一种保障安全通信的无人机阵列减薄方法

专利主权项内容

1.一种保障安全通信的无人机阵列减薄方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、获取无人机总数、无人机阵列形状、无人机阵列原点坐标及需要通信的远程基站的位置；步骤二、确定期望参与通信的无人机数量；步骤三、以无人机组成虚拟天线阵列的最大旁瓣的电平值最小，无人机组成虚拟天线阵列与地面基站通信时主瓣的指向性最大和可关闭的无人机数量与期望关闭的无人机数量差值最小作为优化目标，筛选出多个参与通信的无人机并确定参与通信的无人机的最佳激励电流权重；其中，期望关闭的无人机数量为无人机总数与期望参与通信的无人机数量的差值；步骤四、地面用户从参与通信的无人机中选择一台无人机，作为第一通信无人机，并将其余参与通信的无人机作为第二通信无人机；步骤五、所述地面用户将通信数据传输给所述第一通信无人机，所述第一通信无人机将所述通信数据传输给多个所述第二通信无人机，以虚拟阵列天线的形式携带所述最佳激励电流权重向所述远程基站传输通信数据；在所述步骤二中，期望参与通信的无人机数量通过如下公式确定：
；其中，为无人机总数，/>为最大旁瓣电平值的阈值，τ为无人机阵列的最大旁瓣电平值；在所述步骤三中，还包括：建立优化目标函数为：min；
；
；
；式中，均为矩阵，/>表示无人机激励电流权重；/>表示无人机工作状态：如果/>等于1，表示第/>行第/>列中的无人机参与通信，否则，该无人机天线关闭，不参与通信；
表示无人机组成虚拟天线阵列的最大旁瓣的电平值与主瓣电平值之比；/>为旁瓣的阵列因子，/>表示旁瓣的方向，/>表示旁瓣与地面基站的仰角，/>表示旁瓣与地面基站的方位角；/>表示主瓣的阵列因子；/>则表示主瓣的方向，/>表示主瓣与地面基站的仰角，/>表示主瓣与地面基站的方位角；
表示无人机组成虚拟天线阵列与地面基站通信时主瓣的指向性；/>表示无人机单位远场波束方向图，/>表示仰角，/>表示方位角，/>表示天线阵列效率；/>表示远场波束方向图在主瓣方向的大小；/>表示无人机组成虚拟天线阵列波束方向图的阵列因子；
表示无人机阵列减薄情况；/>为实际可以关闭的无人机天线单元数量，/>为预计关闭的数量，/>表示无人机总数；其中/>；旁瓣的阵列因子和主瓣的阵列因子/>的计算公式分别为：其中，表示无人机天线阵列中第/>行第/>列无人机所携带的激励电流权重，/>表示第/>行第/>列的无人机坐标，/>表示无人机阵列行数，/>表示无人机阵列列数，λ表示波长，/>表示相位常数；在所述步骤三中，基于群智能多目标优化算法确定各无人机工作状态，及参与通信的无人机最佳激励电流权重，包括如下步骤：步骤a、初始化所有无人机的激励电流权重和工作状态/>，作为候选解；其中，激励电流权重为连续解，无人机工作状态/>为离散解；步骤b、根据优化目标函数，评价候选解的优劣程度；并根据评价结果选择一组解作为非支配解集；步骤c、对非支配解集中的解进行混合更新，即对连续解/>采用基于莱维飞行的选择、交叉、变异得到新的解集，对离散解/>采用部分匹配交叉方法更新；选择一定数目的解作为下一次迭代的候选解；循环进行步骤b-步骤c，直到达到最大迭代次数，得到满足目标函数的最优解；将所述最优解对应的无人机节点的工作状态和最佳激励电流权重作为优化结果。 该数据由<马克数据网>整理