认知无线电通过对授权频带的二次利用，可以有效缓解目前的频谱资源危机。作为认知无线电的一项关键技术，频谱感知通过连续不断地检测信道环境，捕获闲置的频谱空穴加以利用，同时不能对主用户造成干扰。能量检测简单且应用广泛，但其门限是噪声功率的函数，而实际中的噪声功率具有不确定性，本文分析了这种噪声功率不确定性对能量检测的具体影响，并且讨论了基于双门限的能量检测改进算法。近年来，随机矩阵理论（RMT）被引入到频谱感知领域，其利用主用户信号与噪声在自身相关性上的不同特点，对噪声不确定性的问题能够非常好地解决。目前的基于RMT的频谱感知算法需要庞大的样本数量，限制了其应用。而本文介绍了基于采样协方差矩阵Cholesky分解的频谱感知算法能够克服以上缺点，随后本文提出了基于信噪比选择和采样协方差矩阵Cholesky分解的频谱感知算法，能够进一步减少参与协作的次要用户数，从而间接地降低算法复杂度。大量的文献研究如何提高频谱感知算法的准确性，而频谱感知中存在的安全性问题却很少受到关注。健全的认知无线电系统需要安全可靠的感知性能，本文初步研究了认知无线电中的安全性问题，分析了基于数据篡改的恶意用户的行为对频谱感知所造成的恶劣影响，并提出了一种基于时间窗与信誉值的频谱感知算法，仿真实验表明该算法能够较好地抵抗恶意用户的攻击行为。