[发明专利]一种基于无人机蜂群的海上保密通信方法

说明书

本发明公开了一种基于无人机蜂群的海上保密通信方法，包括：一、获取海上合法通信的两个船只的位置和海上窃听船只的位置，以及确定能够执行通信任务的无人机数量；二、以第一目标函数最大，第二目标函数最小以及第三目标函数最小作为优化目标，确定虚拟天线阵列中各无人机的最佳位置和最佳激励电流权重；第一目标函数为：无人机天线阵列通信的海上合法接收信号的船只的信号与干扰加噪声比；第二目标函数为：无人机天线阵列通信的海上窃听船只的信号与干扰加噪声比；第三目标函数为：在飞行过程中无人机能量消耗；三、虚拟天线阵列中的无人机移动到最佳位置后，按照最佳激励电流权重，向海上窃听船只发送干扰信号，实现海上保密通信。

技术领域

本发明属于海上物理层保密通信技术领域，特别涉及一种基于无人机蜂群的海上保密通信方法。

背景技术

随着海上活动和海洋经济的不断发展，建立一个高速并可靠的海上通信逐渐被人关注。无人机能够作为空中基站以及空中中继来协助海上通信，为海上船只提供可靠且高效的无线通信服务。在无人机作为空中中继/基站的场景中，海上合法船只欲进行通信，然而海上可能存在未知的窃听船只窃取合法信息。虽然采用上层加密的方式可以实现无线网络中的机密通信，但是频繁的加密和解密需要较高的计算能力，这给具有有限硬件资源的海上船只带来了严峻的挑战。此时可以利用无人机蜂群建立连接，之后使用单跳或者多跳的方法向窃听船发送干扰信息，但是这种方法会带来额外的能量消耗，对传输功率有限的无人机来说无疑带来了很大挑战。此外，窃听船只的位置离无人机蜂群较远，传统模式下无人机蜂群不能直接发送干扰信号，需要移动到窃听船只附近，这样也会消耗额外的能耗。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种基于无人机蜂群的海上保密通信方法，能够确定虚拟天线阵列中无人机的最佳位置以及最佳激励电流权重，在保证海上船只安全通信的前提下，减少无人机蜂群移动能量消耗。

本发明还有一个目的是通过改进的蝗虫优化算法确定无人机的最佳位置以及最佳激励电流权重，能够获得更好的优化效果，进一步高海上通信的安全性，并且进一步减少无人机蜂群移动能量消耗。

本发明提供的技术方案为：

一种基于无人机蜂群的海上保密通信方法，包括如下步骤：

步骤一、获取海上合法通信的两个船只的位置和海上窃听船只的位置，以及确定能够执行通信任务的无人机数量；

其中，所述能够执行通信任务的无人机组成虚拟天线阵列；

步骤二、确定三个目标函数，以第一目标函数最大，第二目标函数最小以及第三目标函数最小作为优化目标，确定虚拟天线阵列中各无人机的最佳位置和最佳激励电流权重；

其中，所述第一目标函数为：无人机天线阵列通信的海上合法接收信号的船只的信号与干扰加噪声比；

所述第二目标函数为：无人机天线阵列通信的海上窃听船只的信号与干扰加噪声比；

所述第三目标函数为：在飞行过程中无人机能量消耗；

步骤三、虚拟天线阵列中的无人机移动到最佳位置后，按照最佳激励电流权重，向所述海上窃听船只发送干扰信号，实现海上保密通信。

优选的是，所述第一目标函数的表达式为：

其中，表示虚拟天线阵列中无人机的三维位置坐标，表示无人机的激励电流权重；P_A表示合法发送信号船只的信号传输功率；β_A2B表示海上合法通信的两个船只之间的路径损耗系数；P_TU表示虚拟天线阵列的总传输功率；G_B表示无人机天线阵列向合法接收信号的船只的天线增益；β_U2B表示无人机天线阵列与合法接收信号的船只的路径损耗系数；σ²表示噪声功率。