CN113364554B - 一种感知辅助的上行安全通信方法 - Google Patents

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CN113364554B CN202110598550.8A CN202110598550A CN113364554B CN 113364554 B CN113364554 B CN 113364554B CN 202110598550 A CN202110598550 A CN 202110598550A CN 113364554 B CN113364554 B CN 113364554B
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Abstract

本发明涉及一种感知辅助的上行安全通信方法，属于雷达通信一体化、物理层安全技术领域。包括1)置迭代次数为0，初始化发射波形协方差矩阵和接收波束赋形向量；2)固定发射波形协方差矩阵，更新接收波束赋形向量；3)通过一维搜索最大化波束主瓣与旁瓣幅值差下界更新发射波形协方差矩阵；4)迭代次数加1；5)判断目标函数是否收敛或达最大迭代次数，若是则跳至6)，否则跳至2)；6)发射雷达发射波形协方差矩阵波形，获取窃听者的角度并跟踪；8)使用连续凸逼近求解信干噪比松弛变量最小化问题；9)发射雷达波束赋形向量波形，并将接收波束赋形向量设置为上一步中的解。所述方法能定位和干扰空中窃听者，提高了上行通信的保密率。

Description

一种感知辅助的上行安全通信方法
技术领域
本发明涉及一种感知辅助的上行安全通信方法，属于雷达通信一体化及物理层安全技术领域。
背景技术
由于无线通信的广播性质，合法用户和窃听者都能接收所传输的信号，从而使无线传输容易受到窃听。传统的信息安全主要取决于加密和解密机制，这可能导致高复杂性和资源消耗。在下行链路通信中，可以在基站(BS)处采用多天线技术来同时发送信号和人工噪声，而在上行链路通信中，尤其是对于单天线用户而言可能更容易受到攻击。Y.Zhou等提到可以引入干扰节点来使窃听者接收到的信号恶化，但这要求干扰节点能够获取发射机、接收机、窃听者及其自身之间的信道情况，这通常是不切实际的。全双工技术的发展使得接收者在接收信号的同时能够向窃听者发射干扰信号。F.Jafarian等设计了最优的干扰协方差矩阵，以减轻自干扰并最大程度地提高保密率，同时考虑了固定接收器和最佳接收器。C.Li等考虑了使用中继的协作传输方案，联合优化了发射和接收的波束形成器，以最大程度地提高接收器的信干噪比(SINR)，同时保证窃听者处的SINR低于某个阈值。虽然BS处的全双工技术避免了干扰和用户间的信道状态信息(CSI)的获取，但是BS和空中窃听者(AE)之间的CSI仍然需要估计。为此，M.Temiz等指出，借助于传感，基站能够监控未经授权的空中窃听者，并通过利用视距(LOS)通信链路获取CSI，从而实现干扰过程。然而，现有的考虑了雷达通信一体化和物理层安全的相关工作多是关注于下行链路的情况，基于感知辅助的上行链路安全通信方法仍然是一个待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对传统信息安全领域过度依赖加密和解密机制，造成复杂度较高、资源消耗及在上行链路通信中，尤其单天线用户更容易受到攻击的技术缺陷，提出了一种感知辅助的上行安全通信方法，该安全通信方法在基站接收上行信号时，通过发射雷达信号定位和干扰空中窃听者，联合设计基站雷达波形和基站接收天线的波束赋形向量，有效提高了上行通信的保密速率。
为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案。
所述感知辅助的上行安全通信方法依托于一个感知辅助的通信系统，该通信系统包括一个可发射雷达和通信信号的全双工基站、一个单天线用户以及一个单天线空中窃听者；
其中，全双工基站简称基站，单天线用户简称用户；
其中，基站接收到的信号yb由式(1)表示：
Figure BDA0003092093610000021
