无线频谱的紧缺是限制无线通信与服务应用持续发展的瓶颈，近年来，无线通信业界普遍认识到，静态的频谱分配方式是造成当前频谱资源日趋缺乏的一个主要原因。认知无线电(Cognitive Radio)技术被认为是解决无线频谱紧缺问题的新方法，在不干扰主要用户的前提下大大提高频谱利用率。所以认知无线电技术成为了近来无线通信领域的研究热点。 本文着重对认知无线电中的频谱感知关键技术进行研究，从基于干扰的探测、基于发射机信号探测和合作探测三个研究方向对其进行了深入的研究和探讨。针对基于干扰的探测模式，本文研究了MTM-SVD算法，提出了减小算法复杂度的改进方法。针对发射机的探测模式，本文着重研究了能量检测以及循环谱特征检测两种信号检测方法。分析了能量检测在AWGN信道下的检测性能以及噪声方差不确定性对它的影响。循环谱特征检测法作为本文研究重点，在研究BPSK、OFDM等典型调制信号循环谱的基础上，详细分析了非时变多径对信号循环平稳特性的影响，并提出了改进估计算法性能的平均方法。最后以BPSK信号为例，在高斯白噪声信道下对检测性能和参数估计进行了仿真分析。与能量检测的比较表明，循环谱特征检测法具有很好的抗噪性和信号分辨能力。 考虑到衰落、阴影等外界环境对单认知用户频谱检测性能的影响，本文最后对多用户合作检测进行了研究。首先考虑阴影衰落情况下，提出了基于简单规则数据融合的硬判决合作检测方法：其次研究了基于能量检测的软判决合作检测方法。数值和仿真分析表明，这两种合作方法都能有效提高全局检测性能。最后以TDMA系统为中心式合作模型，简要讨论了合作用户数和检测时间的约束关系，证明了存在一个最优的合作用户数。