[發(fā)明專利]一種基于多顆低軌衛(wèi)星協(xié)作的頻譜感知方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010047057.2
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111262617B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁曉進(jìn);張玉;張更新
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04B7/06;H04B17/382
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 劉珊珊

1.一種基于多顆低軌衛(wèi)星協(xié)作的頻譜感知方法，其特征在于：假設(shè)M顆低軌衛(wèi)星以編隊(duì)的方式形成一定形狀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從中選擇N顆低軌衛(wèi)星以多星協(xié)作的方式對地面上的目標(biāo)信號進(jìn)行頻譜感知，通過抑制干擾信號，提升對目標(biāo)信號的感知性能；該方法包括目標(biāo)信號增強(qiáng)、干擾信號抑制和頻譜判決三個部分，具體步驟如下：

(1)目標(biāo)信號增強(qiáng)：從M顆低軌衛(wèi)星形成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中選擇出N顆低軌衛(wèi)星利用波束成形技術(shù)來感知地面上的目標(biāo)信號；通過控制所選N顆低軌衛(wèi)星各自的導(dǎo)向矢量在目標(biāo)信號方向上同相疊加，使所選N顆低軌衛(wèi)星組陣形成的方向圖的主瓣對準(zhǔn)目標(biāo)信號方向，從而提高所選N顆低軌衛(wèi)星對目標(biāo)信號的接收信號強(qiáng)度；

(2)干擾信號抑制：在保證所選N顆低軌衛(wèi)星組陣形成的方向圖的主瓣對準(zhǔn)目標(biāo)信號方向的約束條件下，讓方向圖的零陷方向?qū)?zhǔn)干擾信號，且在零陷方向上讓所選N顆低軌衛(wèi)星各自的導(dǎo)向矢量盡最大可能地反向相消，從而最大程度地抑制干擾信號；

當(dāng)所選N顆低軌衛(wèi)星組陣形成的方向圖的主瓣對準(zhǔn)目標(biāo)信號方向時，所選N顆低軌衛(wèi)星的導(dǎo)向矢量加權(quán)值滿足如下條件：

其中：W_n為第n顆低軌衛(wèi)星的導(dǎo)向矢量加權(quán)值；γ_n為第n顆低軌衛(wèi)星距離坐標(biāo)原點(diǎn)的距離，l為波長；θ_n和φ_n分別為第n顆低軌衛(wèi)星的方位角和俯仰角，且滿足θ_n∈[0,π)，φ_n∈[0,2π)，(θ₀,φ₀)為所選N顆低軌衛(wèi)星組陣形成的方向圖的主瓣期望方向的方位角和俯仰角；

以所選N顆低軌衛(wèi)星組陣形成的方向圖的零陷方向?qū)?zhǔn)干擾信號方向，最小化零陷方向接收信號增益G_R2為目標(biāo)，以主瓣方向?qū)?zhǔn)目標(biāo)信號方向?yàn)榧s束，從M顆低軌衛(wèi)星形成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中選擇N顆低軌衛(wèi)星以形成所要求的方向圖；

(3)頻譜判決：將所選N顆低軌衛(wèi)星組陣形成方向圖后接收到的信號能量與判決門限值λ做比較：若信號能量大于判決門限值λ，則判斷目標(biāo)信號存在；否則，判斷目標(biāo)信號不存在。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多顆低軌衛(wèi)星協(xié)作的頻譜感知方法，其特征在于：所述判決門限值λ參考單顆低軌衛(wèi)星頻譜感知的虛警概率p_f設(shè)定：

其中：μ為采樣點(diǎn)總數(shù)，Γ(·)表示伽馬函數(shù)；p_r為概率表示符號，Y為所選N顆低軌衛(wèi)星組陣形成方向圖后接收到的μ個信號取模平方后再求和得到的信號能量值，H₀表示目標(biāo)信號不存在的狀態(tài)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多顆低軌衛(wèi)星協(xié)作的頻譜感知方法，其特征在于：所述步驟(1)中，當(dāng)所選N顆低軌衛(wèi)星組陣形成的方向圖的主瓣對準(zhǔn)目標(biāo)信號方向時，則在主瓣方向上產(chǎn)生的增益值為單顆組陣衛(wèi)星增益值的N²倍；此時所選N顆低軌衛(wèi)星的平均導(dǎo)向矢量表示為：

其中：為第n顆低軌衛(wèi)星的平均導(dǎo)向矢量，為方位角θ和俯仰角φ的函數(shù)；J₁(·)為第一類一階球形貝塞爾函數(shù)；j₁(·)為第一類一階貝塞爾函數(shù)；θ_n和φ_n分別為第n顆低軌衛(wèi)星的方位角和俯仰角，且滿足θ_n∈[0,π)，φ_n∈[0,2π)；Q(θ,φ)＝2πβρ₀，D為低軌衛(wèi)星的攝動半徑，l為波長，(θ₀,φ₀)為所選N顆低軌衛(wèi)星組陣形成的方向圖的主瓣期望方向的方位角和俯仰角，G(θ)＝2πβρ₀(cosθ-cosθ₀)；γ_n為第n顆低軌衛(wèi)星距離坐標(biāo)原點(diǎn)的距離。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于多顆低軌衛(wèi)星協(xié)作的頻譜感知方法，其特征在于：所述步驟(1)中，所選N顆低軌衛(wèi)星的平均方向圖F(φ)表示為：

所選N顆低軌衛(wèi)星的平均功率方向圖S(φ)表示為：

S(φ)＝|F(φ)|²

其中：W_n為第n顆低軌衛(wèi)星的導(dǎo)向矢量加權(quán)值，W_n∈C，C為復(fù)數(shù)域。