其中，gub表示用户到基站间的信道，s表示用户发射的上行信号，GSI表示发射天线和接收天线间的自干扰信道，x表示基站发射的雷达信号波形；a(θ0)表示天线导向矢量；θ0表示空中窃听者的离开角；[·]*表示矩阵[·]的共轭；[·]H表示矩阵[·]的共轭转置；nb表示基站处的噪声；α为受路径损耗和雷达截面积影响的系数，由式(2)表示：
Figure BDA0003092093610000022
其中，ρ0为参考距离为1米时的信道功率，db,e表示基站到空中窃听者的距离，ξ表示雷达截面积；
空中窃听者处接收到的信号ye由式(3)表示：
ye＝gues+gbex+ne (3)
其中，gue为用户到空中窃听者之间的信道，gbe为基站到空中窃听者之间的信道，ne表示空中窃听者处的功率为
Figure BDA0003092093610000023
的高斯白噪声；
所述感知辅助的上行安全通信方法，包括以下步骤：
步骤1、设置当前迭代次数k＝0，并初始化基站雷达发射波形协方差矩阵Q[k]和基站接收波束赋形向量wr [k]为问题(4)的可行解：
Figure BDA0003092093610000031
其中，Q表示雷达发射波形协方差矩阵，wr表示基站接收波束赋形向量，Q[k]和wr [k]的右上角标为迭代次数，Q[k]即表示雷达发射波形协方差矩阵的第k次迭代，wr [k]表示基站接收波束赋形向量的第k次迭代，θm表示基站雷达波束旁瓣范围内的角度，Φ表示基站雷达波束旁瓣的范围；
问题(4)需满足保密率大于保密率需求下界约束、波束主瓣幅值保持近似恒定约束、Q[k]的迹不大于发射天线总功率上限P0的约束、Q[k]不小于0的约束及基站接收波束赋形向量wr [k]的范数为1的约束；
步骤2、固定Q[k]，通过(5)将wr [k+1]更新为C-1gub的归一化值：
Figure BDA0003092093610000032
其中，
Figure BDA0003092093610000033
表示自干扰信号与噪声功率之和，
Figure BDA0003092093610000034
表示基站处的噪声功率值，I表示单位阵；
步骤3、对问题(6)执行以基站接收信干噪比下界γ1为变量的一维搜索，得到最优的γ1并记为γ1 *且更新基站雷达发射波形协方差矩阵Q并记为Q[k+1]：
Figure BDA0003092093610000035
其中，t为基站雷达波束主瓣视轴方向幅值与旁瓣幅值差值的下界；
问题(6)需满足基站接收信干噪比不小于基站接收信干噪比下界γ1约束、波束主瓣范围内保密率不低于保密率需求约束、以及基站雷达波束主瓣角度范围内幅值保持近似恒定约束、Q的迹不大于发射天线总功率上限P0的约束、Q不小于0的约束以及基站接收波束赋形向量wr的范数为1的约束；
步骤4、更新k＝k+1；
步骤5、判断函数(4)是否收敛或达到最大迭代次数，若是，基站则发射与此时的雷达发射波形协方差矩阵相对应的雷达波形，搜寻空中窃听者，获取空中窃听者的角度信息，跳至步骤6，若否，则跳至步骤2；
步骤6、基站发射雷达信号至空中窃听者，根据回波信号跟踪空中窃听者；
步骤7、使用连续凸逼近迭代求解信干噪比松弛变量的最小化问题，并且在每次迭代中，通过(8)将基站接收波束赋形向量wr更新为C-1gub的归一化值，信干噪比松弛变量的最小化问题具体为：
Figure BDA0003092093610000041
其中，z表示信干噪比松弛变量；u1表示信号功率松弛变量，v1表示干扰功率松弛变量；(7)需满足基站发射天线总功率约束、回波信号信噪比不小于预定雷达回波信号信噪比阈值约束、空中窃听者信干噪比不超过预定空中窃听者信干噪比阈值约束以及约束(a)、(b)、(c)；
Figure BDA0003092093610000042
Figure BDA0003092093610000043
Figure BDA0003092093610000044
其中，
Figure BDA0003092093610000045
表示基站处的噪声功率矩阵；
Figure BDA0003092093610000046
为信号功率松弛变量的泰勒展开点初始值；x为基站发射的雷达信号波形向量泰勒展开点的初始值；
Figure BDA0003092093610000047
