[发明专利]一种针对可飞行监听者的无人机中继隐蔽通信方法

权利要求书

1.一种针对可飞行监听者的无人机中继隐蔽通信方法，其特征在于，所述通信方法通过联合优化多天线发信端的发射功率P_a、发送信号包长n₁和无人机中继发送信号幅值方差P、发送信号包长n₂来实现防止被具有可移动性的无人机监听者检测到其隐蔽通信事实，并实现在保证其可以隐蔽通信的前提下实现连接有效传输速率η最大化；包括以下步骤：

第一步，进行以下设置：

(1)固定发信者a和接收者b的初始位置，则发信者a的位置为A(0,0，0)，发信者b的位置为B(x_b,0,0)；无人机监听者w的位置为W(x_w,0,z_w)，无人机中继u的位置为U(x_u,0,z_u)；

(2)定义au、ub间距离分别用r_au、r_ub表示；监听者w距离发信者a之间的距离d_aw大于r_amin且小于r_amax，其中，r_amin表示离a的最小距离，r_amax表示离a的最大距离；同样，监听者w与中继u之间的距离距离d_uw大于r_umin并小于r_umax，其中，r_umin表示离u的最小距离，r_umax表示离u的最大距离；

(3)用户之间信道衰减服从瑞利分布和大尺度衰落的叠加a_ijh_ij，其中i,j∈(a,u,w,b)，h_ij代表小尺度信道衰减系数，且h_ij服从标准正态分布；其中d_ij、λ₀、η、α、β、θ_ij分别代表用户间的距离、视距信道1m处的功率衰减参数、非视距信道1m处的额外衰减参数、视距信道概率环境参数α、视距信道概率环境参数β、两个用户间仰角；

(4)发信端多天线采取编码矩阵为以实现面向u最大速率传输，其中h_au代表a和u间的信道衰落，代表向量h_au的共轭转置；

(5)发信者a的信息发送功率P_a不超过其上限功率P_amax，中继采用将接收信号以ζ转发，其中ζ服从复高斯分布方差为P；a发送信号使用包长为n₁，其最大可用包长为N₁；u发送信号使用包长为n₂，其最大可用包长为N₂；

(6)无人机监听者w在其探测位置W上，通过判断接收到的a信号功率T_aw和u的信号功率T_uw的大小来判断a和u是否发送信号：当信号功率T_aw和T_uw高于预先设定的探测功率的门限值Γ_aw和Γ_uw时，判定a和u发送信号，否则判定二者没有发信号；上述判断是否正确存在概率，当w判断正确时会对通信双方进行干预，此时隐蔽通信被发现；其中，w正确判断的概率定义为隐蔽中断概率；通过分析隐蔽中断概率与W和Γ_aw、Γ_uw的单调性找出可以使最大化的最佳探测位置W^*和最佳探测功率的门限值和此时构成针对发信者和中继的最恶劣通信情况；

(7)在步骤(6)中构成的最恶劣通信状态下，通过合理安排发信者a的信息发送功率P_a、发送信息包长n₁和中继发射信号幅值方差大小P、发送信息包长n₂，使隐蔽传输有效传输速率η最大化，同时保证隐蔽通信错误检测概率不低于其上限值1-∈，其中∈表示通信方设定的隐蔽中断概率最大门限值；

第二步，根据第一步的发信者和无人机中继位置的具体设置，通过分别计算并分析隐蔽通信错误检测概率与W、Γ_aw和Γ_uw单调性的关系，获取最佳探测功率的门限值和和最佳探测位置W^*，使监听者正确检测到发信者a和中继u是否发信息这一事实的概率最大化；其中针对发信者a的最佳检测功率门限值如公式(2)所示，针对中继u的最佳检测功率门限值如公式(3)所示，最佳探测地点如公式(4)所示：

W^*＝(r_amincosθ_anun,0,r_aminsinθ_anun). (4)

式中，为监听者接收白噪声的方差，由通信双方具体的信道环境确定；θ_anun表示r_amin与r_umin交点与发信者a的仰角大小；a_aw表示发信者与无人机监听者间的大尺度衰落；a_uw表示无人机中继与无人机监听者间的大尺度衰落；

因此，当无人机监听者w在最佳探测位置W^*并以最佳探测功率的门限值和作为探测门限值，对其接收到的来自a和u的信号的功率大小进行判定，决定a和u是否存在通信事实时，a和u端隐蔽通信错误检测概率和表示为如公式(5)和(6)所示：

其中，代表相关熵；∈表示发射方设定的隐蔽通信中断概率最大值；表示监听端对发信者的虚警误判概率；表示监听端对发信者的漏检误判概率；n₁表示发信者使用的发送信息的包长；表示监听端对无人机中继的虚警误判概率；表示监听端对无人机中继的漏检误判概率；n₂表示无人机中继使用的发送信息的包长；

根据定义，发信者a与中继u间的有效传输速率η_au表示成如公式(7)所示：

其中，h_au表示发信者和无人机中继间的瑞利衰落；表示中继处的噪声方差值；a_au表示发信者和无人机中继间的大尺度衰落系数；Q^-1(*)为逆Q-函数、δ是允许的解调误码率；γ_au表示无人机中继处的收到的发信者的信噪比；

根据定义，中继u与接收者b间的有效传输速率η_ub表示成如公式(8)所示：

其中，ζ表示发信者端的信号放大系数；a_ub表示无人机中继和接收者间的大尺度衰落系数；h_ub无人机中继和接收者间的瑞利衰落；表示接收者的噪声方差值；

根据公式(5)和公式(7)得出P_a和n₁的最佳值，如公式(9)所示：

其中，N₁表示发信者允许的最大数据包长度；表示的逆函数；

根据公式(6)和公式(8)得出P和n₂的最佳值，如公式(10)所示：

其中，N₂表示无人机中继允许的最大数据包长度；表示的逆函数。

2.根据权利要求1所述的一种针对可飞行监听者的无人机中继隐蔽通信方法，其特征在于，第一步所述步骤(7)中所述隐蔽传输有效传输速率η是中继处信号包长n₁与传输速率R_au和接收者处信号包长n₂与传输速率R_ub乘积的最小值，即η＝min(η_au,η_ub)。