[发明专利]基于深度变分信息瓶颈的多星协作信号检测方法

说明书

本发明公开一种基于深度变分信息瓶颈的多星协作信号检测方法，属于通信技术领域。本发明采用通信计算一体化方式对感知信号进行处理和传输，并基于信息瓶颈方式，建立深度学习架构来抽取有效信息，通过构建端到端的编码器和解码器并定制批规范化层，减少与检测目标无关的冗余信号对星间链路带宽的占用，解决多星协作检测过程中检测精度和星间链路传输带宽受限问题。本发明通过通信计算一体化技术提高多星协作信号检测效率，增强多星协作信号检测能力；采用深度学习有效地得到近似最优的编码器和解码器，提高多星协作信号检测精度；构建神经网络以及定制批规范化层，有效实现星间链路冗余，缓解星间链路频谱资源紧缺。

技术领域

本发明涉及一种基于深度变分信息瓶颈的多星协作信号检测方法，属于通信领域。

背景技术

随着天地一体化网络的发展，卫星通信因其更广的覆盖范围而备受关注。相比地面无线通信，更远的传输距离和更快的卫星移动速度，给星地之间信号检测精度带来更大的挑战。近年来蓬勃发展的低轨卫星星座技术，由于能够提供多颗卫星进行协同信号检测，成为具有巨大潜力的技术之一。

低轨卫星轨道高度在2 000km以内，相较于地面移动通信，低轨卫星通信系统覆盖更广，更适合在戈壁、沙漠、高山、森林、海洋、空中等无人区进行全球通信；相较于中高轨卫星，低轨卫星对地面具有多重覆盖能力，具有信号更强、部署更快、速率更高、传输时延更低的优势，且终端轻小型化，支持全球随遇接入，能够实现真正意义上的全球泛在连接。

低轨卫星星座的多星系统架构及星上处理能力是多星协作信号检测的基础，通过星间链路与星上处理转发，能够实现全球组网和数据交换。多星协作信号处理技术充分运用多颗卫星的信号收发与处理能力，有助于挖掘低轨卫星星座的规模优势，是使能未来6G空天地一体泛在互联的关键技术。在低轨卫星多星协作信号检测场景中，在地面传感器设备上空的多颗卫星首先需要对地面传感器设备发出的信号进行感知，然后将感知到的信号通过星间链路传输到指定的卫星进行处理，最终做出决策和判断。

然而，随着地面无线通信设备种类和数量的爆炸式增长，星间链路频率资源稀缺的问题日益突出。传统星间信号传输方式是将感知到的信号全部通过星间链路进行传输，导致大量与检测目标无关的冗余信号占据星间链路带宽，进一步加剧星间链路带宽资源紧缺的问题。如何在多星协作检测过程中减少冗余信号的传输，仍缺乏相关的解决方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于深度变分信息瓶颈的多星协作信号检测方法，采用通信计算一体化方式对感知信号进行处理和传输，并基于信息瓶颈方式，构建深度学习架构来抽取有效信息，减少与检测目标无关的冗余信号对星间链路带宽的占用，解决多星协作检测过程中星间链路传输带宽受限问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

基于深度变分信息瓶颈的多星协作信号检测方法，包含以下步骤：

步骤一、多个地面传感器发送感知信号：

地面K个传感器设备将感知到的信号进行预处理并发送给同时为其服务的M颗卫星接入点；

采用通信计算一体化技术对感知信号进行预处理，在第k个传感器处的发送信号x_k如式(1)所示：

其中，为预处理函数，根据要实现的感知目标来选择不同的函数，s_k为第k个传感器感知的初始信号；

作为优选，预处理函数包括：算术平均、几何平均、加权和、欧几里得范数；

步骤二、多个卫星接入点接收信号：

M颗卫星接入点接收地面K个传感器设备的信号；

所有传感器并发传输后在第m颗卫星接入点处的接收信号y_m如式(2)所示：