其中，
Figure BDA0003092093610000048
表示自干扰信号与噪声功率之和，其中，Q＝xxH表示基站发射的雷达信号波形的协方差矩阵；
步骤8、基站发射雷达波束赋形向量x对应的波形，并将基站接收波束赋形向量wr设置为步骤7中的解；
至此，从步骤1到步骤8，完成了一种感知辅助的上行安全通信方法。
有益效果
本发明提出的一种感知辅助的上行安全通信方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、所述方法能有效探测空中窃听者的位置信息，从而可对其进行干扰；
2、所述方法有效提高了上行通信的保密率，当基站和用户间距离在40米到200米之间时，上行通信的保密率提高了4bit/s/Hz以上。
附图说明
图1为本发明一种感知辅助的上行安全通信方法及实施例1的系统模型图；
图2为本发明一种感知辅助的上行安全通信方法及实施例1整体方法流程图；
图3为本发明一种感知辅助的上行安全通信方法实施例1中波束主瓣搜索宽度和生成波形之间的关系曲线的仿真结果图；
图4为本发明一种感知辅助的上行安全通信方法实施例1中保密率和用户与基站间距之间的关系曲线的仿真结果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种感知辅助的上行安全通信方法进行详细说明。
实施例1
由于无线通信的广播性质，合法用户和窃听者都可以获取基站所发送的信号，从而使无线传输容易受到窃听；传统的信息安全主要取决于密码加密和解密机制，这可能导致较高的复杂性和资源消耗；作为一种替代技术，从信息论的角度来看，物理层安全技术能够保证安全的信息传输；物理层安全的基本思想是利用无线信道的噪声、衰落、干扰等特性，扩大合法接收者的链路与窃听者的链路之间的性能差异；在下行链路通信中，可以在基站处采用多天线技术来同时发送信号和人工噪声，而在上行链路通信中，尤其是对于单天线用户而言可能更容易受到攻击；这时需要对窃听者进行干扰以提高用户上行通信的安全性；为了实现干扰窃听者的目的，可以在基站侧引入雷达通信一体化技术对窃听者进行探测和干扰，防止用户发送的上行链路信息被窃听；
图1为本发明一种感知辅助的上行安全通信方法及实施例1的系统模型图，由图1可见，本实施例考虑一个感知辅助的通信系统，该感知辅助的通信系统包括一个可发射雷达和通信信号的全双工基站、一个单天线的用户以及一个单天线的空中窃听者；基站和空中窃听者均能接收到用户发射的上行信号；该感知辅助的通信系统中的基站在接收用户的上行链路信号的同时，发射雷达信号并通过回波信号探测空中窃听者的位置，发射干扰信号干扰空中窃听者；基站存在发射天线和接收天线之间的自干扰；
为了保护信息不被空中窃听者窃听，基站在接收上行链路信号的同时，还发送雷达信号来定位和干扰空中窃听者；本发明提出了一种两阶段方案，通过对基站的波束赋形矢量和发射波形的联合设计以实现上述目的；在第一阶段，通过提出的一种交替优化算法，基站合成宽波束以定位空中窃听者，同时保证安全的上行链路传输；在第二阶段，采用连续凸逼近技术来求解相应的雷达波束赋形向量和基站接收波束赋形向量，使得基站在雷达回波信号的信噪比约束下最大化接收信号的信干噪比，同时确保空中窃听者的信干噪比低于预定义的阈值，实现干扰空中窃听者的目的，提高上行链路通信保密率的目的。
本实施例详细阐述了本发明所述的一种感知辅助的上行安全通信方法具体实施时的步骤。
本实施例中，空中窃听者环绕用户的高度为50米，基站的发射天线数量NT为20，接收天线数量NR为20，在1米参考距离处的信道功率ρ0为-60dB，基站的发射功率设置为30dBm，除非有特殊说明，用户的发射功率Pu设置为0dBm；
gub为一个NR×1(NR＝20，即20×1)的复数向量，表示用户到基站间的信道，gbe为一个NT×1(NT＝20，即20×1)的复数向量，表示基站到空中窃听者间的信道，gue为一个复数，表示用户到空中窃听者之间的信道；
其中，
Figure BDA0003092093610000061
其中，du,b表示用户到基站之间的距离，在本实施例中，如果没有特殊说明，用户到基站的距离du,b取200米，gub为一个服从标准复高斯分布的NR×1(NR＝20，即20×1)的复数向量；
