机避障轨迹的设计以及对窃听者的高精度定位。
9、公开号为cn117425220a的专利申请文件，公开了一种无人机通信感知一体化系统的优化方法，构建无人机辅助下的通信感知一体化系统模型；其中，所述系统模型中包括若干个约束条件；在所述若干个约束条件下，联合优化感知调度、通信调度、无人机飞行轨迹、无人机发射功率以及波束赋型，构建最小化感知信息的平均信息年龄的非凸优化问题；重复求解所述非凸优化问题以使所述平均信息年龄持续更新，直到确定所述平均信息年龄更新无变化后，结束优化。本专利技术能够最小化感知信息的信息年龄，提高感知信息的时效性。但该方法只考虑了一般无人机通感场景下的无人机轨迹与波束形成问题，但没有考虑包含窃听者的无人机通感一体化网络中的保密通信问题，而且该方法主要解决了无人机通感一体化网络的高时效感知方法，但没有考虑存在障碍物和窃听者的场景中无人机的避障轨迹问题。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供了一种通感一体化无人机网络中的物理层安全传输方法及系统，在通感一体化无人机网络中，基于感知设计安全轨迹与保密波束形成的方案，通过通感信号感知空中可能存在的障碍物以及地面窃听者的位置来规划无人机的轨迹，同时依据所感知的窃听者的位置设计无人机对地面用户的保密波束形成，实现无人机自主避障轨迹以及对地面用户的最大保密通信速率；本专利技术实现了通感无人机感知功能对于保密通信以及安全轨迹的协助，能同时满足无人机工作场景的通信、感知、安全需求，所提出的优化算法具有高可靠性、低复杂度、低时延等特点。
2、为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
3、一种通感一体化无人机网络中的物理层安全传输方法，包括以下步骤：
4、步骤一，构建通感一体化无人机场景；
5、步骤二，对无人机通感信号以及感知过程建模；
6、步骤三，基于步骤二构建的通感信号以及感知过程，感知空中障碍物以及地面窃听者，采用多普勒处理获得感知距离-多普勒rd数据，再通过恒虚警检测算法cfar进行目标检测，最后通过多重信号分类music算法进行角度估计，得到障碍物以及窃听者的坐标；
7、步骤四，依据步骤三中感知所得障碍物以及窃听者坐标，进行安全轨迹规划；
8、步骤五，根据步骤二构建的通感信号以及感知过程，与步骤四规划的安全轨迹，对无人机与地面用户的保密通信过程进行建模；
9、步骤六，对无人机通信性能约束、感知波束图约束以及发射功率约束进行建模；
10、步骤七，依据步骤三中感知所得窃听者坐标以及步骤五构建的通信模型和步骤六构建的优化约束模型，建立保密通信波束形成优化目标；
11、步骤八，建立基于丁克尔巴赫算法的半正定优化算法求解步骤七中所建立的优化目标。
12、进一步，所述步骤一的具体过程如下：
13、所述通感一体化无人机场景包括一个搭载均匀平面阵列的无人机(其阵列数为m＝mx*my)、n个未知的覆盖无人机飞行高度的圆柱形障碍物(其半径为rb)、k个已知的地面通信用户useri(i＝1,2,...,k)，以及一个未知的地面窃听用户eve，无人机从已知的起点r0＝[0,0,h]飞行至目的地rd＝[xd,yd,h]，根据感知信息进行安全避障轨迹规划并进行保密通信波束形成设计，将无人机飞行过程划分为n个时隙，设定无人机等高度飞行，且速度始终保持每个时隙飞行距离为d；
14、无人机在第n时隙的位置表示为：
15、r(n)＝[x(n),y(n),h]，
16、其中，n表示时隙序号，x(n),y(n)分别表示无人机的水平面上的横纵坐标，h为飞行高度；
17、空中障碍物中心点位置表示为：
18、
19、其中，j＝1,2,...,nb表示障碍物序号；
20、地面用户位置表示为：
21、
22、其中，i＝1,2,...,k表示用户序号；
23、窃听者位置表示为：
24、reve＝[xeve,yeve,0]。
25、进一步，所述步骤二的具体过程如下：
26、步骤2.1采用线性调频连续波本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种通感一体化无人机网络中的物理层安全传输方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种通感一体化无人机网络中的物理层安全传输方法，其特征在于：所述步骤一的具体过程如下：
3.根据权利要求1所述的一种通感一体化无人机网络中的物理层安全传输方法，其特征在于：所述步骤二的具体过程如下：
4.根据权利要求1所述的一种通感一体化无人机网络中的物理层安全传输方法，其特征在于：所述步骤三的具体过程如下：
5.根据权利要求1所述的一种通感一体化无人机网络中的物理层安全传输方法，其特征在于：所述步骤四的具体过程如下：
6.根据权利要求1所述的一种通感一体化无人机网络中的物理层安全传输方法，其特征在于：所述步骤五的具体过程如下：
7.根据权利要求1所述的一种通感一体化无人机网络中的物理层安全传输方法，其特征在于：所述步骤六的具体过程如下：
8.根据权利要求1所述的一种通感一体化无人机网络中的物理层安全传输方法，其特征在于：所述步骤七的具体过程如下：
9.根据权利要求1所述的一种通感一
10.基于权利要求1至9任一项所述的一种通感一体化无人机网络中的物理层安全传输系统，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种通感一体化无人机网络中的物理层安全传输方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种通感一体化无人机网络中的物理层安全传输方法，其特征在于：所述步骤一的具体过程如下：
3.根据权利要求1所述的一种通感一体化无人机网络中的物理层安全传输方法，其特征在于：所述步骤二的具体过程如下：
4.根据权利要求1所述的一种通感一体化无人机网络中的物理层安全传输方法，其特征在于：所述步骤三的具体过程如下：
5.根据权利要求1所述的一种通感一体化无人机网络中的物理层安全传输方法，其特征在于：所述步骤四的具体过程如下：
...
【专利技术属性】
技术研发人员：俱莹，涂玉龙，徐小龙，裴庆祺，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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