中国人民解放军陆军工程大学陈瑾获国家专利权
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龙图腾网获悉中国人民解放军陆军工程大学申请的专利一种双无人机协同的隐蔽通信方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN118054833B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-06-10发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202410072628.6,技术领域涉及:H04B7/185;该发明授权一种双无人机协同的隐蔽通信方法是由陈瑾;李国鑫;章礼玮;王海超;徐逸凡;贺文辉设计研发完成,并于2024-01-18向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种双无人机协同的隐蔽通信方法在说明书摘要公布了:本申请提供一种双无人机协同的隐蔽通信方法,方法包括:步骤1,表示双无人机协同隐蔽通信系统各节点的初始参数并构建双无人机协同隐蔽通信系统模型;步骤2,地面非法监听者使用似然比检测方式判断地面发射机以及无人机中继是否发射信号给地面接收机,并推导出系统的隐蔽性约束;步骤3,分析系统的隐蔽性能,采用两阶段传输有效吞吐量的最小值来描述整体性能,并作为优化目标,构建优化问题;步骤4,对优化问题中的约束项进行处理,使用多目标麻雀搜索算法,求解优化问题得到最优部署位置与功率设计方案。本申请提高了无人机中继隐蔽通信系统中的有效隐蔽通信速率。
本发明授权一种双无人机协同的隐蔽通信方法在权利要求书中公布了:1.一种双无人机协同的隐蔽通信方法,其特征在于,所述方法包括:步骤1,表示双无人机协同隐蔽通信系统各节点的初始参数并构建双无人机协同隐蔽通信系统模型;其中,节点包括地面发射机、地面非法监听者、地面接收机、无人机中继以及无人机干扰机;初始参数包括地面发射机、地面非法监听者、地面接收机三个节点的位置信息,两架无人机的部署位置范围、工作功率范围以及背景噪声;步骤2,地面非法监听者使用似然比检测方式判断地面发射机以及无人机中继是否发射信号给地面接收机,并推导出系统的隐蔽性约束;步骤3,分析系统的隐蔽性能,采用两阶段传输有效吞吐量的最小值来描述整体性能,并作为优化目标,构建优化问题;步骤4,对优化问题中的约束项进行处理,使用多目标麻雀搜索算法,求解优化问题得到最优部署位置与功率设计方案;步骤1:表示双无人机协同隐蔽通信系统各节点的初始参数并构建双无人机协同隐蔽通信系统模型,包括:设置的初始参数包括:地面发射机的水平位置坐标m:qa=[0,500];地面监听者的水平位置坐标m:qw=[400,450];地面接收机的水平位置坐标m:qb=[500,500];地面发射机工作功率范围W:0≤Pa≤0.01,无人机中继工作功率范围W:0≤Pr≤0.1,无人机干扰机工作功率范围W:0≤Pj≤1,无人机中继水平位置范围m:0≤xr≤1000,0≤yr≤1000,高度范围m:300≤Hr≤500;无人机干扰机水平位置范围m:0≤xj≤1000,0≤yj≤1000,高度范围m:300≤Hj≤500;环境背景噪声dBm:σw2=σb2=σr2=-120;参考距离为1m的信道增益dB:β0=-60;需要求解的未知参数为:无人机中继的最优水平位置qr=[xr,yr],无人机干扰机的最优水平位置qj=[xj,yj],无人机中继和无人机干扰机的最优高度Hr、Hj,地面发射机、无人机中继、无人机干扰机的最优工作功率功率Pa、Pr、Pj;用三维笛卡尔坐标系表示各节点的位置,无人机中继、无人机干扰机、地面发射机、地面接收机和地面非法监听者的水平位置分别表示为:qr=[xr,yr]、qj=[xj,yj]、qa=[xa,ya]、qb=[xb,yb]、qw=[xw,yw];无人机中继和无人机干扰机的高度分别表示为Hr和Hj;考虑两架无人机到地面的传输信道均为视距信道,地面发射机到无人机中继,无人机中继到地面接收机和地面非法监听者以及无人机干扰机到地面接收机和地面非法监听者的信道功率增益分别用har,hrb,hrw,hjb,hjw表示: 其中β0表示参考距离为1m时的信道功率增益;从地面发射机到地面非法监听者的地面信道表示为: 