【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于無線通信，具體涉及一種應用于無人機的多用戶保密與隱蔽上行安全通信方法。
技術介紹
1、在現有的無人機安全通信技術中，通常采用的是單一的安全保障技術，例如只保護傳輸內容的安全或者只保護通信行為的安全。針對不同用戶安全需求的不同層級的解決方案目前尚未有類似的完整方案。對于內容安全需求的用戶，現有技術可能采用加密算法、安全傳輸協議等技術來保護通信數據的安全性，防止被未授權方獲取或篡改。而對于通信行為的安全需求，通常采用身份認證、訪問控制等技術來確保通信過程的合法性和可信性。然而，現有技術未能在同一通信系統中同時兼顧這兩類不同安全層級的需求，缺乏一個統一的解決方案來有效保護不同用戶的內容安全和通信行為安全。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種應用于無人機的多用戶保密與隱蔽上行安全通信方法，能夠同時滿足保密用戶和隱蔽用戶的安全需求，為不同安全層級的用戶提供全面的安全保障。
2、為達到上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
3、一種應用于無人機的多用戶保密與隱蔽上行安全通信方法，包括以下步驟：
4、s1：基于無人機空地和地地信道特性，確定理論分析的信道模型；
5、s2：保密和隱蔽傳輸策略：采用功率域noma方法將隱蔽需求用戶的隱蔽信號隱藏在保密需求用戶的明文信號中進行上行傳輸到無人機；無人機首先對保密信號進行解碼，然后采用串行干擾消除(successiveinterferencecancellation,sic
6、s3：計算通信性能衡量指標，包括保密用戶的保密連接概率、保密用戶的安全中斷概率、隱蔽用戶的連接概率和竊聽者的檢測錯誤概率；
7、s4：考慮無人機懸停狀態下，隱蔽需求用戶和保密需求用戶都采用多天線波束成形的方式實現自己的傳輸需求，并使得系統的和安全速率達到最大，從而建立優化問題；
8、s5：對優化問題進行求解。
9、進一步，步驟s1中，空地信道模型構建如下：
10、考慮空地信道模型為慢衰落萊斯信道，無人機alice和保密需要用戶bob、隱蔽需求用戶carlo之間的信道模型分別包括大尺度衰落和小尺度衰落，其中bob到無人機alice的參數具體由下式子給出：
11、hba＝abagba,
12、其中，參數aba為空地鏈路的大尺度路徑損耗，分別描述為其中，ξba分別表示空地路徑損耗指數，λ0是los信道在1米處的路徑損耗參考值，η表示nlos信道的過剩路徑損耗系數，dba表示alice與bob之間的通信距離；對于無人機信道小尺度衰落，考慮萊斯信道模型，此處無人機空地信道gba描述為：
13、
14、其中，表示los信道分量，則分量表示nlos?rayleigh衰落分量，kba表示每個時隙的萊斯因子；同理得到carlo和alice之間的信道參數hca。
15、進一步，步驟s1中，地地信道模型構建如下：
16、地面用戶bob和carlo到竊聽者willie的信道同樣建模為大尺度衰落和小尺度衰落；其中bob到竊聽者willie的信道參數具體由如下表達式給出：
17、hbw＝abwgbw,
18、其中，大尺度參數和小尺度參數分別滿足同理得到carlo到竊聽者willie的信道參數hcw。
19、進一步，步驟s2中，假設在上行通信之前，無人機通過廣播實現合法用戶間的同步，已保證多用戶上行noma的實現；考慮保密需求用戶bob始終向無人機alice發送數據流u，隱蔽需求用戶carlo在其需要通信時向無人機alice發送隱蔽數據流v，且同時，竊聽者willie被動地竊聽bob傳輸的保密消息且竊聽carlo是否正在傳輸給alice；carlo通過利用來自bob的傳輸作為掩護來實現隱蔽通信；假設willie掌握合法用戶之間的通信機制，只要檢測到合法用戶的通信信號后，即可對合法用戶的信息進行竊取；考慮竊聽者信道狀態信息未知，僅考慮竊聽者willie的位置已知，在此假設下根據竊聽者距離合法距離最近和最遠場景下的邊界性能，通過考慮竊聽者離合法用戶的平均距離，計算系統的平均安全速率。
20、進一步，步驟s2中，隱蔽傳輸策略包括兩種狀態h0和h1，狀態h0下，bob以傳輸功率qb0用預編碼矩陣wb,0進行波束賦形發送保密信號，此時carlo保持靜默不發送任何信息；在狀態h1下，bob以傳輸功率qb1根據預編碼矩陣wb,1進行波束成形發送保密信，carlo收到bob的確認信號，并以傳輸功率qc發送隱蔽信號，將其隱藏在保密信號；在alice側，首先對保密信號進行解碼，然后采用串行干擾消除(successive?interference?cancellation,sic)方法解碼出隱蔽信號；則alice和willie接收到的信號表示為：
21、
22、多用戶在不同狀態下的波束成形向量滿足以下條件：和
23、進一步，步驟s3中，具體包括：
24、保密用戶的保密連接概率為：
25、
26、保密用戶的安全中斷概率為：
27、
28、隱蔽用戶的連接概率為：
29、
30、竊聽者的檢測錯誤概率為：
31、
32、其中γ(m)＝(m-1)！是gamma函數，且檢測錯誤概率表達式分子參數項
33、
34、進一步，步驟s4中，考慮無人機懸停狀態下，地面用戶bob和carlo都采用多天線波束成形的方式實現自己的傳輸需求，并使得系統的和安全速率達到最大，從而建立如下的優化問題：
