[发明专利]一种基于GEO与LEO双层卫星网络的协同频谱感知方法

说明书

本发明公开了一种基于GEO与LEO双层卫星网络的协同频谱感知方法，包括任务评估、策略调度以及信息融合三个功能模块。首先在任务评估模块，GEO卫星根据任务输入参数对整体任务做出评估，确定感知目标的区域，数量以及感知精度。然后在策略调度模块，GEO卫星根据单星感知精度是否能达到任务评估要求选择单星频谱感知策略和多星协同感知策略。最后在信息融合阶段，GEO分别汇总各联盟的感知数据，对多个任务目标进行判决。本发明将推选种子卫星与联盟博弈相结合，能够针对多目标协同感知，满足不同层次任务需求，而且兼顾多星协同感知中相互矛盾的漏检概率和虚警概率，有效的降低了两者的总体错误率，改善频谱感知性能。

技术领域

本发明涉及一种基于GEO与LEO双层卫星网络的协同频谱感知方法，属于无线通信技术。

背景技术

低轨卫星具有覆盖范围广，星地距离近、通信延时低、传播损耗小等特点，并且多颗低轨卫星构成的星座可实现全球(包含两极)无缝覆盖，能够有效克服地面通信网在覆盖方面的不足，具有广阔的应用前景。近年来国内外对低轨卫星展开了深入研究，一些公司更是提出数百颗或上千颗LEO卫星组成的大规模星座系统，如SpaceX和OneWeb，代表着卫星通信未来发展的方向。另一方面，随着通信网络的发展，可申请使用的频率资源越来越紧张，卫星通信很难获得全球覆盖的授权频率，因此如何破解网络全球覆盖与频谱限制之间的瓶颈是目前急需解决的现实问题。

频谱感知是认知无线电技术的关键技术之一，能够缓解频谱资源紧张，为需要通信的用户动态的接入到空闲频谱上，提升频谱资源的实际利用率。因此基于低轨星座的频谱感知能够突破地面频谱资源不足的限制，实现全球范围内频率共享，是解决卫星网络用频瓶颈的有效手段。然而受限于单星感知能力不足，频谱感知的精度往往达不到检测要求，而且卫星监测的带宽一般都采用宽频带，这更增加了卫星感知难度。因此通过多星协同提升频谱感知精度，是解决上述问题的有效途径。

通过卫星协同感知，会降低频谱漏检概率，然而又会提升虚警概率，如何平衡两者关系对提升频谱感知性能有着重要意义。而作为合作博弈论之一的联盟博弈模型，能够充分关注参与协作的每个节点自身的策略，将所有参与的节点组成一个个联盟，通过联盟协同在提升整体系统的同时，也提升了个体的效用值。

基于此，这里研究一种基于任务驱动的GEO和LEO双层卫星网络协同感知，将推选种子卫星与联盟博弈相结合，能够针对多目标协同感知，满足不同层次任务需求。

发明内容

发明目的：针对LEO单星感知能力弱的问题，本发明提供一种基于任务驱动的GEO和LEO双层卫星网络的协同感知方法，利用GEO作为网络骨干节点，承担任务评估与协同算法的实施，LEO卫星根据GEO指令对任务目标频谱感知；为了兼顾多星协同感知中相互矛盾的漏检概率和虚警概率，本发明还提出了一种基于联盟博弈的多星协同算法，并以任务目标数目作为划分联盟数量，LEO卫星形成一个个联盟分别对目标进行感知；本发明方法能够改善频谱感知性能，降低频谱检测中的总体错误率。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于GEO与LEO双层卫星网络的协同频谱感知方法，以GEO卫星作为网络的骨干节点，对感知任务进行评估并实施多星协同感知策略；以LEO卫星作为频谱感知节点，采用能量检测的方式对地面设备是否占用频谱资源进行感知(单星频谱感知)，并将感知结果上报给GEO卫星；具体包括感知任务评估、策略调度以及信息融合三个部分，具体步骤如下：

(1)感知任务评估：GEO卫星根据设定的任务开始时间、任务区域、任务区域上空LEO卫星数量、任务优先级在内的任务参数对感知任务进行评估，确定感知目标及其对应的感知精度要求，并向LEO卫星发出频谱感知指令；

(2)策略调度：LEO卫星根据接收到的频谱感知指令进行单星频谱感知，并将感知结果上报给GEO卫星，GEO卫星根据感知结果和感知精度之间的匹配度，自主选择单星频谱感知策略或多星协同感知策略；