[發(fā)明專利]一種基于零和博弈論的衛(wèi)星通信抗干擾方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110728217.4
• 申請(qǐng)日: 2021-06-29
• 公開（公告）號(hào): CN113472423B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李聰;王顯煜;王一帆;蘇昕宇;李學(xué)遠(yuǎn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安空間無線電技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H04B7/185
• 分類號(hào): H04B7/185;H04B15/00;G01S19/21;G06F17/15;G06F17/16
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 王衛(wèi)軍

一種基于零和博弈論的衛(wèi)星通信抗干擾方法，適用于認(rèn)知對(duì)抗環(huán)境中的對(duì)抗通信，屬于衛(wèi)星通信抗干擾領(lǐng)域。針對(duì)衛(wèi)星通信抗干擾場(chǎng)景，建立以功率、速率、信道頻點(diǎn)及高低速波形切換等參數(shù)、波形的聯(lián)合變換為策略，以通信容量和誤碼率為優(yōu)化目標(biāo)的零和博弈模型。通過仿真計(jì)算系統(tǒng)效用函數(shù)矩陣，求解系統(tǒng)的混合納什均衡策略解，指導(dǎo)不同干擾環(huán)境下的最優(yōu)抗干擾策略選擇，提升系統(tǒng)的通信容量和通信質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于零和博弈論的衛(wèi)星通信抗干擾方法，適用于認(rèn)知對(duì)抗環(huán)境中的對(duì)抗通信，屬于衛(wèi)星通信抗干擾領(lǐng)域。

背景技術(shù)

常規(guī)的通信抗干擾技術(shù)包括三類：一是頻域處理，如直接序列擴(kuò)頻、跳頻等；二是空域處理，如自適應(yīng)天線等；三是時(shí)域處理，如猝發(fā)通信。這些抗干擾技術(shù)各有其優(yōu)點(diǎn)，但都屬于盲抗干擾方式，即抗干擾能力在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初就已經(jīng)確定，一旦敵方針對(duì)性的干擾超出其抗干擾容限，就會(huì)造成通信中斷。為了保證未來戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性，需要發(fā)展智能化的認(rèn)知通信抗干擾技術(shù)。博弈論經(jīng)過近百年的發(fā)展與擴(kuò)充，已經(jīng)由經(jīng)濟(jì)學(xué)中的一個(gè)小分支壯大為一門獨(dú)立的學(xué)科，理論體系不斷完善和成熟。博弈論作為一種強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)工具，適合于認(rèn)知域抗干擾中的場(chǎng)景建模、沖突策略求解。

目前，研究者通常將博弈論應(yīng)用于無線通信資源的分配中，如以信干噪比、通信速率等最優(yōu)為策略，優(yōu)化分布式通信模型中的用戶通信容量；以抗干擾功率、波束成形等最優(yōu)為策略，優(yōu)化干擾環(huán)境下的通信信道選擇；以通信容量、信干噪比等最優(yōu)為策略，優(yōu)化抗干擾用戶的系統(tǒng)發(fā)射功率。同時(shí)，部分研究者以快速傅里葉變換、小波變換、分?jǐn)?shù)階傅里葉變換等域變換最優(yōu)為策略，優(yōu)化系統(tǒng)誤碼率等。當(dāng)前，博弈論模型中多以單一參數(shù)性能提升或多域變換為策略，進(jìn)行系統(tǒng)單一能力的提升。博弈論多用于地面無線通信系統(tǒng)中，針對(duì)衛(wèi)星通信抗干擾系統(tǒng)的特點(diǎn)分析及博弈論模型應(yīng)用研究較少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于零和博弈論的衛(wèi)星通信抗干擾方法，針對(duì)衛(wèi)星通信抗干擾場(chǎng)景，建立以功率、速率、信道頻點(diǎn)及高低速波形切換等參數(shù)、波形的聯(lián)合變換為策略，以通信容量和誤碼率為優(yōu)化目標(biāo)的零和博弈模型。計(jì)算衛(wèi)星對(duì)抗環(huán)境中完全博弈信息下最佳的抗干擾策略組合，推導(dǎo)計(jì)算雙方的盈利矩陣，求解對(duì)抗環(huán)境下純策略和混合策略的納什均衡解，據(jù)此制定抗干擾的最佳策略選擇，大幅提高抗干擾的效率和能力。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種基于零和博弈論的衛(wèi)星通信抗干擾方法，包括如下步驟：

建立衛(wèi)星干擾模型；所述衛(wèi)星干擾模型包括單音干擾、多音干擾及掃頻干擾，每種干擾均采用最大功率；

建立衛(wèi)星抗干擾模型；

構(gòu)建利用衛(wèi)星干擾模型和衛(wèi)星抗干擾模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)博弈的零和博弈模型；其中，博弈雙方分別是通信方C和干擾方J；通信方C和干擾方J各有一個(gè)有限的策略集，并選擇同一函數(shù)作為效用函數(shù)，通信方C求效用函數(shù)最大值而干擾方J求效用函數(shù)最小值；

利用零和博弈模型計(jì)算效用函數(shù)，根據(jù)效用函數(shù)矩陣，求解通信方C博弈的納什均衡解，納什均衡解對(duì)應(yīng)的策略組合即為抗干擾策略。

進(jìn)一步地，干擾方J的策略集合為{單音、多音、掃頻}＝{J₁，J₂，J₃}，通信方C的策略集包括：三種調(diào)制方式選擇Mod＝{Mod1、Mod2、Mod3}＝{BPSK、QPSK、16QAM}，三種功率調(diào)整PR＝{PR低、PR中、PR高}，任意頻點(diǎn)切換或保留f＝{f切、f留}，高低速率兩種波形切換W＝{W1、W2}＝{DVB-S2、DSSS}；通信方C可采取的策略組成集合為C＝{Mod×PR×f×W}＝{C1、C2…C36}。