35、
36、s.t.pso≤ηs,
37、ξ≥1-∈,
38、
39、其中和是優化問題中保密速率和隱蔽速率的權重系數；限制條件1為保密用戶bob的安全中斷概率，限制條件2是竊聽者對隱蔽用戶的檢測錯誤概率，限制條件3和4分別是bob和carlo的預編碼矩陣功率約束。
40、進一步，步驟s5中，采用半定松弛(semidefinite?relaxation，sdr)技術對優化問題進行求解：
41、
42、當矩陣滿足rank(wc)＝1和rank(wb,1)＝1時，所述優化問題中波束成形矩陣的最優解，使用奇異值分解(singular?value?decomposition，svd)來獲得最優的波束形成器wc和wb,1，即和當rank(wc)＞1和rank(wb,1)＞1時，采用高斯隨機化過程來生成問題的一解；優化問題p1進一步寫為如下形式：
43、
44、考慮完美隱蔽的通信場景，得到：
45、
46、目標函數進一步轉換為：
47、
48、優化問題進一步轉換為：
49、
50、目標本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種應用于無人機的多用戶保密與隱蔽上行安全通信方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的應用于無人機的多用戶保密與隱蔽上行安全通信方法，其特征在于：步驟S1中，空地信道模型構建如下：
3.根據權利要求2所述的應用于無人機的多用戶保密與隱蔽上行安全通信方法，其特征在于：步驟S1中，地地信道模型構建如下：
4.根據權利要求1所述的應用于無人機的多用戶保密與隱蔽上行安全通信方法，其特征在于：步驟S2中，假設在上行通信之前，無人機通過廣播實現合法用戶間的同步，已保證多用戶上行NOMA的實現；考慮保密需求用戶Bob始終向無人機Alice發送數據流u，隱蔽需求用戶Carlo在其需要通信時向無人機Alice發送隱蔽數據流v，且同時，竊聽者Willie被動地竊聽Bob傳輸的保密消息且竊聽Carlo是否正在傳輸給Alice；Carlo通過利用來自Bob的傳輸作為掩護來實現隱蔽通信；假設Willie掌握合法用戶之間的通信機制，只要檢測到合法用戶的通信信號后，即可對合法用戶的信息進行竊取；考慮竊聽者信道狀態信息未知，僅考慮竊聽者Willie的位置
5.根據權利要求4所述的應用于無人機的多用戶保密與隱蔽上行安全通信方法，其特征在于：步驟S2中，隱蔽傳輸策略包括兩種狀態H0和H1，狀態H0下，Bob以傳輸功率Qb0用預編碼矩陣wb,0進行波束賦形發送保密信號，此時Carlo保持靜默不發送任何信息；在狀態H1下，Bob以傳輸功率Qb1根據預編碼矩陣wb,1進行波束成形發送保密信，Carlo收到Bob的確認信號，并以傳輸功率Qc發送隱蔽信號，將其隱藏在保密信號；在Alice側，首先對保密信號進行解碼，然后采用串行干擾消除(Successive?Interference?Cancellation,SIC)方法解碼出隱蔽信號；則Alice和Willie接收到的信號表示為：
6.根據權利要求1所述的應用于無人機的多用戶保密與隱蔽上行安全通信方法，其特征在于：步驟S3中，具體包括：
7.根據權利要求1所述的應用于無人機的多用戶保密與隱蔽上行安全通信方法，其特征在于：步驟S4中，考慮無人機懸停狀態下，地面用戶Bob和Carlo都采用多天線波束成形的方式實現自己的傳輸需求，并使得系統的和安全速率達到最大，從而建立如下的優化問題：
8.根據權利要求1所述的應用于無人機的多用戶保密與隱蔽上行安全通信方法，其特征在于：步驟S5中，采用半定松弛SDR技術對優化問題進行求解：
9.根據權利要求8所述的應用于無人機的多用戶保密與隱蔽上行安全通信方法，其特征在于：所述采用二分法或者定點迭代法得到所述可行解，具體包括：
...【技術特征摘要】
1.一種應用于無人機的多用戶保密與隱蔽上行安全通信方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的應用于無人機的多用戶保密與隱蔽上行安全通信方法，其特征在于：步驟s1中，空地信道模型構建如下：
3.根據權利要求2所述的應用于無人機的多用戶保密與隱蔽上行安全通信方法，其特征在于：步驟s1中，地地信道模型構建如下：
4.根據權利要求1所述的應用于無人機的多用戶保密與隱蔽上行安全通信方法，其特征在于：步驟s2中，假設在上行通信之前，無人機通過廣播實現合法用戶間的同步，已保證多用戶上行noma的實現；考慮保密需求用戶bob始終向無人機alice發送數據流u，隱蔽需求用戶carlo在其需要通信時向無人機alice發送隱蔽數據流v，且同時，竊聽者willie被動地竊聽bob傳輸的保密消息且竊聽carlo是否正在傳輸給alice；carlo通過利用來自bob的傳輸作為掩護來實現隱蔽通信；假設willie掌握合法用戶之間的通信機制，只要檢測到合法用戶的通信信號后，即可對合法用戶的信息進行竊取；考慮竊聽者信道狀態信息未知，僅考慮竊聽者willie的位置已知，在此假設下根據竊聽者距離合法距離最近和最遠場景下的邊界性能，通過考慮竊聽者離合法用戶的平均距離，計算系統的平均安全速率。
5.根據權利要求4所述的應用于無人機的多用戶保密與隱蔽上行安全通信方法，其特征在于：步驟...
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