Figure BDA0003092093610000071
Figure BDA0003092093610000072
其中，基站到空中窃听者之间的距离db,e取206.2米；用户到空中窃听者之间的距离du,e取50米；空中窃听者的离开角θ0取0°；
Figure BDA0003092093610000073
为天线导向矢量；其中，相邻天线之间的归一化间隔δ取0.5；Kr表示莱斯因子，除非有特殊说明，本实施例中莱斯因子Kr设置为10；gbe为一个服从标准复高斯分布的NT×1(NT＝20，即20×1)的复数向量；
Figure BDA0003092093610000074
为一个服从标准复高斯分布的复数；
GSI为一个NT×NR(NT＝20，NR＝20，即20×20)的复数矩阵，表示基站发射天线到接收天线间的自干扰，可以表示为GSI＝ηGSI；其中，η表示剩余自干扰的等效信道增益，具体到本实施例，除非有特殊说明，剩余自干扰的等效信道增益η设置为-70dB；GSI为一个服从标准复高斯分布的NT×NR(NT＝20，NR＝20，即20×20)的复数矩阵；
基站接收到的信号可以由式(11)表示：
Figure BDA0003092093610000075
其中，s表示用户发射的上行信号，具体到本实施例，s的功率为0dBm；
Figure BDA0003092093610000076
表示基站发射的雷达信号波形，
Figure BDA0003092093610000077
表示生成均值为0，方差矩阵为Q的复高斯分布矩阵；Q表示基站雷达发射波形协方差矩阵；
Figure BDA0003092093610000078
表示基站处的噪声，噪声功率
Figure BDA0003092093610000079
为-110dBm；α为受路径损耗和雷达截面积影响的参数，
Figure BDA00030920936100000710
其中，ξ表示雷达截面积，具体到本实施例，ξ取1；
空中窃听者处接收到的信号可以由式(12)表示：
Figure BDA0003092093610000081
其中，ne表示空中窃听者处的功率为
Figure BDA0003092093610000082
的高斯白噪声，具体到本实施例，空中窃听者处的噪声功率
Figure BDA0003092093610000083
取-110dBm。
图2为本发明一种感知辅助的上行安全通信方法及实施例1整体方法流程图；
从图2可以看出本发明所述的一种感知辅助的上行安全通信方法的详细流程，具体到本实施例，方法操作流程如下：
步骤1、设置当前迭代次数k＝0，并初始化基站雷达发射波形协方差矩阵Q[k]和基站接收波束赋形向量wr [k]为问题(13)的可行解：
Figure BDA0003092093610000084
其中，Q表示雷达发射波形协方差矩阵，wr表示基站接收波束赋形向量，Q[k]和wr [k]的右上角标为迭代次数，Q[k]即表示雷达发射波形协方差矩阵的第k次迭代，wr [k]表示基站接收波束赋形向量的第k次迭代，θm表示基站雷达波束旁瓣范围内的角度，Φ表示基站雷达波束旁瓣的范围，具体到本实施例，基站雷达波束旁瓣的范围Φ取[-90°:-15°，15°:90°]；
问题(13)需满足保密率大于保密率需求下界约束、波束主瓣幅值保持近似恒定约束、Q的迹不大于P0的约束、Q不小于0的约束以及基站接收波束赋形向量wr的范数为1的约束；具体到本实施例，保密率大于保密率需求下界约束可由式(13a)表示，波束主瓣幅值保持近似恒定约束可由式(13b)、(13c)表示，Q的迹不大于P0的约束可由式(13d)表示,Q不小于0的约束可由式(13e)表示；基站接收波束赋形向量wr的范数为1的约束可由式(13f)表示
Figure BDA0003092093610000085
Figure BDA0003092093610000086
Figure BDA0003092093610000091
Tr(Q)≤P0 (13d)
Q≥0 (13e)
||wr||＝1 (13f)
其中，γb表示基站接收到的用户上行信号的信干噪比，可由式(13g)表示；
