一种基于无人机蜂群的海上保密通信方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115942299A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211444113.1(22)申请日2022.11.18(71)申请人吉林大学地址130000吉林省长春市前进大街2699号(72)发明人王爱民黄嘉玮孙庚李家辉郑晓雅孙泽敏刘赛超张闯(74)专利代理机构北京远大卓悦知识产权代理有限公司11369专利代理师刘小娇(51)Int.Cl.H04W12/02(2009.01)H04W12/03(2021.01)H04W12/00(2021.01)权利要求书3页说明书11页附图1页(54)发明名称一种基于无人机蜂群的海上保密通信方法(57)摘要本发明公开了一种基于无人机蜂群的海上保密通信方法，包括：一、获取海上合法通信的两个船只的位置和海上窃听船只的位置，以及确定能够执行通信任务的无人机数量；二、以第一目标函数最大，第二目标函数最小以及第三目标函数最小作为优化目标，确定虚拟天线阵列中各无人机的最佳位置和最佳激励电流权重；第一目标函数为：无人机天线阵列通信的海上合法接收信号的船只的信号与干扰加噪声比；第二目标函数为：无人机天线阵列通信的海上窃听船只的信号与干扰加噪声比；第三目标函数为：在飞行过程中无人机能量消耗；三、虚拟天线阵列中的无人机移动到最佳位置后，按照最佳激励电流权重，向海上窃听船只发送干扰信号，实现海上保密通信。CN115942299ACN115942299A权利要求书1/3页1.一种基于无人机蜂群的海上保密通信方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、获取海上合法通信的两个船只的位置和海上窃听船只的位置，以及确定能够执行通信任务的无人机数量；其中，所述能够执行通信任务的无人机组成虚拟天线阵列；步骤二、确定三个目标函数，以第一目标函数最大，第二目标函数最小以及第三目标函数最小作为优化目标，确定虚拟天线阵列中各无人机的最佳位置和最佳激励电流权重；其中，所述第一目标函数为：无人机天线阵列通信的海上合法接收信号的船只的信号与干扰加噪声比；所述第二目标函数为：无人机天线阵列通信的海上窃听船只的信号与干扰加噪声比；所述第三目标函数为：在飞行过程中无人机能量消耗；步骤三、虚拟天线阵列中的无人机移动到最佳位置后，按照最佳激励电流权重，向所述海上窃听船只发送干扰信号，实现海上保密通信。2.根据权利要求1所述的基于无人机蜂群的海上保密通信方法，其特征在于，所述第一目标函数的表达式为：其中，表示虚拟天线阵列中无人机的三维位置坐标，表示无人机的激励电流权重；PA表示合法发送信号船只的信号传输功率；βA2B表示海上合法通信的两个船只之间的路径损耗系数；PTU表示虚拟天线阵列的总传输功率；GB表示无人机天线阵列向合法接收信号的船只的天线增益；βU2B表示无人机天线阵列与合法接收信号的船只的路径损耗系数；σ2表示噪声功率。3.根据权利要求2所述的基于无人机蜂群的海上保密通信方法，其特征在于，所述海上合法通信的两个船只之间的路径损耗系数为：其中，hs为海平面高度，dA2B为海上合法通信的两个船只之间的距离，CU为环境相关的常量。4.根据权利要求3所述的基于无人机蜂群的海上保密通信方法，其特征在于，无人机天线阵列与合法接收信号的船只的路径损耗系数为：其中，ηLOS为视距链路的衰减因子,ηNLOS为非视距链路的衰减因子,αa和αb表示海上环境中sigmoid函数的参数；fc表示无人机的载波频率；dU2B表示无人机虚拟天线阵列中心与合法接收信号的船只的距离，hU为无人机虚拟天线阵列中心的高度。5.根据权利要求3或4所述的基于无人机蜂群的海上保密通信方法，其特征在于，所述第二目标函数的表达式为：2CN115942299A权利要求书2/3页其中，表示虚拟天线阵列中无人机的三维位置坐标，表示无人机的激励电流权重；PA表示合法发送信号船只的传输功率；βA2E表示合法发送信号船只和窃听船只之间的路径损耗系数；PTU表示虚拟天线阵列的总传输功率；GE表示无人机天线阵列向窃听船2只方向的天线增益；βU2E表示无人机天线阵列与窃听船只的路径损耗系数；σ表示噪声功率。6.根据权利要求5所述的基于无人机蜂群的海上保密通信方法，其特征在于，所述第三目标函数的表达式为：其中，表示虚拟天线阵列中无人机的三维位置坐标，Ei表示虚拟天线阵列中第i架无人机通信时的能量消耗，NU表示虚拟天线阵列中的无人机数量；虚拟天线阵列中无人机通信时的能量消耗的计算公式为：式中，T表示无人机的总飞行时间，v(t)表示无人机在时刻t的速度，mU表示无人机的重量，g表示重力加速度，h(T)表示飞行结束时无人机的高度，h(0)表示初始时无人机的高度；P(v)表示无人机在二维水平空间飞行时的推动能量消耗，PB和PI是两个常数，分别表