一种下行非正交多址无人机系统物理层安全认证方法

技术特征：

1.一种下行非正交多址无人机系统物理层安全认证方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：构建下行非正交多址无人机物理层通信系统模型，包括：无人机作为发射端alice，地面用户作为接收端，alice采用下行非正交多址接入技术与接收端进行通信；alice将不同用户的数据用同样的频率资源和调制方式进行叠加编码，形成合法的数据信号；

步骤2：alice将身份认证信息以与步骤1中同样的频率资源和调制方式与数据信号进行叠加编码，生成最终携带身份认证信息的发送信号；

步骤3：地面用户接收到alice的发送信号，通过串行干扰消除技术消除其他用户信号干扰，获取自己的数据信号；

步骤4：接收端从接收信号中减去检测的所有地面用户的数据信号后得到信号余项，再利用信号余项计算认证参数以及检测阈值；

所述认证参数计算为信号余项与身份认证信息的互相关函数；认证参数的值越大，表示信号余项与身份认证信息的相关性越强，信号余项中包含正确的身份认证信息的概率越大，发射端身份合法的可能性越大；

设接收端bob-1得到的所述信号余项为bob-1的信道向量为h1，无人机对身份认证信息t的预编码向量和发射功率分别为wt和pt，令认证余项信号收发双方共享认证信息，则获得认证参数上角标t表示转置，re()表示互相关函数；

设系统最大可容忍的误警概率为pf；所述检测阈值的计算原则是在保证误警概率不大于pf的基础上，最大化检测阈值；bob-1从alice接收到l个信号，对l个接收信号分别计算的认证参数取均值，l为正整数；设取均值得到的认证参数的均值和标准差分别为μ0、σ0，则定义检测阈值f(·)为标准正态分布的累积分布函数，f^-1(·)为f(·)的反函数；

步骤5：接收端根据认证参数以及检测阈值判断发送端身份是否合法；若计算的认证参数η大于等于检测阈值δ0，代表所接收信号的发射端身份合法，否则代表发射端身份非法。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤2中，设无人机alice分别向两个接收端发送数据信号s1和s2的预编码向量为w，发射功率分别为p1和p2；则alice最终生成的携带身份认证信息的发送信号表示为x，如下：

其中，设总发射功率p＝p1+p2+pt，p1＝αβp，p2＝α(1-β)p，pt＝(1-α)p，α和β为功率分配因子，满足0≤α,β≤1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤2中，设置身份认证信息的发射功率要远小于数据信号的发射功率。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤4中，设alice向接收端bob-1和bob-2发送数据信号，bob-1检测出自身的数据信号和bob-2的数据信号则计算认证参数的均值和方差分别如下：

均值：μ0＝e(|t|²)；

方差：

其中，e表示期望，var表示方差；表示b的共轭，a和b为中间参数，分别如下：

其中，代表噪声功率；w代表alice向bob-1和bob-2发送数据信号的预编码向量；α和β为alice的发射功率的分配因子，满足0≤α,β≤1；

分别代表bob-1检测的数据信号和数据信号与真实信号之间误差的均方差；代表bob-1检测的数据信号与真实信号之间误差的协方差；

和的计算如下：

对于正交相移键控qpsk系统，var(|t|²)＝0，则设分别表示为：

其中，f1、f2均为累积分布函数，ε2、u1、u2均为中间参数，分别如下：

其中，σn为噪声功率的标准差。

技术总结
本发明提供了一种下行非正交多址无人机系统物理层安全认证方法，属于无人机无线通信技术领域。本发明方法采用基于双钥系统的物理层认证方案，无人机发射数据信号的时候叠加身份认证信息，地面用户对接收信号进行处理，获取接收信号减去所有检测的数据信号后的信号余项，计算信号余项与身份认证信息的相关函数为认证参数，依据认证参数的统计特性计算检测阈值，最后通过认证参数和检测阈值快速判断发射端的身份合法性。采用本发明方法，接收端用户能够通过简单的相关函数计算，快速完成物理层安全认证，并且检测阈值和认证参数具有自适应性。本发明方法具有认证计算便利，快速灵活的优势，适应于无人机的机动环境以及设备载荷限制条件。

技术研发人员：白琳;张学军;祝丽娜
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2021.04.21
技术公布日：2021.07.30