[发明专利]一种基于多颗低轨卫星协作的频谱感知方法

权利要求书

1.一种基于多颗低轨卫星协作的频谱感知方法，其特征在于：假设M颗低轨卫星以编队的方式形成一定形状的拓扑结构，从中选择N颗低轨卫星以多星协作的方式对地面上的目标信号进行频谱感知，通过抑制干扰信号，提升对目标信号的感知性能；该方法包括目标信号增强、干扰信号抑制和频谱判决三个部分，具体步骤如下：

(1)目标信号增强：从M颗低轨卫星形成的拓扑结构中选择出N颗低轨卫星利用波束成形技术来感知地面上的目标信号；通过控制所选N颗低轨卫星各自的导向矢量在目标信号方向上同相叠加，使所选N颗低轨卫星组阵形成的方向图的主瓣对准目标信号方向，从而提高所选N颗低轨卫星对目标信号的接收信号强度；

(2)干扰信号抑制：在保证所选N颗低轨卫星组阵形成的方向图的主瓣对准目标信号方向的约束条件下，让方向图的零陷方向对准干扰信号，且在零陷方向上让所选N颗低轨卫星各自的导向矢量尽最大可能地反向相消，从而最大程度地抑制干扰信号；

当所选N颗低轨卫星组阵形成的方向图的主瓣对准目标信号方向时，所选N颗低轨卫星的导向矢量加权值满足如下条件：

其中：W_n为第n颗低轨卫星的导向矢量加权值；γ_n为第n颗低轨卫星距离坐标原点的距离，l为波长；θ_n和φ_n分别为第n颗低轨卫星的方位角和俯仰角，且满足θ_n∈[0,π)，φ_n∈[0,2π)，(θ₀,φ₀)为所选N颗低轨卫星组阵形成的方向图的主瓣期望方向的方位角和俯仰角；

以所选N颗低轨卫星组阵形成的方向图的零陷方向对准干扰信号方向，最小化零陷方向接收信号增益G_R2为目标，以主瓣方向对准目标信号方向为约束，从M颗低轨卫星形成的拓扑结构中选择N颗低轨卫星以形成所要求的方向图；

(3)频谱判决：将所选N颗低轨卫星组阵形成方向图后接收到的信号能量与判决门限值λ做比较：若信号能量大于判决门限值λ，则判断目标信号存在；否则，判断目标信号不存在。

2.根据权利要求1所述的基于多颗低轨卫星协作的频谱感知方法，其特征在于：所述判决门限值λ参考单颗低轨卫星频谱感知的虚警概率p_f设定：

其中：μ为采样点总数，Γ(·)表示伽马函数；p_r为概率表示符号，Y为所选N颗低轨卫星组阵形成方向图后接收到的μ个信号取模平方后再求和得到的信号能量值，H₀表示目标信号不存在的状态。

3.根据权利要求1所述的基于多颗低轨卫星协作的频谱感知方法，其特征在于：所述步骤(1)中，当所选N颗低轨卫星组阵形成的方向图的主瓣对准目标信号方向时，则在主瓣方向上产生的增益值为单颗组阵卫星增益值的N²倍；此时所选N颗低轨卫星的平均导向矢量表示为：

其中：为第n颗低轨卫星的平均导向矢量，为方位角θ和俯仰角φ的函数；J₁(·)为第一类一阶球形贝塞尔函数；j₁(·)为第一类一阶贝塞尔函数；θ_n和φ_n分别为第n颗低轨卫星的方位角和俯仰角，且满足θ_n∈[0,π)，φ_n∈[0,2π)；Q(θ,φ)＝2πβρ₀，D为低轨卫星的摄动半径，l为波长，(θ₀,φ₀)为所选N颗低轨卫星组阵形成的方向图的主瓣期望方向的方位角和俯仰角，G(θ)＝2πβρ₀(cosθ-cosθ₀)；γ_n为第n颗低轨卫星距离坐标原点的距离。

4.根据权利要求3所述的基于多颗低轨卫星协作的频谱感知方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所选N颗低轨卫星的平均方向图F(φ)表示为：

所选N颗低轨卫星的平均功率方向图S(φ)表示为：

S(φ)＝|F(φ)|²

其中：W_n为第n颗低轨卫星的导向矢量加权值，W_n∈C，C为复数域。