[發(fā)明專利]一種基于機器學(xué)習(xí)的跨設(shè)備電磁指紋數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710309422.0
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN107273795B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 厲向東;耿衛(wèi)東
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 33224 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 胡紅娟

1.一種基于機器學(xué)習(xí)的跨設(shè)備電磁指紋數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建方法，包括以下步驟：

(1)利用接觸天線獲取設(shè)備的電磁信號；

(2)電磁傳感器采集設(shè)備的電磁信號，并將該電磁信號輸送電磁處理單元；

(3)電磁處理單元對接收到的電磁信號進(jìn)行背景降噪、特定窗口帶寬截取以及數(shù)字化處理，得到數(shù)字信號作為機器學(xué)習(xí)的樣本數(shù)據(jù)，并將該樣本數(shù)據(jù)輸送至信號學(xué)習(xí)單元，其中，對接收到的電磁信號進(jìn)行背景降噪的具體過程為：

首先，在接觸天線未接觸設(shè)備之前，獲取當(dāng)前環(huán)境的背景電磁信號，并對該背景電磁信號進(jìn)行統(tǒng)計分類，得到背景電磁信號樣本，再對背景電磁信號樣本分析得到背景電磁信號基準(zhǔn)值z；

然后，將判斷電磁信號是否大于背景電磁信號基準(zhǔn)值z，若是，將原始電磁信號進(jìn)行放大，若否，將該電磁信號設(shè)為0，放大后的電磁信號與設(shè)為0的電磁信號組成背景降噪后的電磁信號，具體通過公式

S_n＝max(0,F_n-(G_n+zσ))×A

實現(xiàn)，其中，S_n為背景降噪后的電磁信號，F(xiàn)_n為連續(xù)信號流中的第n個原始電磁信號，G_n為背景電磁信號樣本中的第n個信號，z為背景電磁信號基準(zhǔn)值，σ為第n個原始電磁信號的振幅標(biāo)準(zhǔn)差，A為電磁信號放大倍數(shù)；

(4)信號學(xué)習(xí)單元對接收的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行機器學(xué)習(xí)，判斷得到樣本數(shù)據(jù)的分類與標(biāo)記，并將該分類與標(biāo)記信息輸送至顯示器；

(5)顯示器利用樣本數(shù)據(jù)的分類與標(biāo)記信息以圖標(biāo)結(jié)合的方式顯示設(shè)備的識別結(jié)果；

(6)用戶判斷顯示的設(shè)備識別結(jié)果是否是設(shè)備電磁信號的準(zhǔn)確信息，若是，將分類與標(biāo)記信息存入電磁指紋數(shù)據(jù)庫，完成該設(shè)備電磁指紋的獲取，若否，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟(1)。

2.如權(quán)利要求1所述的基于機器學(xué)習(xí)的跨設(shè)備電磁指紋數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建方法，其特征在于，步驟(4)的具體過程為：

(4-1)對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行稀疏化處理，去除樣本數(shù)據(jù)中重復(fù)頻率高的部分；

(4-2)對稀疏化處理后的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，根據(jù)電磁信號振幅的大小將電磁信號歸一成0～1的數(shù)字，最大振幅的電磁信號歸一成1，最小振幅的電磁信號歸一成0，得到歸一處理后的樣本數(shù)據(jù)；

(4-3)采用K-means算法對歸一化處理后的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，得到數(shù)據(jù)量最大的那一類數(shù)據(jù)作為設(shè)備的最優(yōu)電磁信號；

(4-4)對最優(yōu)電磁信號進(jìn)行特征和模式提取，得到該最優(yōu)電磁信號的分類與標(biāo)記。

3.如權(quán)利要求2所述的基于機器學(xué)習(xí)的跨設(shè)備電磁指紋數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建方法，其特征在于，步驟(4-4)的具體過程為：

(4-4-1)針對獲得的電磁信號中的振幅、波長、波形、以及高頻和低頻電磁信號的頻率的分布，分別對其進(jìn)行描述，提取成為能夠完整描述特定電磁信號樣本的特征集合；

(4-4-2)將上述特征集合中的每一個特征作為一個因子，利用因子分析得到每個特征的因子權(quán)重，根據(jù)權(quán)重將各因子對應(yīng)的特征以及特征之間的相關(guān)性最為該電磁信號樣本的最優(yōu)分類與標(biāo)記結(jié)果。

4.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1～3任一所述方法的裝置，其特征在于，包括：

接觸天線，用于獲取設(shè)備的電磁信號；

電磁傳感器，采集設(shè)備的電磁信號，并將該電磁信號輸送電磁處理單元；

電磁處理單元，用于對接收到的電磁信號進(jìn)行背景降噪、特定窗口帶寬截取以及數(shù)字化處理，得到數(shù)字信號作為機器學(xué)習(xí)的樣本數(shù)據(jù)，并將該樣本數(shù)據(jù)輸送至信號學(xué)習(xí)單元；

信號學(xué)習(xí)單元，用于對接收的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行機器學(xué)習(xí)，判斷得到樣本數(shù)據(jù)的分類與標(biāo)記，并將該分類與標(biāo)記信息輸送至顯示器；

顯示器，根據(jù)樣本數(shù)據(jù)的分類與標(biāo)記信息以圖標(biāo)結(jié)合的方式顯示設(shè)備的識別結(jié)果。

5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述的電磁傳感器的振蕩頻率為28.8MHz，帶寬取樣窗口范圍為0～1MHz。