Spectrum sensing and multi-antenna diversity combining techniques are hotspots of current research in the field of wireless communication. In order to implement more effective detection in the complex channel fading environment, combining various detection methods referred to the both above is the development trend of spectrum sensing technology. A multi-antenna intelligent spectrum sensing algorithm based on matched filter detection, energy detection and cyclostationary detection was presented. By establishing binary hypothesis testing model in the Gauss channel, the closed expression for the total probability of detection was obtained. Then the detection probability and time under different conditions were analyzed, and the results showed that the performance of the proposed algorithm was prior to that of the single antenna. The diversity technique was effectively used to reduced the instantaneous fluctuation of the signal, which ensured higher detection probability in the fading channels. This work has great significance for the development of new spectrum sensing and the application of cognitive radio technology.