一种无人机蜂群安全通信方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114221694A(43)申请公布日2022.03.22(21)申请号202210003107.6H04W84/06(2009.01)(22)申请日2022.01.04(71)申请人吉林大学地址130000吉林省长春市前进大街2699号(72)发明人孙庚郑晓雅李家辉王爱民梁爽刘昭孙泽敏刘衍珩(74)专利代理机构北京远大卓悦知识产权代理有限公司11369代理人王雪娇(51)Int.Cl.H04B7/185(2006.01)H04B7/08(2006.01)H04B7/06(2006.01)H04B7/024(2017.01)权利要求书3页说明书14页附图2页(54)发明名称一种无人机蜂群安全通信方法(57)摘要本发明公开了一种无人机蜂群安全通信方法，包括：获取监控区域上方待命的无人机数目和位置，需要通信的远程基站数目和位置以及窃听者位置；并且确定组成虚拟阵列天线传输信息的无人机数目；地面用户从无人机蜂群中选择一台无人机，作为第一通信无人机；第一通信无人机选择出多台第二通信无人机；以虚拟阵列天线通信的基站信噪比之和最小，同各基站通信时窃听者的信噪比之和最小，以及在飞行过程中无人机能源消耗最小作为优化目标，确定远程基站的最佳通信顺序、虚拟阵列天线中各无人机的最佳位置和最佳激励电流权重；虚拟阵列天线中的无人机移动到最佳位置后，以虚拟阵列天线的形式按照最佳通信顺序和最佳激励电流权重向远程基站传输通信数据。CN114221694ACN114221694A权利要求书1/3页1.一种无人机蜂群安全通信方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、获取监控区域上方待命的无人机数目和位置，需要通信的远程基站数目和位置以及窃听者位置；并且确定组成虚拟阵列天线传输信息的无人机数目；步骤2、地面用户从无人机蜂群中选择一台无人机，作为第一通信无人机；步骤3、所述第一通信无人机选择出多台第二通信无人机；其中，所述第一通信无人机与所述多台第二通信无人机共同组成虚拟阵列天线；步骤4、以虚拟阵列天线通信的基站信噪比之和最小，虚拟阵列天线同各基站进行通信时窃听者的信噪比之和最小，以及在飞行过程中无人机能源消耗最小作为优化目标，确定远程基站的最佳通信顺序、虚拟阵列天线中各无人机的最佳位置和最佳激励电流权重；步骤5、虚拟阵列天线中的无人机移动到最佳位置后，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分别传输给多个所述第二通信无人机，以虚拟阵列天线的形式按照所述最佳通信顺序和所述最佳激励电流权重向所述远程基站传输通信数据。2.根据权利要求1所述的无人机蜂群安全通信方法，其特征在于，在所述步骤1中，组成虚拟阵列天线传输信息的无人机数目的计算公式为：其中，PT表示传输当前通信数据所需要的总功率，PUAV_max表示单个无人机的最大功率。3.根据权利要求2所述的无人机蜂群安全通信方法，其特征在于，在所述步骤2中，地面用户计算其与监控区域上方每台无人机k距离dk，并且选择最小di值对应的无人机作为所述第一通信无人机；其中：式中，(xG,yG,zG)和分别表示需要传输信息给远程基站的地面用户和监控区域上方每台无人机k的三维坐标。4.根据权利要求3所述的无人机蜂群安全通信方法，其特征在于，在所述步骤5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：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；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。5.根据权利要求1或4所述的无人机蜂群安全通信方法，其特征在于，在所述步骤4，还包括：建立优化目标函数为：minF＝{‑f1,f2,f3}；其中：2CN114221694A权利要求书2/3页式中，表示无人机的位置，表示无人机的激励电流权重，代表通信基站顺序，NBS代表基站的数量，f1表示基站信噪比之和，f2表示窃听者的信噪比之和，f3表示无人机能源消耗，表示第j台基站与虚拟阵列天线通信时的信噪比，SNRKE‑j表示在第j台基站进行通信时窃听者的信噪比，Ei,j表示第i台无人机和第j台基站通信时的能源消耗。6.根据权利要求5所述的无人机蜂群安全通信方法，其特征在于，基站信噪比的计算模型为：其中，表示虚拟阵列天线和第j台基站之间的距离，α表示路径损耗指数，PCB表示虚拟阵列天线的总传输功率，表示虚拟阵列天线和第j台基站的恒径损耗系数，σ2表示噪声功率；表示第j台基站的天线增益；(xU,yU,zU)表示虚拟阵列天线中无人机的三维位置坐标的集合，表示第j个基站的方向，表示仰角，表示方位角，ω(θ,φ)表示无人机单位远场波束方向图的大小；η∈[0,1]表示虚拟阵列天线效率；为第j台基站方向的阵列因子函