航空无线电系统宽带频谱感知算法研究

发布时间：2017-08-04 08:23

  本文关键词：航空无线电系统宽带频谱感知算法研究

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【摘要】：电磁频谱管理是航空通信的基础，是航空电子系统发挥最大效能的关键，是信息畅通的重要保证。在现代信息化战争的条件下，传统的静态频谱管理和分配模式己经不能满足需求。本文拟深入研究航空无线电系统中宽带频谱压缩感知及协同感知问题，引入认知无线电技术检测电磁环境的动态变化。本文的研究目标是降低采样速率，降低对前端硬件的要求，减小计算量，提高频谱检测速度，使得无线电频谱资源利用更加合理，使得所提出的算法将来能够应用于实际的航空无线电系统。本文的主要研究工作从以下几个方面呈现。 首先，介绍了本文的应用研究背景，，认知无线电的发展历程及相关的最新研究成果。对目前比较成熟的压缩感知方法及协同感知融合算法进行了介绍，并针对不同算法的优劣及应用环境进行了简单的分析。 其次，深入研究了压缩感知及稀疏表示的数学原理，为后续研究基于正交匹配追踪（OMP， OrthogonalMatchingPursuit）的宽带压缩感知算法打下理论基础。从稀疏性度量、函数解的稀疏性、算法运算速度、算法运算精度等方面对常用的稀疏分解方法进行了对比研究。详细研究了基于框架算法和基追踪的稀疏分解方法，导出了利用稀疏分解算法精确重构原信号的条件。 然后，在前面的理论支撑下，研究了基于OMP的宽带压缩频谱感知算法。将压缩感知理论中的OMP恢复算法引入宽带频谱感知中，计算压缩感知恢复频谱的能量再结合每个节点的感知结果来确定其能量门限用以判断频谱占用情况。仿真结果表明，该算法能在压缩比较低的情况下较好的重建出原始信号，且能保持较高的检测率。 同时，结合现有的协同频谱感知数据融合算法提出了一种改进型加权序贯检测(WSPRT， Weighted Sequential Probability Ratio Test)算法。在传统的WSPRT算法上改进了信誉度奖惩方案，使得奖惩措施更有利于识别恶意认知节点。同时单个节点的融合权重除了信誉度还加入了最近时间段感知稳定性因子，使得融合算法对于恶意用户的判定更准确，从而优化系统感知性能。仿真实验表明，本文所提出的算法减小了频谱感知数据篡改（SSDF，SpectrumSensingDataFalsification）节点带来的影响提高了系统的检测准确率和稳定性。
【关键词】：认知无线电 宽带频谱压缩感知 加权序贯检测 协作频谱感知 SSDF 正交匹配追踪 稀疏表示 能量检测
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V243.1
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 绪论12-16
• 1.1 课题背景及意义12-13
• 1.2 认知无线电概述13
• 1.3 频谱感知研究现状13-14
• 1.4 本文主要工作及内容安排14-16
• 第2章 认知无线电频谱感知技术16-24
• 2.1 概述16-17
• 2.2 本地频谱感知技术17-20
• 2.2.1 直接频谱感知技术17-18
• 2.2.2 间接频谱感知技术18-20
• 2.3 协作频谱感知技术20-24
• 2.3.1 融合策略21-22
• 2.3.2 实际条件和限制因素22-24
• 第3章 压缩感知理论24-36
• 3.1 压缩感知24-27
• 3.1.1 压缩感知概述24-26
• 3.1.2 压缩感知基本理论26-27
• 3.2 稀疏表示方法27-30
• 3.2.1 稀疏的就是更优的27-29
• 3.2.2 稀疏表示的应用29-30
• 3.3 信号的稀疏表示30-36
• 3.3.1 稀疏逼近与稀疏表示31-32
• 3.3.2 常用的稀疏分解算法32-33
• 3 3.3 框架算法33-34
• 3.3.4 基追踪算法34
• 3.3.5 稀疏分解算法的信号精确重构条件34-36
• 第4章 基于压缩感知的宽带频谱感知方法36-47
• 4.1 概述36
• 4.2 宽带信号稀疏表示36-37
• 4.3 信号重构算法37-42
• 4.3.1 最小1_1范数算法37-40
• 4.3.2 匹配追踪算法40-42
• 4.4 基于OMP算法的频谱感知42-43
• 4.4.1 信号传输模型42
• 4.4.2 压缩感知模型42-43
• 4.4.3 频谱能量检测算法43
• 4.5 性能仿真与分析43-46
• 4.6 小结46-47
• 第5章 基于协作频谱感知的频谱感知方法47-57
• 5.1 概述47
• 5.2 系统模型及经典融合算法47-52
• 5.2.1 系统模型47-48
• 5.2.2 硬融合算法48-50
• 5.2.3 软融合算法50-52
• 5.3 基于信誉度的协作频谱感知方法52-53
• 5.4 性能仿真与分析53-56
• 5.5 小结56-57
• 结论57-59
• 参考文献59-64
• 致谢64-65
• 攻读硕士期间发表(含录用)的学术论文65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

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2 裴庆祺;李红宁;赵弘洋;李男;闵莹;;认知无线电网络安全综述[J];通信学报;2013年01期

3 王军;李少谦;;认知无线电:原理、技术与发展趋势[J];中兴通讯技术;2007年03期

4 ZHAO Jun-hui;LI Fei;YANG Tao;;Weight sequential log-likelihood ratio detect algorithm with malicious users removing[J];The Journal of China Universities of Posts and Telecommunications;2013年02期

本文编号：618544