面向物联网的电磁感知低轨星座系统体系架构设计及关键技术研究

The available frequency resources are increasingly strained with the construction of space information network.The safety requirements for electromagnetic environment are also continuously increased.Global electromagnetic spectrum perception is the basis for the control of electromagnetic space security and the efficient utilization of spectrum resources，and should be pre-deployed during the building of space information network, also it will benefit to solve the problem of frequency resource shortage for LEO network for Internet of things(IoT) and to enhance the performance of satellite navigation system. This topic plans to research broadband high dynamic electromagnetic spectrum and high sensitivity non-cooperative signal joint monitoring, wide-area multi-satellite cooperative sensing mechanism, integrated satellite and ground massive data fusion processing and other basic theories and methods, to design the LEO constellation architecture with the functions of global electromagnetic spectrum real-time sensing, various sensing information acquisition and navigation performance enhancement, and to propose the methods for wide-area distributed cooperative electromagnetic spectrum sensing and massive data processing. This topic also plans to build a system effectiveness evaluation and demonstration platform, which can be used to verify and demonstrate the key technologies, and support the digital earth construction and innovation application.

随着空间信息网络的建设,可申请使用的频率资源越来越紧张，对电磁环境的安全要求不断提高。全球电磁频谱感知是掌控电磁空间安全和实现频谱资源高效利用的基础，是建设空间信息网络的先行部署，同时对于解决低轨卫星物联网用频问题和实现卫星导航增强也具有重要意义。本课题面向信息时代万物互联、电磁空间安全掌控及频谱资源高效利用等重大应用需求，开展宽频段高动态电磁频谱和高灵敏度非合作信号联合监测、广域多星协同高效感知机理、星地一体化海量数据融合处理等基础理论和方法研究，设计具备全球范围电磁频谱实时感知、各类传感信息获取、导航定位增强等功能的星座系统架构，提出广域分布式协同电磁频谱感知与海量数据处理方法，构建系统效能评估与演示平台，进行关键技术验证与展示，为数字地球构建和创新应用提供支撑。

本课题面向万物互联、电磁空间安全掌控以及频谱资源高效利用等重大应用需求，开展低轨星座全球电磁频谱感知研究，内容包括：低轨星座架构设计、多星协同频谱感知、海量频谱数据融合挖掘、频谱态势生成等。取得的主要成果包括：1）构思了一种星地融合卫星互联网体系架构，融合5G/B5G先进设计思想，通过感知节点的灵活部署，赋予网络认知功能，为卫星间和星地间频谱高效共享奠定基础；2）提出了一种基于联盟博弈的多星协同频谱感知方法和一种基于波束成形的多星组阵协同感知方法，通过星间协作和感知结果融合，解决单颗低轨卫星频谱感知能力弱的问题，提升频谱感知性能；3）设计了一种基于傅立叶级数拟合和聚类分析的频谱参数识别方法和一种分时单星时差定位方法，有效提取辐射源频点、带宽和峰值功率等参数，并解决辐射源视场受限下位置信息挖掘难题；4）建立了一种基于神经网络的频谱态势生成模型，通过挖掘频谱占用状态在不同时间和不同频点上的相关性，揭示态势演化规律。研究成果将为全球电磁频谱态势安全掌控提供理论基础，并将有力支撑卫星互联网国家重大工程建设。