【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于信息技術(shù)，涉及一種抗gps欺騙的無人機(jī)軌跡設(shè)計與通信調(diào)度方法。
技術(shù)介紹
1、在空地通信系統(tǒng)中，無人機(jī)作為臨時基站為地面用戶提供通信服務(wù)有著廣泛的應(yīng)用。在復(fù)雜對抗環(huán)境中，無人機(jī)在飛行任務(wù)中向地面用戶發(fā)送隱私數(shù)據(jù)，這些信息對保密性要求極高，被惡意用戶竊聽后會造成巨大的損失；此外，無人機(jī)飛向終點時易受到敵方的gps欺騙干擾，增加無人機(jī)時間和資源開銷。因此，如何保證無人機(jī)在飛行任務(wù)中通信的安全性就成為了亟待解決的問題。
2、無人機(jī)安全通信的前提是無人機(jī)在一次執(zhí)行任務(wù)過程中能夠有效應(yīng)對安全威脅并及時到達(dá)終點。同時，在完成飛行任務(wù)的前提下也應(yīng)當(dāng)充分考慮無人機(jī)在任務(wù)執(zhí)行過程中的保密通信速率的優(yōu)化問題?，F(xiàn)有的應(yīng)對導(dǎo)航欺騙的方法大多是從欺騙信號的角度開展，即檢測到欺騙信號，再采取相應(yīng)的抵抗措施會帶來額外的時間開銷。此外，為了最大限度提升無人機(jī)在飛行過程中的保密通信速率，還需要考慮欺騙信號下的無人機(jī)通信速率優(yōu)化問題?，F(xiàn)有的方法，如凸優(yōu)化技術(shù)、啟發(fā)式算法(如粒子群算法)等能夠很好地解決通信環(huán)境中僅存在無線竊聽者下的無人機(jī)軌跡優(yōu)化問題，但是，無法有效地應(yīng)對通信環(huán)境中可能處于實時變化狀態(tài)的導(dǎo)航欺騙信號。
3、綜上所述，現(xiàn)有的研究方案無法有效地解決無人機(jī)在導(dǎo)航欺騙下的安全通信速率優(yōu)化問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種抗gps欺騙的無人機(jī)軌跡設(shè)計與通信調(diào)度方法，以解決現(xiàn)有的研究方案無法高效地應(yīng)對無人機(jī)在導(dǎo)航欺騙下的安全通信速率優(yōu)化問題。
2
3、第一方面，本專利技術(shù)提供一種抗gps欺騙的無人機(jī)軌跡設(shè)計與通信調(diào)度方法，包括：
4、設(shè)定無人機(jī)的飛行參數(shù)、訓(xùn)練參數(shù)、sac算法的模型參數(shù)、狀態(tài)空間及飛行動作空間；
5、基于sac算法的模型參數(shù)、狀態(tài)空間及飛行動作空間建立無人機(jī)的飛行以及通信調(diào)度策略；
6、在仿真虛擬環(huán)境下，無人機(jī)依據(jù)設(shè)定的飛行參數(shù)、訓(xùn)練參數(shù)開展多次模擬飛行任務(wù)，在飛行過程中無人機(jī)得到環(huán)境的實時反饋，更新sac算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，修正無人機(jī)的飛行策略；
7、算法經(jīng)過多輪訓(xùn)練迭代后，最終輸出軌跡優(yōu)化策略。
8、設(shè)定無人機(jī)的飛行參數(shù)、訓(xùn)練參數(shù)包括：
9、設(shè)定無人機(jī)出發(fā)起點、終點、發(fā)射功率、飛行高度以及飛行速度。
10、sac算法的模型參數(shù)、狀態(tài)空間及飛行動作空間包括：
11、sac算法的模型參數(shù)：訓(xùn)練次數(shù)、學(xué)習(xí)率、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)更新頻率；算法的狀態(tài)空間：無人機(jī)當(dāng)前位置坐標(biāo)、當(dāng)前偏向角度，無人機(jī)距離終點的歐式距離三部分；算法的動作空間：無人機(jī)下一時刻的飛行偏向角度，范圍是0度至360度。
12、基于sac算法建立無人機(jī)的飛行以及通信調(diào)度策略：
13、基于sac算法的無人機(jī)飛行以及通信調(diào)度策略的核心部分為獎勵函數(shù)的設(shè)計，更具體地，獎勵收益r，其計算表達(dá)式如下所示：
14、r＝rd+α1raway+α2rtarget+rt+α3rc
15、其中，rd表示無人機(jī)到達(dá)終點所獲得獎勵，飛行結(jié)束后若到達(dá)終點則為一固定的常數(shù)，例如100，反之若未到達(dá)終點則為0；raway表示無人機(jī)上一時刻與當(dāng)前時刻到終點之間距離的差值，靠近終點獲得正獎勵，遠(yuǎn)離終點獲得負(fù)獎勵；rtarget為當(dāng)前時刻無人機(jī)與終點之間的距離；rt表示無人機(jī)超出一定時間未到達(dá)終點所獲得的負(fù)獎勵(懲罰)；rc為無人機(jī)當(dāng)前時刻的保密通信速率；α1、α2、α3為權(quán)重因子；
