[發(fā)明專利]無線發(fā)射機(jī)載波和時鐘相位噪聲指紋特征聯(lián)合識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310172306.0
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN103226704A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙彩丹;黃聯(lián)芬;吳雄鵬;姚彥
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 廈門南強(qiáng)之路專利事務(wù)所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應(yīng)森

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線發(fā)射機(jī)指紋識別，尤其是涉及一種無線發(fā)射機(jī)載波和時鐘相位噪聲指紋特征聯(lián)合識別方法。

背景技術(shù)

無線發(fā)射機(jī)指紋識別是指從接收的無線信號中提取特征向量作為指紋并用以識別發(fā)射機(jī)個體的技術(shù)。隨著當(dāng)今復(fù)雜電磁環(huán)境下的信息安全等問題日益凸顯，該技術(shù)在通信對抗偵察系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)安全、通信資源管理等諸多領(lǐng)域有著十分廣闊的應(yīng)用前景。現(xiàn)代無線發(fā)射機(jī)設(shè)備集成度和一致性極高、調(diào)制參數(shù)設(shè)置軟件化、載波頻率高信號帶寬大等特點(diǎn)給無線發(fā)射機(jī)的個體識別帶來了更高的挑戰(zhàn)。

近20年來，國內(nèi)外輻射源個體識別的暫態(tài)信號和穩(wěn)態(tài)信號兩類研究對象。暫態(tài)信號是開關(guān)機(jī)、通信模式切換和幀切換等過渡過程中產(chǎn)生的信號。相對于暫態(tài)信號而言，無線發(fā)射機(jī)在穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)下，由于信號已經(jīng)被調(diào)制，發(fā)射機(jī)內(nèi)部個體差異的產(chǎn)生通常無法直接觀察到，需要去掉調(diào)制信號的影響，才能獲取發(fā)射機(jī)獨(dú)有的細(xì)微特征。無線發(fā)射機(jī)的穩(wěn)態(tài)特征分析和提取相對來說困難。

暫態(tài)特征方面，國內(nèi)外對于暫態(tài)信號發(fā)射機(jī)個體識別的研究較多，中國專利CN102693411公開了一種基于射頻的無線發(fā)射機(jī)的識別方法，它主要就是從暫態(tài)入手，通過提取暫態(tài)的前導(dǎo)信號特征指紋對無線發(fā)射機(jī)進(jìn)行識別。暫態(tài)的特征提取需要對信號起點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確檢測，但是對于部分無線信號，如802.11信號而言，暫態(tài)信號是一個緩慢上升的過程，這就增大了起點(diǎn)的檢測難度，而準(zhǔn)確的起點(diǎn)檢測對發(fā)射機(jī)的識別至關(guān)重要。

穩(wěn)態(tài)特征方面，蔡忠偉等發(fā)表在通信學(xué)報(bào)上的題為“基于雙譜的通信輻射源個體識別”文獻(xiàn)中提出采用雙譜特征對通信輻射源進(jìn)行個體識別；以及Kim和Spooner在2008年的GLOBECOM會議上發(fā)表題為“Specific?emitter?identification?for?cognitive?radio?with?application?to?IEEE802.11”的文章中提出二階循環(huán)譜特征對輻射源進(jìn)行識別；許丹在論文“輻射源指紋機(jī)理及識別方法研究”中提出針對發(fā)射機(jī)末級功放的非線性特性進(jìn)行泰勒級數(shù)建模，提取自激指數(shù)和頻推指數(shù)等特征，但是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)只是仿真數(shù)據(jù)。

總之，在無線發(fā)射機(jī)的個體識別技術(shù)研究中，雖然已經(jīng)取得了一些研究成果，但是仍存在待解決的一些問題。許多的研究方法針對性較強(qiáng)，只對若干個廠商的發(fā)射機(jī)進(jìn)行了識別，有的只是進(jìn)行了仿真分析，針對實(shí)測數(shù)據(jù)的識別結(jié)果較少，用于識別的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)量也很少。一些識別率較高的結(jié)果其發(fā)射機(jī)的差異性很大（肉眼觀察差異非常明顯），尤其對于相同廠商和相同型號的識別研究更是少之又少。其次，很多識別方法僅從信號的表面觀測結(jié)果上尋找差異性，未能有效地從個體細(xì)微特征的本質(zhì)上進(jìn)行研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種無線發(fā)射機(jī)載波和時鐘相位噪聲指紋特征聯(lián)合識別方法，從穩(wěn)態(tài)特征方面入手，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)對無線發(fā)射機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確的識別得目的。

本發(fā)明包括以下步驟：

1）建立調(diào)頻（FM）多重調(diào)制線譜相位噪聲模型；

2）采用高次方去調(diào)制法獲取寬帶調(diào)制信號的載波相位噪聲譜，另通過延遲相乘法實(shí)現(xiàn)歸零碼的轉(zhuǎn)化，從而在碼元速率處獲得時鐘相位噪聲譜；

3）采用改進(jìn)的二級分類譜線分離算法分別提取載波相位噪聲譜和時鐘相位噪聲譜的線譜特征向量，同時采用分形維數(shù)的方法提取載波相位噪聲譜的盒子維數(shù)特征向量；

4）聯(lián)合載波相位噪聲和時鐘相位噪聲線譜特征向量以及分形盒子維數(shù)特征向量作為無線發(fā)射機(jī)的個體指紋特征，利用識別器對無線發(fā)射機(jī)信號進(jìn)行識別。

在步驟1）中，所述建立調(diào)頻多重調(diào)制線譜相位噪聲模型的目的在于改變FM調(diào)制的參數(shù)，可獲得與載波相位噪聲近似的線譜。

在步驟2）中，所述高次方去調(diào)制法，是由于寬帶調(diào)制信號中并不直接包含載波相位噪聲的線譜，因此要通過去調(diào)制，達(dá)到去除調(diào)制信息的影響，從而在高倍載波分量處獲得載波的線譜的目的；所述延時相乘法，是因?yàn)闀r鐘相位噪聲描述了實(shí)際信號碼元時鐘頻率對其理想時鐘頻率的偏移量，表現(xiàn)在頻域上即為碼元時鐘附近的離散線譜及連續(xù)譜，所以通過延時相乘方法可以將非歸零碼轉(zhuǎn)換為歸零碼，在碼元速率處獲取時鐘的線譜。

在步驟3）中，所述改進(jìn)的二級分類譜線分離算法，即兩級分類的特征提取算法，利用線譜的分布情況，對其分類然后進(jìn)行特征提取，實(shí)現(xiàn)了不同分布的線譜特征的提取；所述分形維數(shù)的方法，目的是把相位噪聲線譜的自相似性盒子維數(shù)特征提取出來。