基于高空气球平台辅助的低轨卫星安全传输方案与核岭回归加速优化方法

《IEEE Open Journal of the Communications Society》：Learning-Assisted Secure Transmission Design for Low Earth Orbit Satellites with High Altitude Platform Jamming

　　

摘要：

低轨卫星系统提供全球覆盖和低延迟，然而其快速运动导致严重的信道变化，使得整个服务周期的物理层安全设计成本过高且效率低下。为解决该问题，我们研究了一种高空气球平台辅助的安全传输方案，其中高空气球平台发送人工噪声以增强卫星通信安全性并改善用户公平性。具体而言，我们构建了一个最小保密速率最大化问题，以联合功率分配和高空气球平台波束赋形向量为优化变量。由于问题的非凸特性，对单个时隙求解计算量巨大，而直接将优化扩展到所有时隙会带来过高开销。因此，我们提出了一种基于学习的框架，该框架首先优化关键时隙，然后训练一个核岭回归模型。特别是，训练样本的数量根据窃听者与合法用户之间的最小距离自适应调整，同时采用热启动策略加速对采样时隙的优化。训练好的核岭回归模型学习了从卫星角位置到安全传输参数的映射，并为剩余时隙预测合适的解决方案。仿真结果表明，该方法在保密性和用户公平性性能方面与逐时隙优化相当，但计算复杂度低得多，为安全的低轨卫星通信提供了一种可扩展且高效的解决方案。