[发明专利]一种基于无人机的高能效的传感器数据安全采集算法

权利要求书

1.一种基于无人机的高能效的传感器数据安全采集算法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取无人机在T时间内采集区域内K个地面传感器三维坐标和窃听者的三维坐标；

S2、根据步骤1获取的信息，建立无人机航迹和速率优化问题模型；

S3、求解步骤2建立的所述无人机航迹和速率优化问题模型；

S4、根据步骤3求得的无人机航迹，设定保密传输速率门限条件，选择合适的传感器被唤醒激活，向无人机发送数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1中第k个传感器的三维位置表示为(s_k,0)，其中s_k＝(x_k,y_k)是传感器的水平坐标；窃听者的三维位置表示为(w,z)，其中w＝(x_e,y_e)是窃听者的水平坐标；将无人机执行数据采集任务的时间T划分成N个相等的时隙长度Δt，时隙足够小以至于可以认为无人机在一个时隙内位置不变，于是无人机的航迹可以表示为一系列三维的空间点其中u[n]＝(x[n],y[n])表示无人机在第n时隙的水平坐标，第n个时隙内无人机的速度为表示为v[n]，v[n]＝(v_x[n],v_y[n])，无人机在采集数据时处于巡航模式，飞行高度固定为z，其初始位置和结束位置记为u[0]＝u₀和u[N]＝u_N。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2中建立所述无人机航迹和速率优化问题模型如下：

其中，ξ(U,V)表示无人机数据采集的保密传输能效，是航迹U和速度V的函数，表示第k个传感器到窃听者的距离，是无人机的推进功率，c₁和c₂是和无人机重量、翼展面积、空气密度相关的参数，P_max、V_max、V_acc分别是无人机的最大功率、速度和加速度，B是信道带宽，γ₀是无人机接收信号的参考信噪比。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤3的求解过程为：

S31、进行参数规划；具体地，引入松弛变量和将能效ξ视为一个参数，给定ξ的一个初始值ξ⁽⁰⁾，优化问题模型可通过迭代求解下面参数化规划问题来求解

其中，ξ^(j)表示前一次迭代求解得到的能效，被用于当前迭代，并在当前迭代结束被更新后用于下一次迭代；

S32、一阶泰勒近似；具体地，对步骤31的求解，还需进一步转化，对于步骤31中的优化变量(U,V,Φ,Θ)的一个给定值并将步骤31中的和||v[n]||²进行一阶泰勒展开近似：

运用上面两个泰勒近似，进一步转化，给定优化变量(U,V,Φ,Θ)的一个初始值可通过迭代求解下面问题来得到最优解：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤4选择合适的传感器发送数据供无人机接收，具体地，在无人机执行任务的每一时隙中，可能有一部分传感器因为保密传输速率太低而实际无法有效发送数据，因此，可以在每一时隙，选择保密传输速率大于一个给定门限值的传感器被选择激活发送数据，从而提高传感器的能量利用效率，保密传输速率表示为给定门限为R₀，传感器选择规则为等价为：如果则第k个传感器在第n时隙被选择激活发送数据，否则不被激活发送数据。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于：介质上存有计算机程序，计算机程序运行后，执行如权利要求1至5中任一项所述的基于无人机的高能效的传感器数据安全采集算法。

7.一种计算机系统，其特征在于：包括处理器、存储介质，存储介质上存有计算机程序，处理器从存储介质上读取并运行计算机程序以执行如权利要求1至5中任一项所述的基于无人机的高能效的传感器数据安全采集算法。