Flexible mobility and random jitter are two unique features of UAV communication platforms. Although advantages of mobility have been extensively explored, the random jitter of UAV platforms, caused by airflow and body vibrations, has been rarely studied. This work aims to answer the two fundamental questions: i) how to analyze the secrecy performance when considering UAV jitter and ii) can this inherent characteristic of UAV be exploited to enhance secrecy? Detailed, we study the modeling and analysis of UAV jitter on the secrecy performance in an air-to-ground (A2G) wiretap system with multiple non-colluding eavesdroppers, where a UAV-mounted transmitter equipped with directional antennas illuminates ground terminals in a finite area. Random waypoint model is applied to characterize the mobility of eavesdroppers. To be specific, by modeling UAV jitter in both horizontal azimuth and vertical elevation, distortion and shift of UAV illumination area are analyzed. Further, beam-illumination probability of a randomly located ground terminal is obtained. Following which, a tractable framework for analyzing the secrecy coverage probability (SCP) and ergodic secrecy capacity (ESC) is developed. Expressions for SCP and ESC are derived with characterizations for the signal-to-noise ratio received at legitimate receiver and eavesdroppers. Finally, extensive simulations are provided to validate the theoretical analysis. This is the first work to find that UAV jitter can be exploited to enhanced secrecy performance of A2G wiretap system with appropriate UAV height and beamwidth.

中文翻译：

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无人飞行器抖动和多个随机步行窃听器空对地通信的保密性能分析

灵活的移动性和随机抖动是无人机通信平台的两个独特功能。尽管人们已经广泛地研究了机动性的优点，但很少研究无人机的气流和身体振动引起的随机抖动。这项工作旨在回答两个基本问题：i）在考虑无人机抖动时如何分析保密性能； ii）可以利用无人机的这种固有特性来增强保密性吗？详细地，我们研究了在具有多个非冲突窃听者的空对地（A2G）窃听系统中，UAV抖动对保密性能的建模和分析，其中装有定向天线的安装在UAV上的发射机以有限的角度照亮地面终端区域。应用随机航点模型来表征窃听者的移动性。再具体一点，通过模拟无人机在水平方位和垂直仰角的抖动，分析了无人机照明区域的畸变和偏移。此外，获得了随机放置的接地端子的光束照射概率。随后，开发了一个易于处理的框架来分析保密覆盖率（SCP）和遍历保密能力（ESC）。SCP和ESC的表达式是通过表征合法接收者和窃听者接收到的信噪比得出的。最后，提供了广泛的仿真来验证理论分析。这是第一个发现可以利用UAV抖动来利用适当的UAV高度和波束宽度来增强A2G窃听系统的保密性能的工作。分析了无人机照明区域的畸变和偏移。此外，获得了随机放置的接地端子的光束照射概率。随后，开发了一个易于处理的框架来分析保密覆盖率（SCP）和遍历保密能力（ESC）。SCP和ESC的表达式是通过表征合法接收者和窃听者接收到的信噪比得出的。最后，提供了广泛的仿真来验证理论分析。这是第一个发现可以利用UAV抖动来利用适当的UAV高度和波束宽度来增强A2G窃听系统的保密性能的工作。分析了无人机照明区域的畸变和偏移。此外，获得了随机放置的接地端子的光束照射概率。随后，开发了一个易于处理的框架来分析保密覆盖率（SCP）和遍历保密能力（ESC）。SCP和ESC的表达式是通过表征合法接收者和窃听者接收到的信噪比得出的。最后，提供了广泛的仿真来验证理论分析。这是第一个发现可以利用UAV抖动来利用适当的UAV高度和波束宽度来增强A2G窃听系统的保密性能的工作。建立了一个可分析的框架，用于分析保密覆盖率（SCP）和遍历保密能力（ESC）。SCP和ESC的表达式是通过表征合法接收者和窃听者接收到的信噪比得出的。最后，提供了广泛的仿真来验证理论分析。这是第一个发现可以利用UAV抖动来利用适当的UAV高度和波束宽度来增强A2G窃听系统的保密性能的工作。建立了一个易于处理的框架，用于分析保密覆盖率（SCP）和遍历保密能力（ESC）。SCP和ESC的表达式是通过表征合法接收者和窃听者接收到的信噪比得出的。最后，提供了广泛的仿真来验证理论分析。这是第一个发现可以利用UAV抖动来利用适当的UAV高度和波束宽度来增强A2G窃听系统的保密性能的工作。