[发明专利]一种基于零和博弈论的卫星通信抗干扰方法

说明书

一种基于零和博弈论的卫星通信抗干扰方法，适用于认知对抗环境中的对抗通信，属于卫星通信抗干扰领域。针对卫星通信抗干扰场景，建立以功率、速率、信道频点及高低速波形切换等参数、波形的联合变换为策略，以通信容量和误码率为优化目标的零和博弈模型。通过仿真计算系统效用函数矩阵，求解系统的混合纳什均衡策略解，指导不同干扰环境下的最优抗干扰策略选择，提升系统的通信容量和通信质量。

技术领域

本发明涉及一种基于零和博弈论的卫星通信抗干扰方法，适用于认知对抗环境中的对抗通信，属于卫星通信抗干扰领域。

背景技术

常规的通信抗干扰技术包括三类：一是频域处理，如直接序列扩频、跳频等；二是空域处理，如自适应天线等；三是时域处理，如猝发通信。这些抗干扰技术各有其优点，但都属于盲抗干扰方式，即抗干扰能力在系统设计之初就已经确定，一旦敌方针对性的干扰超出其抗干扰容限，就会造成通信中断。为了保证未来战场环境下通信系统的实时性和可靠性，需要发展智能化的认知通信抗干扰技术。博弈论经过近百年的发展与扩充，已经由经济学中的一个小分支壮大为一门独立的学科，理论体系不断完善和成熟。博弈论作为一种强有力的数学工具，适合于认知域抗干扰中的场景建模、冲突策略求解。

目前，研究者通常将博弈论应用于无线通信资源的分配中，如以信干噪比、通信速率等最优为策略，优化分布式通信模型中的用户通信容量；以抗干扰功率、波束成形等最优为策略，优化干扰环境下的通信信道选择；以通信容量、信干噪比等最优为策略，优化抗干扰用户的系统发射功率。同时，部分研究者以快速傅里叶变换、小波变换、分数阶傅里叶变换等域变换最优为策略，优化系统误码率等。当前，博弈论模型中多以单一参数性能提升或多域变换为策略，进行系统单一能力的提升。博弈论多用于地面无线通信系统中，针对卫星通信抗干扰系统的特点分析及博弈论模型应用研究较少。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于零和博弈论的卫星通信抗干扰方法，针对卫星通信抗干扰场景，建立以功率、速率、信道频点及高低速波形切换等参数、波形的联合变换为策略，以通信容量和误码率为优化目标的零和博弈模型。计算卫星对抗环境中完全博弈信息下最佳的抗干扰策略组合，推导计算双方的盈利矩阵，求解对抗环境下纯策略和混合策略的纳什均衡解，据此制定抗干扰的最佳策略选择，大幅提高抗干扰的效率和能力。

本发明的技术解决方案是：一种基于零和博弈论的卫星通信抗干扰方法，包括如下步骤：

建立卫星干扰模型；所述卫星干扰模型包括单音干扰、多音干扰及扫频干扰，每种干扰均采用最大功率；

建立卫星抗干扰模型；

构建利用卫星干扰模型和卫星抗干扰模型进行动态博弈的零和博弈模型；其中，博弈双方分别是通信方C和干扰方J；通信方C和干扰方J各有一个有限的策略集，并选择同一函数作为效用函数，通信方C求效用函数最大值而干扰方J求效用函数最小值；

利用零和博弈模型计算效用函数，根据效用函数矩阵，求解通信方C博弈的纳什均衡解，纳什均衡解对应的策略组合即为抗干扰策略。

进一步地，干扰方J的策略集合为{单音、多音、扫频}＝{J₁，J₂，J₃}，通信方C的策略集包括：三种调制方式选择Mod＝{Mod1、Mod2、Mod3}＝{BPSK、QPSK、16QAM}，三种功率调整PR＝{PR低、PR中、PR高}，任意频点切换或保留f＝{f切、f留}，高低速率两种波形切换W＝{W1、W2}＝{DVB-S2、DSSS}；通信方C可采取的策略组成集合为C＝{Mod×PR×f×W}＝{C1、C2…C36}。