本发明属于无线通信，具体涉及一种应用于无人机的多用户保密与隐蔽上行安全通信方法。
背景技术：
1、在现有的无人机安全通信技术中，通常采用的是单一的安全保障技术，例如只保护传输内容的安全或者只保护通信行为的安全。针对不同用户安全需求的不同层级的解决方案目前尚未有类似的完整方案。对于内容安全需求的用户，现有技术可能采用加密算法、安全传输协议等技术来保护通信数据的安全性，防止被未授权方获取或篡改。而对于通信行为的安全需求，通常采用身份认证、访问控制等技术来确保通信过程的合法性和可信性。然而，现有技术未能在同一通信系统中同时兼顾这两类不同安全层级的需求，缺乏一个统一的解决方案来有效保护不同用户的内容安全和通信行为安全。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于无人机的多用户保密与隐蔽上行安全通信方法，能够同时满足保密用户和隐蔽用户的安全需求，为不同安全层级的用户提供全面的安全保障。
2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种应用于无人机的多用户保密与隐蔽上行安全通信方法，包括以下步骤：
4、s1：基于无人机空地和地地信道特性，确定理论分析的信道模型；
5、s2：保密和隐蔽传输策略：采用功率域noma方法将隐蔽需求用户的隐蔽信号隐藏在保密需求用户的明文信号中进行上行传输到无人机；无人机首先对保密信号进行解码，然后采用串行干扰消除(successiveinterferencecancellation,sic)方法解码出隐蔽信号；
6、s3：计算通信性能衡量指标，包括保密用户的保密连接概率、保密用户的安全中断概率、隐蔽用户的连接概率和窃听者的检测错误概率；
7、s4：考虑无人机悬停状态下，隐蔽需求用户和保密需求用户都采用多天线波束成形的方式实现自己的传输需求，并使得系统的和安全速率达到最大，从而建立优化问题；
8、s5：对优化问题进行求解。
9、进一步，步骤s1中，空地信道模型构建如下：
10、考虑空地信道模型为慢衰落莱斯信道，无人机alice和保密需要用户bob、隐蔽需求用户carlo之间的信道模型分别包括大尺度衰落和小尺度衰落，其中bob到无人机alice的参数具体由下式子给出：
11、hba＝abagba,
12、其中，参数aba为空地链路的大尺度路径损耗，分别描述为其中，ξba分别表示空地路径损耗指数，λ0是los信道在1米处的路径损耗参考值，η表示nlos信道的过剩路径损耗系数，dba表示alice与bob之间的通信距离；对于无人机信道小尺度衰落，考虑莱斯信道模型，此处无人机空地信道gba描述为：
13、
14、其中，表示los信道分量，则分量表示nlos rayleigh衰落分量，kba表示每个时隙的莱斯因子；同理得到carlo和alice之间的信道参数hca。
15、进一步，步骤s1中，地地信道模型构建如下：
16、地面用户bob和carlo到窃听者willie的信道同样建模为大尺度衰落和小尺度衰落；其中bob到窃听者willie的信道参数具体由如下表达式给出：
17、hbw＝abwgbw,
18、其中，大尺度参数和小尺度参数分别满足同理得到carlo到窃听者willie的信道参数hcw。
19、进一步，步骤s2中，假设在上行通信之前，无人机通过广播实现合法用户间的同步，已保证多用户上行noma的实现；考虑保密需求用户bob始终向无人机alice发送数据流u，隐蔽需求用户carlo在其需要通信时向无人机alice发送隐蔽数据流v，且同时，窃听者willie被动地窃听bob传输的保密消息且窃听carlo是否正在传输给alice；carlo通过利用来自bob的传输作为掩护来实现隐蔽通信；假设willie掌握合法用户之间的通信机制，只要检测到合法用户的通信信号后，即可对合法用户的信息进行窃取；考虑窃听者信道状态信息未知，仅考虑窃听者willie的位置已知，在此假设下根据窃听者距离合法距离最近和最远场景下的边界性能，通过考虑窃听者离合法用户的平均距离，计算系统的平均安全速率。
20、进一步，步骤s2中，隐蔽传输策略包括两种状态h0和h1，状态h0下，bob以传输功率qb0用预编码矩阵wb,0进行波束赋形发送保密信号，此时carlo保持静默不发送任何信息；在状态h1下，bob以传输功率qb1根据预编码矩阵wb,1进行波束成形发送保密信，carlo收到bob的确认信号，并以传输功率qc发送隐蔽信号，将其隐藏在保密信号；在alice侧，首先对保密信号进行解码，然后采用串行干扰消除(successive interference cancellation,sic)方法解码出隐蔽信号；则alice和willie接收到的信号表示为：
21、
22、多用户在不同状态下的波束成形向量满足以下条件：和
23、进一步，步骤s3中，具体包括：
24、保密用户的保密连接概率为：
25、
26、保密用户的安全中断概率为：
27、
28、隐蔽用户的连接概率为：
29、
30、窃听者的检测错误概率为：
31、
32、其中γ(m)＝(m-1)！是gamma函数，且检测错误概率表达式分子参数项
33、
34、进一步，步骤s4中，考虑无人机悬停状态下，地面用户bob和carlo都采用多天线波束成形的方式实现自己的传输需求，并使得系统的和安全速率达到最大，从而建立如下的优化问题：
