恭喜大連理工大學王超獲國家專利權
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龍圖騰網恭喜大連理工大學申請的專利一種無人機和智能反射面相結合的隱蔽通信方法獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN115589595B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-05-23發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202211158073.4,技術領域涉及:H04W12/63;該發明授權一種無人機和智能反射面相結合的隱蔽通信方法是由王超;趙楠;陳新穎設計研發完成,并于2022-09-22向國家知識產權局提交的專利申請。
本一種無人機和智能反射面相結合的隱蔽通信方法在說明書摘要公布了:本發明提供一種無人機和智能反射面相結合的隱蔽通信方法,屬于無線通信網絡領域。該方法具體是指在竊聽者的確切位置未知的情況下,信源和信宿之間傳輸隱蔽信息,并確定其最小錯誤檢測概率以及其檢測功率最佳門限值,在此種對信源以及信宿雙方來說最大概率被發現的情況下,在滿足隱蔽約束的條件下,通過采取聯合優化信源發送功率、無人機和智能反射面的水平位置以及智能反射面相移的方法,從而實現最大化隱蔽傳輸速率。本發明為如何實現隱蔽通信的安全傳輸并且為最大化傳輸隱蔽速率給出了參考取值方法。
本發明授權一種無人機和智能反射面相結合的隱蔽通信方法在權利要求書中公布了:1.一種無人機和智能反射面相結合的隱蔽通信方法,其特征在于,包括以下步驟:第一步,進行以下設置:1在無線通信網絡中,一個地面發送端Alice向地面接收端Bob傳遞機密信息,并且在地面上存在一個位置不確定的潛在竊聽者Willie試圖攔截和竊聽合法傳輸;利用無人機和智能反射面作為移動中繼,其中智能反射面由無人機攜帶;2在系統模型中,無人機和智能反射面的飛行高度固定為H,無人機和智能反射面的水平坐標為Bob的坐標表示為估算的Willie位置表示為Willie潛在區域的圓半徑為CW;由于空地間信道的視距特性,假設空地信道增益滿足自由空間路徑損耗模型,每1m的參考距離下的信道功率增益表示為β0;對于無人機和智能反射面到Alice、Willie的信道,考慮瑞利衰落信道其中d、μ分別用戶間的距離、路徑損失指數,g是遵循獨立同分布的復高斯分布;智能反射面的對角矩陣θi∈[0,2π,其中N為智能反射面中反射元素的數量,并且i=1,2,3,…,N;定義huw、hau、haw分別表示無人機和智能反射面到Willie、Alice到無人機和智能反射面、Alice到Willie的信道增益;3Alice的信息發送功率Pa不超過其上限功率Pmax,信息傳輸速率R不低于其可以正確解調的門限值Rth;4Willie在其探測位置qW上,通過判斷Willie接收到的信號功率大小來判斷Alice、Bob之間的通信是否進行:5在步驟4中構成的最壞情況下,通過合理安排信息發送功率Pa、無人機和智能反射面的位置和相移θi,使隱蔽傳輸速率R最大化,同時保證滿足隱蔽通信的約束條件,即ξ*≥1-ε,其中ε為隱蔽性參數;第二步,根據第一步的具體設置,通過計算并分析Willie的最佳探測功率的門限值T*和最小的錯誤檢測概率為ξ*,使Willie正確檢測到Alice、Bob之間是否進行通信這一事實的概率最大化,其中最佳檢測功率門限值T*如公式1所示,最小的錯誤檢測概率為ξ*如公式2所示: 式中,v=|huwΘhau+haw|2,表示Willie處的信道增益;ρ、rw分別表示額定噪聲功率、噪聲不確定系數、Willie的信噪比;隱蔽傳輸速率如公式3所示: 式中,hub和hau分別表示無人機和智能反射面到Bob、Alice到無人機和智能反射面的信道增益;Θ表示智能反射面的對角矩陣元素;σb表示Bob處的噪聲功率;第三步,優化目標是隱蔽傳輸速率,根據該模型可以構建以下優化問題: 在該優化問題中,C1是信號傳輸隱蔽性要求;C2是Alice處發射功率的約束要求,Pmax為對應的最大發射功率;C3給出了智能反射面的相移約束,表明各反射單元的相移可以在[0,2π]范圍內調整,這是切實可行的;第四步,設計算法求解優化問題:首先確定允許的最大發射功率Pa;然后,推導出智能反射面的最優相移θi、無人機和智能反射面的最佳位置;具體步驟為:1發射功率Pa與相移θi的優化首先固定無人機和智能反射面的最佳位置q,然后根據公式2和公式4中的C1可以推導出最大允許的發射功率Pa1;此外,Alice處的發射功率也受到公式4中C2的限制;因此,最優發射功率Pa*應滿足:Pa*=minPmax,Pa15接下來,分析智能反射面的最佳相移θi;從公式2中觀察到ξ*與相移θi無關,這意味著通過最大化隱蔽傳輸速率R可以推導出最佳的θi;為了使公式4中的目標函數最大化,那么在滿足相移約束C3的情況下,總是存在一個最優解θi;因為智能反射面中反射的不同波束應該在接收機上相干地疊加,則最優相移θi*應滿足:θi*=θφ+arghub+arghau6式中,θφ表示在[0,2π]內的一個任意相移;2無人機和智能反射面的最佳位置q優化在優化無人機和智能反射面的最佳位置q時,需要固定發射功率Pa*與相移θi*不變;注意到公式3中的隱蔽傳輸速率可以進一步表達為: 式中,為了計算方便,另Β=|β0|2N2,其中β0表示每1m的參考距離下的信道功率增益,N表示反射元件數量;dUB和dAU分別表示無人機和智能反射面到達Bob和Alice的距離;因此,目標函數可以化簡為: 在這種情況下,忽略目標函數中的分子,可以將公式8進一步表達為: 分析公式9可以得到無人機和智能反射面的最佳位置,即: 其中,q表示無人機和智能反射面的位置;qB表示Bob的坐標;H表示無人機和智能反射面的飛行高度;通過計算可以得到無人機和智能反射面的最佳位置q*應該滿足: 式中,表示無人機和智能反射面的高度與距離的比例系數;dAB表示Alice到Bob的距離。
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