技术特征：
1.一种基于物理层安全的能量收集型无人机通信方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：搭建一个存在多个随机窃听者的无人机对地通信系统，所述无人机对地通信系统包括源节点s、目标节点d、无人机中继节点r、能量信标节点b和窃听节点e
k
，所述无人机上配备能量收集装置，将能量信标节点发射的射频信号转换为能量，辅助源节点在存在窃听者的情况下安全解码转发信号给目的节点，用e
k
表示第k个窃听者，用t表示无人机整个飞行周期，将t离散化，等分为n个通信时隙δ
t
，即t＝nδ
t
；步骤二：利用离散化的时隙定义无人机和随机窃听者的三维坐标，所述无人机的三维坐标表示为其中无人机的初始坐标无人机的最终坐标所述k个随机窃听者的三维坐标表示为并对窃听者位置进行误差分析，源节点的坐标表示为q
s
＝(x
s
，y
s
，0)
t
，目的节点的坐标表示为q
d
＝(x
d
，y
d
，0)
t
，能量信标节点坐标表示为q
b
＝(x
b
，y
b
，0)
t
；步骤三：定义无人机轨迹无人机发射功率源节点发射功率窃听信道最好条件下窃听者坐标确定优化问题的目标函数(p1)，通过在所有时间段内对无人机轨迹和功率进行联合优化，使得系统在窃听信道最好情况下的保密速率最大，所述目标函数(p1)表示为：s.t.||q
r
[1]-q0||2≤l2||q
f-q
r
[n]||2≤l
222222
其中，r
sec
表示总的安全传输速率，r
rd
[n]表示第n个时隙无人机到目的
节点d的传输速率，表示第n个时隙无人机到窃听信道最好条件下的地面窃听者e
k
的传输速率，r
sr
[n]表示第n个时隙源节点到无人机的传输速率，其中，γ＝β0/σ2是归一化信道功率增益，||
·
||表示欧几里德范数，l表示无人机在每个时隙的最大飞行距离，l＝v
max
δ
t
，v
max
表示无人机最大飞行速度，p
r
[n]表示无人机中继在第n个时隙向目的节点发送的功率，p
s
[n]表示源节点在第n个时隙向无人机中继发送的功率，和分别表示源节点和无人机中继的平均功率极限，表示无人机发射的最大功率；步骤四：对目标函数(p1)进行求解，得到最优的最小安全传输速率之和。2.根据权利要求1所述的一种基于物理层安全的能量收集型无人机通信方法，其特征在于，假设一次完整的信息传输需要时间t
s
，步骤一所述无人机从能量信标节点获取能量，辅助源节点在存在窃听者的情况下安全解码转发信号给目的节点过程如下：步骤一：无人机采用时间切换(time switching，ts)型接收模式从能量信标节点采集能量，耗时αt
s
/2，采集到的能量其中α(0＜α＜1)表示ts因子，η(0＜η＜1)表示能量转换技术的效率，p
b
表示能量信标节点的发射功率，h
br
[n]表示第n个时隙能量信标节点到无人机的信道增益，β0表示在距离d0＝1米时的参考信道功率增益，表示能量信标节点到无人机之间的距离；步骤二：无人机对接收的源节点信号进行信息解码，耗时(1-α)t
s
/2；步骤三：无人机将解码后的信号转发至目的节点，耗时(1-α)t
s
/2，无人机发射功率为p
r
[n]＝(2ηp
b
|h
bt
[n]|2α)/(1-α)。3.根据权利要求1所述的一种基于物理层安全的能量收集型无人机通信方法，其特征在于，所述步骤三进一步包括：步骤一：采用如下方式对第一子问题的无人机发射功率进行优化：给定无人机的初始轨迹设问题(p1)表述为：对(p1)中的引入lagrange乘子λ，对引入lagrange乘子μ，根据凸优化理论中的karush-kuhn-tucker(kkt)条件有：λ≥0
μ≥0μ≥0联立消去松弛变量μ：当时，只有当p
r
[n]＝0时，等式成立，当时，p
r
[n]可求得：其中：步骤二：采用如下方式对第二子问题的无人机飞行轨迹进行优化：给定无人机的初始发射功率设η
m
[n]、ξ
m
[n]分别表示无人机从第m次迭代到第m+1次迭代，第n个时隙x轴方向上的轨迹变化量和y轴方向上的轨迹变化量，设引入松弛变量和t
rd
[n]对无人机飞行轨迹进行优化，并运用一阶泰勒展开式构造r
sr
[n]、r
rd
[n]、η
m
[n]和ξ
m
[n]的下界和通过变换将(p1)中的非凸约束转化为凸约束，第m次迭代时最优飞行轨迹子问题为(p2)：第m次迭代时最优飞行轨迹子问题为(p2)：第m次迭代时最优飞行轨迹子问题为(p2)：第m次迭代时最优飞行轨迹子问题为(p2)：
t
rd
[n]≥0，n＝2，...，n[n]≥0，n＝2，...，n4.根据权利要求1所述的一种基于物理层安全的能量收集型无人机通信方法，其特征在于，所述步骤四进一步包括：步骤一：将目标函数(p1)优化为两个子问题，所述第一个子问题为优化无人机的发射功率，所述第二个子问题为优化无人机的飞行轨迹；步骤二：分别对第一和第二子问题进行优化；步骤三：采用离散线性状态空间近似法、序列凸规划算法和交替迭代算法求解两个子问题，直到算法收敛，得到最终解，即最优的最小安全传输速率之和。
技术总结
本发明提供了一种基于物理层安全的能量收集型无人机通信方法，包括：搭建一个存在随机窃听者的无人机对地通信系统，无人机对地通信系统包括源节点S、目标节点D、无人机中继节点R、能量信标节点B和窃听节点E
技术研发人员：孙永亮 陈宇
受保护的技术使用者：南京工业大学
技术研发日：2022.03.09
技术公布日：2022/6/24