[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

说明书

本发明公开基于感知的针对移动空中窃听者的上行通信安全方法，属于通信物理层安全与雷达干扰抑制领域。本发明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模型，联合设计迭代优化雷达信号和接收波束形成器，在干扰AE和与用户通信之间权衡优化；在保证基站BS与用户通信条件下，利用扩展卡尔曼滤波方法预测移动AE的轨迹和基站与AE间的信道状态信息CSI，实现精准跟踪AE，实时获得基站与AE间的准确CSI，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；基于交替优化算法，通过连续凸近似SCA技术将雷达信号的优化转化为一系列半正定规划SDP问题，联合设计雷达信号和接收波束，进一步提高通信保密能力。

技术领域

本发明涉及一种基于感知的针对移动空中窃听者的上行通信安全方法，属于通信物理层安全与雷达干扰抑制领域。

背景技术

无人机(UAV)具有良好的通信链路，部署灵活，机动性高等优点，在巡逻监视，搜救等公共应用中收到广泛应用。然而，由于无线通信固有的开放特性，无人机对信息安全和隐私的威胁也在增加，例如无人机可以作为空中窃听者(AE)被部署。为了解决这个问题，可以采用物理层安全(PLS)技术，该技术利用合法链路和正在进行的链路之间的信道状态信息(CSI)的差异来增强保密性，从而实现针对AE的信息传输安全。

在实际通信系统中实现PLS的一个难题是获取AE的CSI，因为AE一般是非合作的。通信感知一体化(ISAC)由于能够同时执行感知和通信功能而备受关注，感知功能可以帮助估计AE的到达角(AoA)信息，然后可以将其用于安全波束形成。N.Su将PLS问题考虑在下行链路MIMO ISAC系统中，其中提出了一种稳健的优化方法来提高不完全CSI下的保密率。S.Fang研究了可重构智能表面(RIS)辅助安全DFRC系统的联合发射波束模式和相移优化。对于具有空中AE的场景，Y.Cai提出了一种稳健且安全的资源分配方案来增强UAVs的保密性能。

对于上行链路，X.Wang提出了一种针对AE的感知辅助上行链路通信安全框架，其中基站合成宽波束以检测未经授权的AE，同时保证通信安全。然而现有的研究方法都没有考虑过对移动的AE的跟踪。因为空中AE高速移动，其位置和CSI也会迅速变化，所以AE的跟踪对于PLS的设计至关重要。本发明致力于解决针对移动AE，利用感知辅助上行链路通信安全。

发明内容

本发明针对存在移动AE的上行链路通信安全问题，本发明主要目的是基于ISAC系统提供基于感知的针对移动空中窃听者的上行通信安全方法，针对移动空中窃听者部署灵活、机动性高的特点，利用扩展卡尔曼滤波EKF技术预测移动空中窃听者的轨迹和信道状态信息CSI，精准跟踪AE获得准确CSI；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，联合设计雷达信号和接收波束形成器，在干扰AE和与用户通信之间权衡设计，使得保密能力最大，增强通信保密性。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的基于感知的针对移动空中窃听者的上行通信安全方法，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)