Figure BDA0003092093610000092
Figure BDA0003092093610000093
表示空中窃听者接收到的用户上行信号的信干噪比的估计值，可由式(13h)表示；
Figure BDA0003092093610000094
Figure BDA0003092093610000095
表示只考虑路径损耗的基站到空中窃听者之间的信道，
Figure BDA0003092093610000096
表示只考虑路径损耗的用户到空中窃听者之间的信道；
Ω表示预期搜索的角度范围，即基站雷达波束主瓣的角度范围，具体到本实施例，取[-4°:4°]；
λ表示主瓣波束幅值偏差比例，即波束主瓣的幅值与波束视轴方向上的幅值差的绝对值与波束视轴方向上的幅值的比值，在本实施例中取0.05；保密率需求下界rs取3bit/s/Hz；
步骤2、固定Q[k]，通过(14)将wr [k+1]更新为C-1gub的归一化值：
Figure BDA0003092093610000097
其中，
Figure BDA0003092093610000098
表示自干扰信号与噪声功率之和，I表示单位阵；
步骤3、对问题(15)执行以基站接收信干噪比下界γ1为变量的一维搜索，得到最优的γ1并记为γ1 *，并且更新基站雷达发射波形协方差矩阵Q并记为Q[k+1]；
Figure BDA0003092093610000101
其中，t为基站雷达波束主瓣视轴方向幅值与旁瓣幅值差值的下界；具体到本实施例，主瓣视轴方向幅值与旁瓣幅值差值与其下界的关系可由式(15a)表示；
Figure BDA0003092093610000102
问题(15)需满足基站接收信干噪比不小于基站接收信干噪比下界γ1约束、波束主瓣范围内保密率不低于保密率需求约束、基站雷达波束主瓣角度范围内幅值保持近似恒定约束、Q的迹不大于发射天线总功率上限P0的约束、Q不小于0的约束以及基站接收波束赋形向量wr的范数为1的约束；具体到本实施例，基站接收信干噪比不小于基站接收信干噪比下界γ1约束可由式(15b)表示；波束主瓣范围内保密率不低于保密率需求约束可由式(15c)表示；基站雷达波束主瓣角度范围内幅值保持近似恒定约束可由式(15d)、(15e)表示；Q的迹不大于发射天线总功率上限P0的约束可由式(15f)表示；Q不小于0的约束可由(15g)表示；基站接收波束赋形向量wr的范数为1的约束可由式(15h)表示；
具体到本实施例，总功率上限P0取30dBm；
γb≥γ1 (15b)
Figure BDA0003092093610000103
Figure BDA0003092093610000104
Figure BDA0003092093610000105
Tr(Q)≤P0 (15f)
Q≥0 (15g)
||wr||＝1 (15h)
步骤4、更新k＝k+1；
步骤5、判断目标函数(13)是否收敛或达到最大迭代次数，若是，基站则发射与此时的雷达发射波形协方差矩阵相对应的雷达波形，搜寻空中窃听者，获取空中窃听者的角度信息，跳至步骤6，否则跳至步骤2；
具体到本实施例，收敛阈值设置为0.01；
步骤6、基站发射雷达信号至空中窃听者，根据回波信号跟踪空中窃听者，实现了有效探测空中窃听者的位置信息，基站从而可根据空中窃听者的位置信息发送干扰信号对其进行干扰，如图3所示；
步骤7、使用连续凸逼近迭代求解信干噪比松弛变量的最小化问题，并且在每次迭代中，通过(17)将基站接收波束赋形向量wr更新为C-1gub的归一化值，信干噪比松弛变量的最小化问题具体为：
Figure BDA0003092093610000111
其中，z表示信干噪比松弛变量,由式(16c)表征；
问题(16)需满足基站发射天线总功率约束、回波信号信噪比不小于预定雷达回波信号信噪比阈值约束、空中窃听者信干噪比不超过预定空中窃听者信干噪比阈值约束以及约束(16a)、(16b)、(16c)；
具体到本实施例，上述约束可由式(16a)、(16b)、(16c)、(16d)、(16e)、(16f)表征；其中，式(16d)表示基站发射天线总功率约束；式(16e)表示回波信号信噪比不小于预定雷达回波信号信噪比阈值约束；式(16f)表示空中窃听者信干噪比不超过预定空中窃听者信干噪比阈值约束；
