[发明专利]一种考虑硬件损伤的无人机辅助无线通信的安全性能分析方法

权利要求书

1.一种考虑硬件损伤的无人机辅助无线通信的安全性能分析方法，其特征在于：步骤如下：

步骤一：建立采用保护区的无人机辅助的安全无线通信的系统模型，该系统由一个无人机基站，一个地面用户和多个地面窃听者构成，飞行的高度为H、在地面的覆盖范围为R的无人机向地面用户发送信号，地面用户在以无人机在地面的投影为圆心，保护区范围r_p为半径的圆形区域内服从均匀分布，窃听用户在无人机的保护区范围r_p之外、覆盖范围R之内的区域服从齐次泊松点过程；

步骤二：建立考虑了硬件损伤的信号传输模型，在无人机向合法用户发射信号的同时，窃听用户也能收到无人机发射的信号，考虑到发射端和接收端都存在硬件损伤，地面用户处接收到的信号表示为：y_p＝H_p(x+η_u)+η_p+n_p，其中p∈{d,i}，d代表合法用户，i∈Φ_e代表第i个窃听用户，Φ_e代表窃听用户的集合，x表示所发送的信号，其功率为P；H_p表示无人机和地面用户p之间的信道衰落系数；η_u和η_p分别代表发射端和接收端处的硬件损伤造成的失真噪声，其分别可以建模为服从均值为0，方差和的复高斯分布，k_u和k_p是用来表示硬件损伤水平的常参数；n_p表示地面用户p处的高斯白噪声，功率为给出相对应的信道的容量：

其中，表示无人机发射端的平均信噪比；

步骤三：假设信号从无人机到达地面用户之间同时经历的了大尺度衰落和小尺度衰落，H_p＝L_ph_p，其中为大尺度衰落，d_p表示用户到无人机的距离，β_p是当参考距离为1m时的路径损耗，α_p表示路径损伤指数，为小尺度衰落；

步骤四：根据信道的性质，利用高斯切比雪夫求积法，分别得到合法信道和窃听信道的功率增益的累积分布函数(CDF，cumulative distribution function)和概率密度函数(PDF，probability density function)：

其中，M是一个正整数，其值越大，该式的准确度越高，一般取值为15即可达到满意的计算精度，φ(x,y,z)＝Υ(x,y)-Υ(x,z)，表示下不完全Gamma函数，

步骤五：根据用户端的信噪比和对应信道的功率增益的关系，分别给出合法用户和窃听用户的信噪比的CDF；

其中，

步骤六：根据安全中断概率(SOP，secrecy outage probability)和平均安全速率(ASR，average secrecy rate)的定义，得到SOP和ASR的计算表达式，同时根据高信噪比下的合法用户和窃听用户处的信噪比的近似，给出ASR的渐进表达式；并利用高斯切比雪夫求积公式，给出闭式近似解；

其中，K是高斯切比雪夫积分的阶数，

步骤七：根据高信噪比下的合法用户和窃听用户处的信噪比的近似，给出ASR的渐进表达式；并利用高斯切比雪夫求积公式，给出闭式近似解；

其中，表示窃听用户的个数为0的概率。

步骤八：根据安全中断概率(SOP，secrecy outage probability)的定义，得到SOP的计算表达式并利用高斯切比雪夫求积公式，给出闭式近似解；

其中，