[发明专利]基于感知的针对移动空中窃听者的上行通信安全方法

权利要求书

1.基于感知的针对移动空中窃听者的上行通信安全方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤一、针对移动空中窃听者部署灵活、机动性高的特点，通过建立通信和感知一体化ISAC模型，实现基站BS在与用户通信同时，应用雷达信号的感知功能对AE进行跟踪、干扰，同时表示ISAC系统中上行通信保密能力；

步骤二、基于步骤一建立的通信和感知一体化模型，利用扩展卡尔曼滤波EKF方法预测移动空中窃听者AE的轨迹和基站与AE间的信道状态信息CSI，实现精准跟踪移动空中窃听者AE，实时获得基站与AE间的准确CSI；

步骤三、对于给定的雷达信号x，使用闭式最优解优化接收波束形成器u；

步骤四、对于步骤三给定的u，基于连续凸近似SCA方法将雷达信号的优化问题转化为一系列半正定规划SDP问题进行求解，更新雷达信号x最优解；

步骤五：基于步骤三、步骤四反复迭代，联合设计优化雷达信号和接收波束形成器，实现在干扰AE和与用户通信之间权衡优化，即在空中窃听者AE信号与干扰和噪声比SINR、跟踪均方误差MSE和功率预算约束下最大化基站BS的噪声比SINR，保证基站BS与用户通信条件下，利用卡尔曼滤波方法精准预测并跟踪移动空中窃听者AE，进一步增强雷达信号对AE的干扰能力，提高可靠通信的保密性。

2.如权利要求1所述的基于感知的针对移动空中窃听者的上行通信安全方法，其特征在于：步骤一实现方法为，

步骤1.A：设定ISAC系统中包括一个具有N_x×N_y均匀平面阵列UPA的全双工ISAC基站、一个单天线合法用户和一个单天线空中窃听者；设定基站和用户的位置，AE的初始位置和速度,其中，基站位置记为q₀，用户的位置记为q_b，AE初始位置为q_e[n]，相应的速度

q₀＝[x₀,y₀,0]^T (1)

q_b＝[x_b,y_b,0]^T (2)

q_e[n]＝[x_e[n],y_e[n],z_e[n]]^T (3)

其中n表示周期T离散为N个时隙中的第n个时隙每个时隙δ表示时隙的时长；

步骤1.B:根据步骤1.A中给出的基站位置q₀、用户位置q_b和AE的初始位置q_e[n]及相应速度将从用户到BS、从用户到AE和从BS到AE的信道分别表示为

其中，ρ₀表示参考距离d₀＝1m处的信道功率；为服从标准复高斯分布的多路径衰落分量；d_u,b＝||q_b-q₀||，d_u,e[n]＝||q_e[n]-q_b||和d_b,e[n]＝||q_e[n]-q₀||分别表示用户到BS的距离，第n个时隙用户到AE的距离和BS到AE的距离；θ[n],φ[n]表示第n时隙中从BS到AE的方位角(AoD)和高度AoD；A(θ[n],φ[n])表示UPA的转向矢量，表达式为

步骤1.C:根据步骤1.B中给出的从用户到BS、从用户到AE和从BS到AE的信道，得到BS处接收到的上行链路信号和窃听者接收到的信号表达式分别为

r_b＝h_ubs+H_SIx+ξa^*(θ,φ)a^H(θ,φ)x+n_b (9)

其中，s表示用户的上行链路信号；表示由全双工操作引起的自干扰(SI)，其元素服从独立且同分布的复高斯分布；x是BS发射的雷达信号；a(θ,φ)＝vec(A(θ,φ))表示将UPA方向向量表示为列向量；表示BS处的加性白高斯噪声(AWGN)，表示AE处的AWGN；ζ表示雷达横截面积(RCS)；

步骤1.D:根据步骤1.B和步骤1.C中信道和接收信号表达式，得到BS和AE处的SINR表达式，分别表示为

其中，表示BS在接收叠加信号时的接收波束形成矢量，P_u是用户的信号发射功率；

步骤1.E:将步骤1.D中BS和AE处的SINR表达式，代入保密能力计算式，得到上行通信的保密能力

C_s[n]＝[R_B-R_E[n]]⁺ (12)

其中R_B＝log₂(1+γ_b),R_E[n]＝log₂(1+γ_e[n])[·]⁺表示max{·,0}

步骤1.F:通过建立如公式(1)(2)(3)(4)(9)(10)所示的通信和感知一体化模型，实现基站BS在与用户通信同时，应用雷达信号的感知功能对AE进行跟踪、干扰，同时表示ISAC系统上行通信保密能力如公式(12)。