航空無(wú)線電系統(tǒng)寬帶頻譜感知算法研究

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1、分類號(hào)密級(jí)公開(kāi)UDC學(xué)位論文題目：航空無(wú)線電系統(tǒng)寬帶頻譜感知算法研究研究生姓名：黃柳舟學(xué)科專業(yè)名稱：信號(hào)與信息處理研究方向：無(wú)線與移動(dòng)通信技術(shù)論文類型：基礎(chǔ)研究申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士指導(dǎo)教師姓名：李玉峰指導(dǎo)教師職稱：教授指導(dǎo)教師單位：沈陽(yáng)航空航天大學(xué)論文提交日期：2015年01月07日論文答辯日期：2015年03月13日沈陽(yáng)航空航天大學(xué)2015年03月SHENYANGAEROSPACEUNIVERSITYTHESISFORMASTER’SDEGREERESEARCHONWIDE-BANDSPECTRUMSENSINGALGORITHMFORAVIATIONRADIOSYSTE

2、MSCandidate：LiuzhouHuangSupervisor：YufengLiSpecialty:SignalandInformationProcessingDate:March.2015沈陽(yáng)航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要電磁頻譜管理是航空通信的基礎(chǔ)，是航空電子系統(tǒng)發(fā)揮最大效能的關(guān)鍵，是信息暢通的重要保證。在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的條件下，傳統(tǒng)的靜態(tài)頻譜管理和分配模式己經(jīng)不能滿足需求。本文擬深入研究航空無(wú)線電系統(tǒng)中寬帶頻譜壓縮感知及協(xié)同感知問(wèn)題，引入認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)檢測(cè)電磁環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化。本文的研究目標(biāo)是降低采樣速率，降低對(duì)前端硬件的要求，減小計(jì)算量，提高頻譜檢測(cè)速度，使得無(wú)

3、線電頻譜資源利用更加合理，使得所提出的算法將來(lái)能夠應(yīng)用于實(shí)際的航空無(wú)線電系統(tǒng)。本文的主要研究工作從以下幾個(gè)方面呈現(xiàn)。首先，介紹了本文的應(yīng)用研究背景，認(rèn)知無(wú)線電的發(fā)展歷程及相關(guān)的最新研究成果。對(duì)目前比較成熟的壓縮感知方法及協(xié)同感知融合算法進(jìn)行了介紹，并針對(duì)不同算法的優(yōu)劣及應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。其次，深入研究了壓縮感知及稀疏表示的數(shù)學(xué)原理，為后續(xù)研究基于正交匹配追蹤（OMP，OrthogonalMatchingPursuit）的寬帶壓縮感知算法打下理論基礎(chǔ)。從稀疏性度量、函數(shù)解的稀疏性、算法運(yùn)算速度、算法運(yùn)算精度等方面對(duì)常用的稀疏分解方法進(jìn)行了對(duì)比研究。詳細(xì)研究了基于框架

4、算法和基追蹤的稀疏分解方法，導(dǎo)出了利用稀疏分解算法精確重構(gòu)原信號(hào)的條件。然后，在前面的理論支撐下，研究了基于OMP的寬帶壓縮頻譜感知算法。將壓縮感知理論中的OMP恢復(fù)算法引入寬帶頻譜感知中，計(jì)算壓縮感知恢復(fù)頻譜的能量再結(jié)合每個(gè)節(jié)點(diǎn)的感知結(jié)果來(lái)確定其能量門限用以判斷頻譜占用情況。仿真結(jié)果表明，該算法能在壓縮比較低的情況下較好的重建出原始信號(hào)，且能保持較高的檢測(cè)率。同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)有的協(xié)同頻譜感知數(shù)據(jù)融合算法提出了一種改進(jìn)型加權(quán)序貫檢測(cè)(WSPRT，WeightedSequentialProbabilityRatioTest)算法。在傳統(tǒng)的WSPRT算法上改進(jìn)了信譽(yù)度獎(jiǎng)懲方案，使

5、得獎(jiǎng)懲措施更有利于識(shí)別惡意認(rèn)知節(jié)點(diǎn)。同時(shí)單個(gè)節(jié)點(diǎn)的融合權(quán)重除了信譽(yù)度還加入了最近時(shí)間段感知穩(wěn)定性因子，使得融合算法對(duì)于惡意用戶的判定更準(zhǔn)確，從而優(yōu)化系統(tǒng)感知性能。仿真實(shí)驗(yàn)表明，本文所提出的算法減小了頻譜感知I沈陽(yáng)航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文數(shù)據(jù)篡改（SSDF，SpectrumSensingDataFalsification）節(jié)點(diǎn)帶來(lái)的影響提高了系統(tǒng)的檢測(cè)準(zhǔn)確率和穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：認(rèn)知無(wú)線電；寬帶頻譜壓縮感知；加權(quán)序貫檢測(cè)；協(xié)作頻譜感知；SSDF；正交匹配追蹤；稀疏表示；能量檢測(cè)II沈陽(yáng)航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractElectromagneticspectrummana

6、gementisthefoundationofaeronauticalcommunications,whichisthekeytomaximizetheperformanceofavionicssystems,animportantguaranteeforcommunication.Attheconditionsofmoderninformationwarfare,traditionalstaticspectrummanagementandallocationpatternscannotmeetthedemand.Thispaperintendstostudyawide-

7、bandspectrumsensingalgorithmforaviationradiosystems.Webringinthecognitiveradiotechnologytodetecttheelectromagneticenvironmentthatdynamicchanged.Theresearchgoalsofthispaperarereducesamplerateandcomputationcomplexity,lowerthefront-endhardwarerequirements,andimprovespe