【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信，特别是涉及一种基于空中智能反射面辅助的多时隙安全通感一体化方法。
技术介绍
1、随着物联网(iot)中智能手机、智能机器人、无人驾驶汽车等用户设备数量的大量出现，人们对高质量通信服务的需求日益增长，未来的无线网络需支持大规模连接与高通信速率。目前，对于第六代（6g）无线网络的研究不仅专注于高质量通信，还致力于通信与感知能力的融合，通过构建通感融合一体化（isac）系统来解决未来需求与超越经典通信，并提供高精度即时感知服务。近年来，智能反射面因其成本低、功耗低、易于部署等特点被广泛应用于各种无线通信系统中，智能反射面可以不需要任何射频链去被动地反射信号，没有自干扰和噪声干扰。与传统的天线阵列相比，它可以大大降低硬件复杂度和能源成本，通过主动操纵无线电环境实现低成本无线通信。
2、无人机由于其移动性强、部署随需应变、成本低廉等特点，在通信领域也发挥着重要作用。与地面通信相比，无人机可与地面结点建立视距信道，以提高通信链路的质量。将智能反射面安装在无人机上，实现空中智能反射面辅助安全通信可充分发挥二者的优势，提升安全通信网络性能，为三维网络的设计提供新的自由度。一方面，随着控制无人机的位置，其高度的上升会使得空中智能反射面更容易建立与地面节点的视距链路。另一方面，智能反射面具有重构无线传播环境的能力，有望改善空地视距链路被窃听的状况，通过智能控制反射信号，起到增强合法用户接收功率的同时削弱窃听者接收功率的效果，从而增强传输信息的安全性。
3、现有技术公开一种基于智能反射面通讯的优化方法，
技术实现思路
1、本专利技术的首要目的是克服现有技术存在的问题，提供一种基于空中智能反射面辅助的多时隙安全通感一体化方法，本专利技术能够确保用户平均总传输速率的最大化，同时提高通信过程的安全性。
2、作为本专利技术的另一目的，也基于前述目的的方法而提供与之相适应的系统。
3、为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于空中智能反射面辅助的多时隙安全通感一体化方法，所述方法包括以下步骤：
4、构建通感一体化系统，所述系统包括至少一个基站、至少一个智能反射面、个单天线通信用户、个感知目标和个窃听者，所述基站与所述个感知目标之间设有障碍物，所述智能反射面设置在无人机上；
5、所述个单天线通信用户和所述个感知目标接收所述基站的发射信号，所述发射信号用于所述基站与所述个单天线通信用户进行通信和用于所述基站与所述个感知目标进行感知；
6、计算所述个单天线通信用户的信噪比、所述个单天线通信用户对所述个窃听者的保密速率；计算所述智能反射面的噪声功率、消耗功率、工作效率、反射振幅和相移；所述个感知目标的波束图增益和均方互相关模式；
7、以所述基站的发射功率预算、所述保密速率、所述信噪比、所述噪声功率、所述消耗功率、所述工作效率、所述反射振幅和所述相移、所述波束图增益、所述均方互相关模式、所述智能反射面的飞行轨迹约束与位置约束、所述基站的协方差矩阵为约束条件建立联合优化问题，所述联合优化问题的优化量包括发射波束成形向量、感知协方差矩阵、智能反射面相移矩阵和联合无人机位置与速度的状态矩阵，求解所述联合优化问题，获得最大化用户的平均总通信速率，并保证单天线通信用户的通信安全。
8、进一步地，将所述联合优化问题通过拉格朗日对偶变换，并入引入辅助变量矢量，获得变换后的联合优化问题；将变换后的联合优化问题分解为多个子问题，采用交替变量迭代优化技术求解所述多个子问题，直到用户的平均总通信速率增量小于阈值，迭代结束。
9、进一步地，所述个单天线通信用户和所述个感知目标接收所述基站的发射信号，包括：所述发射信号经延迟对齐技术调制后，再由所述基站发送给所述个单天线通信用户和所述个感知目标。
10、进一步地，所述计算所述个单天线通信用户的信噪比、所述个单天线通信用户对所述个窃听者的保密速率；计算所述智能反射面的噪声功率、消耗功率、工作效率、反射振幅和相移；所述个感知目标的波束图增益和均方互相关模式，包括：以一个时隙来进行上述计算，将所述通感一体化系统的一个时间周期分为个时隙，为大于0的自然数。
11、进一步地，所述联合优化问题具体为：
12、
13、其中，约束条件表示时隙中基站的发射功率应不大于基站的发射功率预算，其中；约束条件保证用户在时隙中对于窃听者的保密速率与用户的必须大于下限，其中，；约束条件保证智能反射面在时隙中的噪声功率与消耗功率限制；约束条件表示智能反射面在时隙中的工作效率约束；约束条件表示智能反射面在时隙中的反射振幅和相移约束；约束条件表示均方互相关模式与感知波束图增益约束；约束条件和约束条件分别表示智能反射面在时隙中的飞行轨迹约束与位置约束；约束条件表示传感信号协方差矩阵的半正定性。
14、进一步地，将所述联合优化问题通过拉格朗日对偶变换，并入引入辅助变量矢量，获得变换后的联合优化问题；其中，变换后的联合优化问题具体为：
15、
16、其中，，，，为辅助变量矢量。
