近年来,随着无线通信技术的飞速发展,频谱资源已经越来越不能满足不断增长的无线通信业务和用户需求。然而,现有静态固定的无线频谱分配策略导致了频谱资源并未得到充分的利用。认知无线电被认为是解决这一问题的有效手段。作为认知无线电的关键技术之一,频谱感知可以检测空闲频谱用于通信,从而有效地提高频谱利用率。当前,频谱感知技术的研究日趋增多,但大部分是基于理论研究和仿真,在硬件平台上的验证和实现并不多见。本文利用GNU Radio和USRP搭建了认知无线电平台,测试和验证了所研究的频谱感知算法,提升了频谱感知的性能。第一,提出并验证了基于双门限和最优判决门限能量检测的协作频谱感知算法。利用实际环境中噪声的不确定性进行双门限协作频谱感知,可有效提高频谱感知的性能。为了充分利用各认知用户的信道增益,融合中心对各认知用户的感知数据采用最大比合并。融合中心的判决门限采用基于最小误差概率准则下的软判决协作频谱感知最优门限。软件仿真及实际频谱感知环境测试均表明检测性能得到了提升。第二,提出并验证了多频段协作频谱感知算法。认知用户进行本地检测时将检测频段细分为几个子频段,每个子频段分别采用双门限检测,各子频段检测结果融合后作为认知用户的本地感知结果发送到融合中心,再进行最终融合判决。在本地子频段检测信息融合时,提出两种融合准则:本地全融合和本地部分融合。最后在GNU Radio和USRP上实现感知、传输、判决等技术,测试验证了多频段协作感知算法性能的优越性。通过基于GNU Radio和USRP搭建的实际频谱感知环境,验证了所提的双门限协作频谱感知算法和多频段协作频谱感知算法,实现了频谱检测功能,对于认知无线电的频谱感知实际应用具有重要的意义。