Figure BDA0003092093610000112
Figure BDA0003092093610000113
Figure BDA0003092093610000114
‖x‖2≤P0 (16d)
Figure BDA0003092093610000121
Figure BDA0003092093610000122
其中，
Figure BDA0003092093610000123
表示基站处的噪声功率矩阵；A为回波信号等效信道，A＝αa*(θ0)aH(θ0)；γecho为回波信号的信干噪比阈值，在本实施例中取3dB；γth为空中窃听者的信干噪比阈值在本实施例中取-10dB；u1表示信号功率松弛变量，v1表示干扰功率松弛变量，z表示信干噪比松弛变量；
Figure BDA0003092093610000128
为信号功率松弛变量的泰勒展开点初始值，在本实施例中取5000；x为基站发射的雷达信号波形向量的泰勒展开点初始值，在本实施例中，x为将
Figure BDA0003092093610000124
利用基站发射功率归一化后的向量；
Figure BDA0003092093610000125
其中，
Figure BDA0003092093610000126
表示自干扰信号与噪声功率之和，其中，Q＝xxH表示基站发射的雷达信号波形的协方差矩阵，
Figure BDA0003092093610000127
表示基站处的噪声功率值，I表示单位阵；
步骤8、基站发射雷达波束赋形向量x对应的波形，并将基站接收波束赋形向量wr设置为步骤7中的解，有效提高了上行通信的保密率，当基站和用户间距离在40米到200米之间时，上行通信的保密率提高了4bit/s/Hz以上，如图4所示；而现有研究中，尚未有由感知能力引起的上行通信保密性能的提高的结论；
至此，经过步骤1到步骤8，实现了一次感知辅助的上行安全通信过程。
图3为本发明一种感知辅助的上行安全通信方法实施例1中波束主瓣搜索宽度和生成波形之间的关系曲线的仿真结果图；
图3横坐标为角度值，纵坐标为生成的波形，仿真实验对三种情况进行了对比分析：1)波束主瓣搜索宽度为0°；2)波束主瓣搜索宽度为8°；2)波束主瓣搜索宽度为16°；
由图3可以看出，本方法能够生成具有一定宽度的主瓣波束，从而实现有效探测空中窃听者的位置信息；
图4为本发明一种感知辅助的上行安全通信方法实施例1中保密率和用户与基站间距之间的关系曲线的仿真结果图；
图4横坐标为基站与用户之间的距离，依次取值为40米，80米，120米，160米，200米，纵坐标为保密率，仿真实验对四种情况进行了对比分析：1)有感知辅助的基站，即本方法，用户的发射功率为3dBm；2)普通基站，用户的发射功率为3dBm；3)有感知辅助的基站，即本方法，用户的发射功率为0dBm；4)普通基站，用户的发射功率为3dBm；
由图4可以看出在感知辅助下，保密率可以显著地提高，有效提高了单天线用户上行通信的安全性；在图4所示的仿真条件下，有感知辅助的基站上行通信保密率普遍提高了4bit/s/Hz以上。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种感知辅助的上行安全通信方法，其特征在于：依托于一个感知辅助的通信系统，该通信系统包括一个可发射雷达和通信信号的全双工基站、一个单天线用户以及一个单天线空中窃听者；
其中，全双工基站简称基站，单天线用户简称用户；
其中，基站接收到的信号yb由式(1)表示：
Figure FDA0003813599970000011
其中，gub表示用户到基站间的信道，s表示用户发射的上行信号，GSI表示发射天线和接收天线间的自干扰信道，x表示基站发射的雷达信号波形；a(θ0)表示天线导向矢量；θ0表示空中窃听者的离开角；[·]*表示矩阵[·]的共轭；[·]H表示矩阵[·]的共轭转置；nb表示基站处的噪声；α为受路径损耗和雷达截面积影响的系数，由式(2)表示：
Figure FDA0003813599970000012
其中，ρ0为参考距离为1米时的信道功率，db,e表示基站到空中窃听者的距离，ξ表示雷达截面积；