17、进一步地，所述将变换后的联合优化问题分解为多个子问题，采用交替变量迭代优化技术求解所述多个子问题，直到用户的平均总通信速率增量小于阈值，迭代结束，包括：将变换后的联合优化问题分解为三个子问题，分别为第一子问题、第二子问题和第三子问题，
18、所述第一子问题为固定所述智能反射面的相移矩阵和所述状态矩阵，优化所述发射波束成形向量和所述感知协方差矩阵，且对波束成形矩阵进行定义；
19、所述第二子问题为固定所述发射波束成形向量和所述感知协方差矩阵，优化所述智能反射面相移矩阵；
20、所述第三子问题为固定所述智能反射面相移矩阵、所述发射波束成形向量和所述感知协方差矩阵的情况下，优化所述状态矩阵；
21、采用交替变量迭代优化技术求解所述第一子问题、所述第二子问题和所述第三子问题，直到用户的平均总通信速率增量小于阈值，迭代结束。
22、进一步地，采用交替变量迭代优化技术求解所述第一子问题、所述第二子问题和所述第三子问题，直到用户的平均总通信速率增量小于阈值，迭代结束，包括：
23、所述第一子问题使用半定松弛技术将波束成形矩阵秩一约束去除，将所述第一子本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于空中智能反射面辅助的多时隙安全通感一体化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于空中智能反射面辅助的多时隙安全通感一体化方法，其特征在于，所述方法还包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于空中智能反射面辅助的多时隙安全通感一体化方法，其特征在于，所述个单天线通信用户和所述个感知目标接收所述基站的发射信号，包括：所述发射信号经延迟对齐技术调制后，再由所述基站发送给所述个单天线通信用户和所述个感知目标。
4.根据权利要求3所述的一种基于空中智能反射面辅助的多时隙安全通感一体化方法，其特征在于，所述计算所述个单天线通信用户的信噪比、所述个单天线通信用户对所述个窃听者的保密速率；计算所述智能反射面的噪声功率、消耗功率、工作效率、反射振幅和相移；所述个感知目标的波束图增益和均方互相关模式，包括：以一个时隙来进行上述计算，将所述通感一体化系统的一个时间周期分为个时隙，为大于0的自然数。
5.根据权利要求4所述的一种基于空中智能反射面辅助的多时隙安全通感一体化方法，其特征在于，所述联合优化问题具体为：
6.根据权利要求5所述的一种基于空中智能反射面辅助的多时隙安全通感一体化方法，其特征在于，将所述联合优化问题通过拉格朗日对偶变换，并入引入辅助变量矢量，获得变换后的联合优化问题；其中，变换后的联合优化问题具体为：
7.根据权利要求6所述的一种基于空中智能反射面辅助的多时隙安全通感一体化方法，其特征在于，所述将变换后的联合优化问题分解为多个子问题，采用交替变量迭代优化技术求解所述多个子问题，直到用户的平均总通信速率增量小于阈值，迭代结束，包括：将变换后的联合优化问题分解为三个子问题，分别为第一子问题、第二子问题和第三子问题，
8.根据权利要求7所述的一种基于空中智能反射面辅助的多时隙安全通感一体化方法，其特征在于，采用交替变量迭代优化技术求解所述第一子问题、所述第二子问题和所述第三子问题，直到用户的平均总通信速率增量小于阈值，迭代结束，包括：
9.一种基于空中智能反射面辅助的多时隙安全通感一体化系统，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的一种基于空中智能反射面辅助的多时隙安全通感一体化系统，其特征在于，还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于空中智能反射面辅助的多时隙安全通感一体化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于空中智能反射面辅助的多时隙安全通感一体化方法，其特征在于，所述方法还包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于空中智能反射面辅助的多时隙安全通感一体化方法，其特征在于，所述个单天线通信用户和所述个感知目标接收所述基站的发射信号，包括：所述发射信号经延迟对齐技术调制后，再由所述基站发送给所述个单天线通信用户和所述个感知目标。
4.根据权利要求3所述的一种基于空中智能反射面辅助的多时隙安全通感一体化方法，其特征在于，所述计算所述个单天线通信用户的信噪比、所述个单天线通信用户对所述个窃听者的保密速率；计算所述智能反射面的噪声功率、消耗功率、工作效率、反射振幅和相移；所述个感知目标的波束图增益和均方互相关模式，包括：以一个时隙来进行上述计算，将所述通感一体化系统的一个时间周期分为个时隙，为大于0的自然数。
5.根据权利要求4所述的一种基于空中智能反射面辅助的多时隙安全通感一体化方法，其特征在于，所述联合优化问题具体为：...
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