其中,gaw为服从CN0,1的准静态瑞利衰落,daw表示地面发射机与地面非法监听者之间的距离,α为路径损耗指数;步骤2,地面非法监听者使用似然比检测方式判断地面发射机以及无人机中继是否发射信号给地面接收机,并推导出系统的隐蔽性约束,包括:无人机中继工作在半双工模式下,地面发射机发出的信号经过两阶段的传输:第一阶段从地面发射机到空中的无人机中继,第二阶段从无人机中继到地面接收机;在传输的第一阶段的第i个符合周期,地面非法监听者处接收到的信号表示为: 其中,i=1,...,N,N为此次传输的有限块长度,xa[i]、xj[i]分别表示地面发射机与无人机干扰机发送的符号,nw[i]~CN0,σw2表示地面非法监听者处的背景噪声,Pa、Pj分别为地面发射机与无人机干扰机的发射功率;表示无人机中继没有转发信息,表示无人机中继转发了信息; 表示地面非法监听者判断地面发射机没有发送信息,表示地面非法监听者判断地面发射机发送了信息;则此时地面非法监听者的虚警概率表示为漏检概率表示为则地面非法监听者总的检测错误概率表示为:ξ1=π0PFA1+π1PMD1其中π0和π1表示无人机中继的先验发射概率,取π0=π1=0.5,即等先验发射概率;地面非法监听者的最佳检测阈值和对应的最小检测错误概率ξ*最优检测为似然比检测,似然比函数表示如下: 其中λ=π0π1=1,P1aw和P0aw分别为和条件下的似然函数,根据Pinsker不等式,ξ1存在一个下界,且ξ1的下界表示为: 其中,DP0aw|P1aw为P0aw到P1aw的KL散度,KL散度为相对熵,用于衡量P0aw和P1aw分布的不近似程度,值越小,表示两个分布越近似,相应的地面非法监听者的检测错误概率ξ就会增加;KL散度的表达式表示为: 其中γw1为传输第一阶段地面非法监听者处的信干噪比,表示为: 在隐蔽通信中,采用ξ1≥1-ε,其中ε为任意小的数值,由ξ1的下界可知,相对熵约束DP0aw|P1aw≤2ε2是比ξ1≥1-ε更为严格的约束,因此在传输的第一阶段中的隐蔽约束表示为:DP0aw|P1aw≤2ε2在传输的第二阶段,无人机中继对来自地面发射机的信号进行译码转发,则此时在第i个符合周期,地面非法监听者处接收到的信号表示为: 其中,xr[i]表示无人机中继译码转发的符号,Pr为无人机中继的转发功率;表示无人机中继没有转发信息,表示无人机中继转发了信息;地面非法监听者需要判断无人机中继是否发送了信号,用表示地面非法监听者判断无人机中继没有发送信息,表示地面非法监听者判断无人机中继发送了信息;则地面非法监听者的虚警概率表示为漏检概率表示为地面非法监听者总的检测错误概率表示为:ξ2=π0PFA2+π1PMD2使用相对熵约束DP0rw|P1rw≤2ε2作为第二阶段传输隐蔽约束;且DP0rw|P1rw的表达式为: 其中γw2为传输的第二阶段时地面非法监听者处的信干噪比,表示为: 在传输第二阶段的隐蔽约束表示为:DP0rw|P1rw≤2ε2步骤3,分析系统的隐蔽性能,采用两阶段传输有效吞吐量的最小值来描述整体性能,并作为优化目标,构建优化问题;包括:在传输的第一阶段,第i个符号周期无人机中继处接收到的信号表示为: 其中,xa[i]表示地面发射机发送的符号,nr[i]~CN0,σr2表示无人机中继处的背景噪声,Pa表示地面发射机的发射功率,无人机中继处的信噪比表示为: 在传输的第二阶段,第i个符号周期地面接收机处接收到的信号表示为: 其中,nb[i]~CN0,σb2表示地面接收机处的背景噪声,由于地面接收机处受到无人机干扰机的干扰影响,则地面接收机处的信干噪比表示为: 考虑短包隐蔽通信,因此对于N个有限码长的信息传输,接收机的译码错误概率的值通过以下方法确定: 其中是Q函数,k∈{r,b},Rk为传输速率,则有效吞吐量表示为:ηk=NRk1-δ为了衡量隐蔽通信的性能,将地面发射机到地面接收机两个阶段传输可实现的有效吞吐量的最小值作为性能指标,定义为:η=minηar,ηrbηk是关于γk的单调递增函数,优化有效吞吐量ηk等价于优化γk,优化目标为:γ=minγar,γrb,因此所构建的优化问题表示为: 其中,C1表示传输第一阶段的隐蔽约束,C2表示传输第二阶段的隐蔽约束,二者必须同时满足,才能实现隐蔽信息传输;C3、C4、C5分别表示地面发射机、无人机中继、无人机干扰机的工作功率范围;C6、C7分别表示无人机中继与无人机干扰机的高度范围。
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