35、
36、s.t.pso≤ηs,
37、ξ≥1-∈,
38、
39、其中和是优化问题中保密速率和隐蔽速率的权重系数；限制条件1为保密用户bob的安全中断概率，限制条件2是窃听者对隐蔽用户的检测错误概率，限制条件3和4分别是bob和carlo的预编码矩阵功率约束。
40、进一步，步骤s5中，采用半定松弛(semidefinite relaxation，sdr)技术对优化问题进行求解：
41、
42、当矩阵满足rank(wc)＝1和rank(wb,1)＝1时，所述优化问题中波束成形矩阵的最优解，使用奇异值分解(singular value decomposition，svd)来获得最优的波束形成器wc和wb,1，即和当rank(wc)＞1和rank(wb,1)＞1时，采用高斯随机化过程来生成问题的一解；优化问题p1进一步写为如下形式：
43、
44、考虑完美隐蔽的通信场景，得到：
45、
46、目标函数进一步转换为：
47、
48、优化问题进一步转换为：
49、
50、目标函数随carlo的发送功率增大先增加后减小，目标函数在内必然存在拐点，所述拐点即为目标函数的可行解；因此采用二分法或者定点迭代法得到所述可行解。
51、进一步，所述采用二分法或者定点迭代法得到所述可行解，具体包括：
52、s51：输入给定目标函数r(wc)、一阶导函数r(wc)'、carlo发送功率范围和所需的求解精度∈；
53、s52：初始化a＝0，
54、s53：计算中间点
55、s54：若r(mid)'＞0，则a＝mid；反之，则b＝mid；
56、s55：重复步骤s53-s54，直到b-a≤∈；
57、s56：返回作为函数的最大值，并采用svd或者高斯随机生成的方法得到预编码矩阵
58、s57：输出目标函数r(wc)最大值对应的carlo最优发送功率tr(wc)*。
59、本发明的有益效果在于：本发明主要围绕短波隐蔽通信，根据短波传输信道特性建立短波隐蔽通信模型，结合短波通信一发多收和全向传播更易被监听等特点，在多收多窃听场景下通过控制发送方发射功率实现了隐蔽传输，实现了在物理层对短波通信的保护。
60、本发明的其他优点、目标和特征将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上对本领域技术人员而言是显而易见的，或者本领域技术人员可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
1.一种应用于无人机的多用户保密与隐蔽上行安全通信方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的应用于无人机的多用户保密与隐蔽上行安全通信方法，其特征在于：步骤s1中，空地信道模型构建如下：
3.根据权利要求2所述的应用于无人机的多用户保密与隐蔽上行安全通信方法，其特征在于：步骤s1中，地地信道模型构建如下：
4.根据权利要求1所述的应用于无人机的多用户保密与隐蔽上行安全通信方法，其特征在于：步骤s2中，假设在上行通信之前，无人机通过广播实现合法用户间的同步，已保证多用户上行noma的实现；考虑保密需求用户bob始终向无人机alice发送数据流u，隐蔽需求用户carlo在其需要通信时向无人机alice发送隐蔽数据流v，且同时，窃听者willie被动地窃听bob传输的保密消息且窃听carlo是否正在传输给alice；carlo通过利用来自bob的传输作为掩护来实现隐蔽通信；假设willie掌握合法用户之间的通信机制，只要检测到合法用户的通信信号后，即可对合法用户的信息进行窃取；考虑窃听者信道状态信息未知，仅考虑窃听者willie的位置已知，在此假设下根据窃听者距离合法距离最近和最远场景下的边界性能，通过考虑窃听者离合法用户的平均距离，计算系统的平均安全速率。
5.根据权利要求4所述的应用于无人机的多用户保密与隐蔽上行安全通信方法，其特征在于：步骤s2中，隐蔽传输策略包括两种状态h0和h1，状态h0下，bob以传输功率qb0用预编码矩阵wb,0进行波束赋形发送保密信号，此时carlo保持静默不发送任何信息；在状态h1下，bob以传输功率qb1根据预编码矩阵wb,1进行波束成形发送保密信，carlo收到bob的确认信号，并以传输功率qc发送隐蔽信号，将其隐藏在保密信号；在alice侧，首先对保密信号进行解码，然后采用串行干扰消除(successive interference cancellation,sic)方法解码出隐蔽信号；则alice和willie接收到的信号表示为：
6.根据权利要求1所述的应用于无人机的多用户保密与隐蔽上行安全通信方法，其特征在于：步骤s3中，具体包括：
7.根据权利要求1所述的应用于无人机的多用户保密与隐蔽上行安全通信方法，其特征在于：步骤s4中，考虑无人机悬停状态下，地面用户bob和carlo都采用多天线波束成形的方式实现自己的传输需求，并使得系统的和安全速率达到最大，从而建立如下的优化问题：
8.根据权利要求1所述的应用于无人机的多用户保密与隐蔽上行安全通信方法，其特征在于：步骤s5中，采用半定松弛sdr技术对优化问题进行求解：
9.根据权利要求8所述的应用于无人机的多用户保密与隐蔽上行安全通信方法，其特征在于：所述采用二分法或者定点迭代法得到所述可行解，具体包括：
