穩(wěn)健精細(xì)抗差異性頻譜感知技術(shù)研究.pdf

1、頻譜感知技術(shù)是研究和發(fā)展認(rèn)知?jiǎng)討B(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)要素，然而隨著無(wú)線(xiàn)通信、電子偵察以及電子對(duì)抗等技術(shù)的迅速發(fā)展，電子設(shè)備的種類(lèi)層出不窮，各種無(wú)線(xiàn)電信號(hào)功率電平差異越來(lái)越大，通信信號(hào)體制、探測(cè)方式以及干擾模式也越來(lái)越多樣,使得空間電磁環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，這給頻譜感知技術(shù)帶來(lái)許多亟待解決和必須持續(xù)關(guān)注的新需求：
　　1.穩(wěn)健頻譜感知
　　在實(shí)用的認(rèn)知?jiǎng)討B(tài)系統(tǒng)中，頻譜感知技術(shù)必須具備在極低信噪比和無(wú)線(xiàn)信道嚴(yán)重衰落電磁背景下，進(jìn)行實(shí)時(shí)盲頻譜

2、感知的能力，這給經(jīng)典的頻譜感知算法感知的穩(wěn)健性帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。
　　2.精細(xì)頻譜感知
　　新一代無(wú)線(xiàn)通信、監(jiān)測(cè)、偵察、對(duì)抗系統(tǒng)都或多或少地朝著超寬帶、短時(shí)突發(fā)以及多交互目標(biāo)的趨勢(shì)進(jìn)一步推進(jìn)，通信電子行業(yè)的這一技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)需要認(rèn)知?jiǎng)討B(tài)系統(tǒng)具備超寬帶多目標(biāo)實(shí)時(shí)感知的能力，這為頻譜感知技術(shù)引入實(shí)時(shí)地在超寬帶內(nèi)精細(xì)化分析的技術(shù)難題。
　　3.深度頻譜感知
　　針對(duì)某些認(rèn)知?jiǎng)討B(tài)系統(tǒng)，如認(rèn)知雷達(dá)、認(rèn)知電子對(duì)抗、認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電等，

3、需要具備對(duì)無(wú)線(xiàn)電信號(hào)深度分析的能力，以獲取任意目標(biāo)信號(hào)的射頻特性、通信和干擾制式、調(diào)制類(lèi)型、波形成形、來(lái)波方向以及位置等等眾多關(guān)鍵信息，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)。然而，目前國(guó)內(nèi)外頻譜感知的技術(shù)和設(shè)備，極少具有深度感知的能力，這也將是頻譜感知技術(shù)需要長(zhǎng)期演化進(jìn)步的一個(gè)方向。
　　4.抗差異性協(xié)作頻譜感知
　　背景噪聲是由地面噪聲、大氣噪聲、降雨噪聲、人為噪聲、干擾噪聲以及信號(hào)檢測(cè)接收機(jī)熱噪聲等多種噪聲形式復(fù)合而成，背景噪聲電

4、平往往在時(shí)間、地點(diǎn)以及頻率等多維域上呈現(xiàn)出異常復(fù)雜的高動(dòng)態(tài)起伏變化的特點(diǎn)。為了使協(xié)作頻譜感知的結(jié)果更為準(zhǔn)確和可靠，協(xié)作頻譜感知技術(shù)必須具備適應(yīng)參與協(xié)作節(jié)點(diǎn)背景噪聲電平高動(dòng)態(tài)變化的能力，來(lái)對(duì)抗和削弱各節(jié)點(diǎn)自身差異性帶給最終協(xié)作結(jié)果的不良影響。
　　本文針對(duì)認(rèn)知?jiǎng)討B(tài)系統(tǒng)中頻譜感知技術(shù)面臨的新需求展開(kāi)研究，論文主要研究成果如下：
　　1.頻譜感知的系統(tǒng)模型常被簡(jiǎn)單地塑造成二元假設(shè)的問(wèn)題，往往忽略了衰落信道系數(shù)、信號(hào)碼元速率以及白噪

5、聲帶寬之間的相互影響，本文構(gòu)建的系統(tǒng)模型，充分分析了三者之間的關(guān)聯(lián)，并重點(diǎn)考慮了平坦慢衰落信道引入的樣本之間的相關(guān)性，保證了系統(tǒng)模型的精確性。
　　2.針對(duì)現(xiàn)存頻譜感知算法面臨的穩(wěn)健性需求，本文從頻域信號(hào)處理的角度，利用歸一化純量變換的原理，設(shè)計(jì)出基于歸一化譜的信號(hào)檢測(cè)算法，該算法依據(jù)傅里葉變換的漸進(jìn)正態(tài)性和相互獨(dú)立性計(jì)算功率譜統(tǒng)計(jì)特性，利用監(jiān)測(cè)頻帶內(nèi)部分譜線(xiàn)強(qiáng)度和與全部譜線(xiàn)強(qiáng)度和的比值作為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，該算法的判決門(mén)限只與頻譜感知

6、算法的參數(shù)配置有關(guān)，而與節(jié)點(diǎn)的噪聲方差無(wú)關(guān)，可有效克服噪聲不確定度對(duì)頻譜感知性能的影響，固定信噪比，算法的頻譜感知性能不受噪聲電平改變的影響，應(yīng)用于高斯白噪聲和平坦慢衰落信道中，可在較寬的信噪比范圍內(nèi)獲得較優(yōu)越的頻譜感知性能。
　　3.針對(duì)頻譜感知精細(xì)化的需求，現(xiàn)有常規(guī)超外差窄帶頻譜感知技術(shù)無(wú)法快速精確完成超寬帶內(nèi)多目標(biāo)的頻譜感知，本文進(jìn)行面向離散頻段的實(shí)時(shí)多目標(biāo)并行頻譜感知研究，利用多通道-多相化的結(jié)構(gòu)進(jìn)行超寬頻段功率譜的計(jì)算，

7、然后并行計(jì)算出各離散頻段的歸一化功率譜，通過(guò)循環(huán)執(zhí)行正向和反向搜索，檢測(cè)出通信帶寬內(nèi)被占用的多個(gè)頻隙，在一個(gè)搜索循環(huán)中，首先執(zhí)行正向判決，檢測(cè)出瞬時(shí)功率參差不齊、差異較大的子帶信號(hào)，然后執(zhí)行反向判決，檢測(cè)出正向判決中漏檢的類(lèi)似梳狀信號(hào)類(lèi)型的子帶信號(hào)，完成對(duì)帶內(nèi)的多個(gè)目標(biāo)的并行頻譜感知。
　　4.針對(duì)參與協(xié)作節(jié)點(diǎn)自身參數(shù)的差異性，論文首先設(shè)計(jì)了一種更具有普適性的協(xié)作頻譜感知算法，該算法將各節(jié)點(diǎn)本地歸一化譜上傳融合中心，克服噪聲電平動(dòng)