[发明专利]一种面向高低轨卫星共存的频谱认知方法

说明书

本发明公开了一种面向高低轨卫星共存的频谱认知方法，首先，由位于不同CSP的LEO认知节点对GEO卫星干扰信号进行采集，并传送至地面融合中心FC，由地面融合中心综合判决后结合REM技术生成GEO卫星的频谱态势信息；然后根据FC生成的频谱态势信息发送到频谱调控系统，用以制定或更新频谱共享策略；最后，频谱调度系统向LEO节点发送相应的控制命令；本发明提出了CSP的概念，解决分布稀疏的LEO‑CNs对协作频谱认知的负面影响；引入双门限能量检测算法，采用软融合和硬融合结合的融合策略，在LEO认知系统复杂度和频谱感知精度之间取得良好的平衡；同时采用无线电环境制图方法构建频谱数据库，引入空间检测概率和空间虚警概率，提高评估频谱空间态势认知可靠性。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，主要涉及一种面向高低轨卫星共存的频谱认知方法。

背景技术

随着人类空间探索范围的大幅度提升和空间信息网络的快速发展，空间频谱资源短缺的问题日益突出。为了提高空间频谱资源的有效利用率，ITU在划分和指配频率时允许异构网络系统在规则框架内合理地共享频谱。面对现有卫星系统频谱资源利用率低和新入卫星频谱资源储备不足的现状，迫切需要加快频谱资源的统筹协调。近年来发展卫星星座系统成为潮流，未来将会有数百颗甚至上千颗的LEO卫星组成星座系统覆盖全球，因此在GEO和LEO卫星系统之间探寻适用的频谱共享策略显得尤为重要。

人们已经提出了许多GEO和LEO共存的频谱共享方法。现有文献主要集中在干扰分析、基于角度隔离、波束跳变和功率自适应技术的频谱共享方法，而对SS算法的研究较少。经过调研，将频谱感知技术应用于认知卫星系统是可行的。能量检测是最广泛的频谱感知算法，因为它的实现简单，而且不需要关于主用户的先验信息，通过检测概率(Pd)和虚警概率(Pf)来衡量各传感技术的性能。传统的能量检测中，一般假定噪声功率是确定的，但在认知卫星系统中，噪声不仅仅包含高斯白噪声，还存在其它干扰，同时干扰功率随着时间和相对位置的变化而变化。这种噪声不确定性会使得频谱感知性能变差，也就是检测概率下降，虚警概率增加。我们为了消弱噪声对认知系统的影响和提高频谱感知精度，采用双门限能量检测结合融合判决策略，并引入噪声不确定性概念。

目前，将频谱数据库技术应用于辅助认知卫星系统频谱感知过程，也倍受研究人员的关注。在卫星通信系统提出数据库方法的原因基本上与地面系统相同：尽管在高度动态的频谱共享场景中，数据库仍可以为主用户提供了较好的保护。将数据库技术主要的技术挑战是广域覆盖，REM作为数据库技术之一，它突破了单一感知节点的覆盖限制，以低密度、随机分布的CNs在空间中提供可靠的空间频谱状态。特别地，REM更适用于LEO卫星通信的情况，因为LEO卫星轨道低，相对于地面快速运动，需要动态的频谱数据库。

发明内容

发明目的：本发明首先提出了认知卫星定位(CSP)的概念，解决星载多个认知节点间协作频谱感知和REM技术因信号分布稀疏而导致感知精度低的问题；第二，为了保证星载感知节点在低信噪比环境下准确判决，在单门限能量检测基础上引入双门限能量检测算法，同时为了减轻专用认知链路的传输负担，采用软融合和硬融合结合的融合策略，以在LEO认知系统复杂度和频谱感知精度之间取得良好的平衡。第三，采用无线电环境制图方法构建频谱数据库，提高评估频谱空间态势认知可靠性。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种面向高低轨卫星共存的频谱认知方法，包括以下步骤：

步骤S1、位于不同认知卫星定位CSP的低轨卫星认知节点LEO-CN对具备频谱许可证的高轨卫星系统GEO发射的信号进行采集；

步骤S2、所述各LEO-CN节点将采集到的信号数据与双门限能量检测的阈值进行比较；当所述信号数据处于检测模糊状态之外时，认知卫星定位节点CSP-CN即独立作出可信干扰检测，并向融合中心FC传送大小为1bit的检测结果信息；当所述信号数据处于检测模糊状态时，认知卫星定位节点CSP-CN和相邻的CSP-CNs将发送它们的干扰测量统计数据至融合中心FC；