[发明专利]基于电磁屏障的卫星通信动态频谱接入方法

说明书

本发明提供了基于电磁屏障的卫星通信动态频谱接入方法，包括以下步骤：步骤1：建立低轨道卫星对抗场景，在该对抗场景中包括蓝队和红队，分别用BT和RT表示，分析对抗场景中BT和RT受扰情况，并从吞吐量角度分析BT和RT的优化目标；步骤2：基于步骤1的分析，运用博弈论方法将优化目标转化为效用函数，并将BT和RT的通信对抗过程建模为Stackelberg博弈框架，证明在Stackelberg博弈框架内的两个子博弈都是精确的势博弈，并且存在Stackelberg均衡解；步骤3：利用分布式分层对抗信道选择算法求解Stackelberg均衡解，在求解过程中BT和RT找到各自的最大效用，实现信道通信选择。

技术领域

本发明属于信道选择技术领域，具体涉及基于电磁屏障的卫星通信动态频谱接入方法。

背景技术

卫星互联网从20世纪80年代开始发展，至今已有40多年的历史。近年来，随着以Starlink为代表的巨型星座的迅速崛起，卫星互联网迎来了新一轮的发展热潮。然而，由于卫星互联网的天然开放性，它很容易受到攻击。因此，针对空间作战的战场需求，开展卫星互联网对抗的研究迫在眉睫。

在通信干扰方面，文献[Adversarial Jamming Attacks on Deep ReinforcementLearning Based Dynamic Multichannel Access]提出了两种基于AC的攻击策略。一种是基于前馈神经网络(FNN)的，另一种是基于深度强化学习(DRL)策略的，这会降低DRL用户进行动态多信道接入的精确度。在文献[Reinforcement Learning Based BeamformingJammer for Unknown Wireless Networks]中，作者提出了一种基于MAB的干扰策略，该策略可以在不知道敌方网络拓扑和信道信息的情况下找到最佳干扰波束宽度和方向。在通信抗干扰方面，文献[A Game-Theoretic Learning Approach for Anti-Jamming DynamicSpectrum Access in Dense Wireless Networks]中的工作研究了基于干扰抑制(IM)的密集无线网络的抗干扰信道选择问题。为了优化无人机的信道选择，提出了一种基于局部利他的协同抗干扰方法。以上研究旨在解决地面通信对抗问题。然而，基于卫星互联网的通信对抗受到的关注较少。在地面通信对抗技术的基础上研究卫星互联网的通信对抗是一个很好的思路。

博弈论能够很好地描述冲突、对抗或竞争关系，被广泛应用于通信对抗问题的建模。其中，Stackelberg博弈常被用来描述非合作博弈的分层问题。文献[A HierarchicalLearning Solution for Anti-jamming Stackelberg Game with Discrete PowerStrategies]研究了离散功率策略的抗干扰问题。然后建立Stackelberg博弈模型来模拟用户和干扰器之间的竞争交互。作者在文献[Anti-Jamming Routing For Internet ofSatellites:a Reinforcement Learning Approach]中考虑了诸如未知中断、意外拥塞和智能干扰等因素。针对能够根据干扰效果自动改变干扰策略的智能干扰问题。路由抗干扰问题被描述为一个分层Stackelberg博弈。此外，布洛托上校游戏、图形化游戏等游戏模型也广泛应用于通信对抗中。

在基于频谱接入的研究中，协调能力、防御能力和攻击能力是双方在通信对抗中关注的三个关键能力。准确地说，(1)协调通信设备，减少我队内不同用户之间的干扰；同时，防止敌方通信用户的干扰，即最大限度地减少队内互扰和队外互扰。(2)保护对方通信设备的使用效率不受敌方恶意干扰，即提高抗干扰水平。(3)对敌实施恶意干扰，削弱敌通信设备效能，即提高干扰能力。

目前，大多数文献将独立研究的三种能力分开。然而，单一的对抗模式不足以满足复杂战场形势的需要。因此，要建立完善的攻防通信对抗体系，必须将这三种能力有机结合起来。

本发明以低轨卫星互联网为背景，研究通信对抗中的信道选择问题。