16、無人機(jī)在空中飛行時，實際的通信鏈路遵循自由空間路徑損耗模型；在空地信道中，通信鏈路由los視線鏈路主導(dǎo)，忽略小尺度衰落的影響，依據(jù)香農(nóng)公式，無人機(jī)與地面用戶通信鏈路的保密通信速率rsecrecy計算公式如下所示：
17、
18、
19、
20、
21、rsecrecy＝[rs-re]+
22、其中，hi、he分別表示通信鏈路、竊聽鏈路的信道增益，h是無人機(jī)飛行的高度，qn是無人機(jī)在當(dāng)前時刻的空間坐標(biāo)，wi、we分別表示地面用戶、竊聽者的空間坐標(biāo)，β是空地信道距離為1m時的功率增益，rs、re分別表示通信鏈路、竊聽鏈路的通信速率，p表示無人機(jī)的發(fā)射功率，σ2表示地面用戶和竊聽者處的高斯白噪聲。
23、進(jìn)一步的，無人機(jī)開展多次飛行任務(wù)，在飛行過程中無人機(jī)得到環(huán)境的實時反饋，更新sac算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，用以不斷修正無人機(jī)的飛行策略：
24、無人機(jī)執(zhí)行一次飛行任務(wù)，由起點飛向終點，并選擇信道條件最好的地面用戶發(fā)送數(shù)據(jù)；無人機(jī)在飛行中會受到來自惡意用戶的影響，每隔一定的時間間隔后會得到實時的環(huán)境反饋r，用以更新sac算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以訓(xùn)練、修正無人機(jī)的飛行策略。
25、進(jìn)一步的，算法經(jīng)過多次訓(xùn)練迭代后，最終輸出軌跡優(yōu)化策略：
26、按照設(shè)置的算法迭代次數(shù)，無人機(jī)重復(fù)進(jìn)行多次飛行任務(wù)，欺騙信號中包含的偽造位置信息為環(huán)境中任意位置。無人機(jī)在飛行過程中的任一時刻，將自己當(dāng)前的位置坐標(biāo)、偏轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)輸入算法，得到下一時刻飛行的偏轉(zhuǎn)角，進(jìn)而得到下一步運(yùn)動的方向。
27、第二方面，本專利技術(shù)提供一種抗gps欺騙的無人機(jī)軌跡設(shè)計與通信調(diào)度系統(tǒng)，包括：
28、參數(shù)設(shè)定模塊，用于設(shè)定無人機(jī)的飛行參數(shù)、sac算法的模型參數(shù)、狀態(tài)空間及動作空間；
29、飛行策略修正模塊，用于訓(xùn)練基于sac算法無人機(jī)的飛行以及通信調(diào)度策略，在飛行過程中無人機(jī)得到環(huán)境的實時反饋，更新sac算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，用以不斷修正無人機(jī)的飛行策略；
30、迭代模塊，用于在多次任務(wù)中調(diào)度飛行策略修正模塊，不斷更新無人機(jī)飛行策略，直至到達(dá)迭代終點，最終輸出軌跡優(yōu)化策略。
31、第三方面，本專利技術(shù)提供一種計算機(jī)設(shè)備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機(jī)程序時實現(xiàn)一種抗gps欺騙的無人機(jī)軌跡設(shè)計與通信調(diào)度方法的步驟。
32、第四方面，本專利技術(shù)提供一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)一種抗gps欺騙的無人機(jī)軌跡設(shè)計與通信調(diào)度方法的步驟。
33、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)有以下技術(shù)效果：
34、本專利技術(shù)為了解決上述所列問題，設(shè)計了基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)sac(soft?actor-critic)算法的無人機(jī)安全通信方法，該方法能夠有效地應(yīng)對導(dǎo)航欺騙、無線竊聽，并最大限度提升無人機(jī)安全通信速率。
