[發明專利]一種基于多顆低軌衛星協作的頻譜感知方法

有效

• 申請號: 202010047057.2
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111262617B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 丁曉進;張玉;張更新
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04B7/06;H04B17/382
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 劉珊珊

本發明公開了一種基于多顆低軌衛星協作的頻譜感知方法，包括目標信號增強、干擾信號抑制和頻譜判決三個部分，目標信號增強步驟通過多顆低軌衛星通過組陣使各衛星的導向矢量在目標信號方向同相疊加，以提高低軌衛星對目標信號的接收強度；干擾信號抑制步驟是在保證上述條件下，使組陣衛星形成的方向圖的零陷方向對準干擾信號方向，并通過相關算法使方向圖零陷方向的接收強度盡可能小，從而最大程度地抑制干擾信號；頻譜判決步驟是將衛星組陣后接收到的信號能量與判決門限做比較，并得出相應的正確檢測概率。本方法可以有效提高多顆低軌衛星對目標信號進行頻譜感知時的接收信干噪比，提升存在干擾信號時對目標信號的感知性能。

技術領域

本發明涉及一種基于多星協作的低軌衛星頻譜感知方法，屬于無線通信技術。

背景技術

隨著無線網絡需求的增長與不斷發展，頻譜資源緊缺問題得到了越來越多的關注，認知無線電技術允許非授權用戶機會式地使用授權用戶的頻段，從而可以有效提高頻譜資源的利用率，在一定程度上可以緩解頻譜資源緊缺的難題。目前隨著人們對無線通信要求的提高，僅基于地面網絡的無線通信質量已不能滿足人們的需求，從而促使了天上網絡的快速發展，如天地一體化網路的提出。在天地一體化網絡中，提高頻譜資源利用率也是一個亟待解決的問題。在天地一體化網絡中，會遇到由于傳輸距離遠帶來的一些問題。比如，地面網絡發送的信號因為遠距離的傳輸會導致星上網絡接收到的信號強度值很小，從而會影響星上節點對地面節點的檢測性能。

多星協作感知的方式可以克服由于單顆衛星感知性能不佳的問題，衛星編隊的方式可以穩固衛星飛行過程中的拓撲結構，從而在一定程度上降低運算復雜度。并且由于地面節點與衛星之間的遠距離傳輸導致的信號大幅度衰落，以及存在干擾信號時，會使得衛星接收的信干噪比值相當低，而波束成形技術可以在提高目標信號接收信號強度的同時，很好的抑制干擾信號。

基于以上觀點，這里研究的多星協作的低軌衛星頻譜感知，網絡系統包括多個衛星感知節點，一個地面干擾節點，一個目標感知信號節點。為了提高衛星感知目標信號時的檢測性能，研究基于多星協作和衛星編隊波束成形技術相結合的策略來提升衛星頻譜感知時的接收信干噪比。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種基于多星協作的低軌衛星頻譜感知方法，讓M顆低軌衛星以編隊的方式形成一定形狀的拓撲結構，從中選擇N顆低軌衛星以多星協作的方式對地面上的目標信號進行頻譜感知，通過抑制干擾信號，提升對目標信號的感知性能。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于多顆低軌衛星協作的頻譜感知方法，假設M顆低軌衛星以編隊的方式形成一定形狀的拓撲結構，從中選擇N顆低軌衛星以多星協作的方式對地面上的目標信號進行頻譜感知，通過抑制干擾信號，提升對目標信號的感知性能；該方法包括目標信號增強、干擾信號抑制和頻譜判決三個部分，具體步驟如下：

(1)目標信號增強：從M顆低軌衛星形成的拓撲結構中選擇出N顆低軌衛星利用波束成形技術來感知地面上的目標信號；具體來說，通過控制所選N顆低軌衛星各自的導向矢量在目標信號方向上同相疊加，使所選N顆低軌衛星組陣形成的方向圖的主瓣對準目標信號方向，從而提高所選N顆低軌衛星對目標信號的接收信號強度；

(2)干擾信號抑制：在保證所選N顆低軌衛星組陣形成的方向圖的主瓣對準目標信號方向的約束條件下，讓方向圖的零陷方向對準干擾信號，且在零陷方向上讓所選N顆低軌衛星各自的導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；

(3)頻譜判決：將所選N顆低軌衛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，則判斷目標信號存在；否則，判斷目標信號不存在。