空中窃听者处接收到的信号ye由式(3)表示：
ye＝gues+gbex+ne (3)
其中，gue为用户到空中窃听者之间的信道，gbe为基站到空中窃听者之间的信道，ne表示空中窃听者处的功率为
Figure FDA0003813599970000013
的高斯白噪声；
所述感知辅助的上行安全通信方法，包括以下步骤：
步骤1、设置当前迭代次数k＝0，并初始化基站雷达发射波形协方差矩阵Q[k]和基站接收波束赋形向量wr [k]为问题(4)的可行解：
Figure FDA0003813599970000014
其中，Q表示雷达发射波形协方差矩阵，wr表示基站接收波束赋形向量，Q[k]和wr [k]的右上角标为迭代次数，Q[k]即表示雷达发射波形协方差矩阵的第k次迭代，wr [k]表示基站接收波束赋形向量的第k次迭代，θm表示基站雷达波束旁瓣范围内的角度，Φ表示基站雷达波束旁瓣的范围；
步骤2、固定Q[k]，通过(5)将wr [k+1]更新为C-1gub的归一化值：
Figure FDA0003813599970000021
其中，
Figure FDA0003813599970000022
表示自干扰信号与噪声功率之和，
Figure FDA0003813599970000023
表示基站处的噪声功率值，I表示单位阵；
步骤3、对问题(6)执行以基站接收信干噪比下界γ1为变量的一维搜索，得到最优的γ1并记为γ1 *且更新基站雷达发射波形协方差矩阵Q并记为Q[k+1]：
Figure FDA0003813599970000024
其中，t为基站雷达波束主瓣视轴方向幅值与旁瓣幅值差值的下界；
步骤4、更新k＝k+1；
步骤5、判断函数(4)是否收敛或达到最大迭代次数，若是，基站则发射与此时的雷达发射波形协方差矩阵相对应的雷达波形，搜寻空中窃听者，获取空中窃听者的角度信息，跳至步骤6，若否，则跳至步骤2；
步骤6、基站发射雷达信号至空中窃听者，根据回波信号跟踪空中窃听者；
步骤7、使用连续凸逼近迭代求解信干噪比松弛变量的最小化问题；
步骤8、基站发射雷达波束赋形向量x对应的波形，并将基站接收波束赋形向量wr设置为步骤7中的解。
2.根据权利要求1所述的一种感知辅助的上行安全通信方法，其特征在于：步骤1中，问题(4)需满足保密率大于保密率需求下界约束、波束主瓣幅值保持近似恒定约束、Q[0]的迹不大于发射天线总功率上限P0的约束、Q[0]不小于0的约束及基站接收波束赋形向量wr [0]的范数为1的约束。
3.根据权利要求2所述的一种感知辅助的上行安全通信方法，其特征在于：步骤3中，问题(6)需满足基站接收信干噪比不小于基站接收信干噪比下界γ1约束、波束主瓣范围内保密率不低于保密率需求约束、以及基站雷达波束主瓣角度范围内幅值保持近似恒定约束、Q的迹不大于发射天线总功率上限P0的约束、Q不小于0的约束以及基站接收波束赋形向量wr的范数为1的约束。
4.根据权利要求3所述的一种感知辅助的上行安全通信方法，其特征在于：步骤7、具体为：
Figure FDA0003813599970000031
其中，z表示信干噪比松弛变量；u1表示信号功率松弛变量，v1表示干扰功率松弛变量。
5.根据权利要求4所述的一种感知辅助的上行安全通信方法，其特征在于：公式(7)需满足基站发射天线总功率约束、回波信号信噪比不小于预定雷达回波信号信噪比阈值约束、空中窃听者信干噪比不超过预定空中窃听者信干噪比阈值约束、基站接收波束赋形向量的范数为1的约束以及约束(a)、(b)、(c)；
Figure FDA0003813599970000032
Figure FDA0003813599970000033
Figure FDA0003813599970000034
其中，
Figure FDA0003813599970000035
表示基站处的噪声功率矩阵；
Figure FDA0003813599970000036
为信号功率松弛变量的泰勒展开点初始值；
Figure FDA0003813599970000037
为基站发射的雷达信号波形向量泰勒展开点的初始值。
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