35、本專利技術(shù)所提出的無人機(jī)安全通信算法通過在設(shè)計獎勵函數(shù)時充分考慮安全通信速率所占比重，可以使得算法收斂后可以有效地應(yīng)對無線竊聽的干擾。此外，在gps欺騙信號區(qū)域內(nèi)，算法通過設(shè)計狀態(tài)空間(包含初始飛行角度這一關(guān)鍵要素)以及動作空間(包含偏向角度這一關(guān)鍵要素)，使得無人機(jī)能夠依據(jù)初始角度加偏向角度以保證無人機(jī)總能在不依靠導(dǎo)航定位信息的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種抗GPS欺騙的無人機(jī)軌跡設(shè)計與通信調(diào)度方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗GPS欺騙的無人機(jī)軌跡設(shè)計與通信調(diào)度方法，其特征在于，設(shè)定無人機(jī)的飛行參數(shù)、訓(xùn)練參數(shù)包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗GPS欺騙的無人機(jī)軌跡設(shè)計與通信調(diào)度方法，其特征在于，SAC算法的模型參數(shù)、狀態(tài)空間及飛行動作空間包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗GPS欺騙的無人機(jī)軌跡設(shè)計與通信調(diào)度方法，其特征在于，基于SAC算法建立無人機(jī)的飛行以及通信調(diào)度策略：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗GPS欺騙的無人機(jī)軌跡設(shè)計與通信調(diào)度方法，其特征在于，無人機(jī)開展多次飛行任務(wù)，在飛行過程中無人機(jī)得到環(huán)境的實時反饋，更新SAC算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，用以不斷修正無人機(jī)的飛行策略：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗GPS欺騙的無人機(jī)軌跡設(shè)計與通信調(diào)度方法，其特征在于，算法經(jīng)過多次訓(xùn)練迭代后，最終輸出軌跡優(yōu)化策略：
7.一種抗GPS欺騙的無人機(jī)軌跡設(shè)計與通信調(diào)度系統(tǒng)，其特征在于，包括：
8.一種計算機(jī)設(shè)備，包括存儲器、處理器
9.一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機(jī)程序，其特征在于，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權(quán)利要求1至6所述的一種抗GPS欺騙無人機(jī)軌跡設(shè)計與通信調(diào)度方法。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種抗gps欺騙的無人機(jī)軌跡設(shè)計與通信調(diào)度方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗gps欺騙的無人機(jī)軌跡設(shè)計與通信調(diào)度方法，其特征在于，設(shè)定無人機(jī)的飛行參數(shù)、訓(xùn)練參數(shù)包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗gps欺騙的無人機(jī)軌跡設(shè)計與通信調(diào)度方法，其特征在于，sac算法的模型參數(shù)、狀態(tài)空間及飛行動作空間包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗gps欺騙的無人機(jī)軌跡設(shè)計與通信調(diào)度方法，其特征在于，基于sac算法建立無人機(jī)的飛行以及通信調(diào)度策略：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗gps欺騙的無人機(jī)軌跡設(shè)計與通信調(diào)度方法，其特征在于，無人機(jī)開展多次飛行任務(wù)，在飛行過程中無人機(jī)得到環(huán)境的實時反饋，更新sac算法的神經(jīng)網(wǎng)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張尚偉，黃新杰，
申請(專利權(quán))人：西北工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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