[發明專利]一種基于卷積的射頻指紋特征提取方法

有效

• 申請號: 201811403841.1
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109598216B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 謝非佚;文紅;許愛東;蔣屹新;雷文鑫;張宇南;明哲
• 申請（專利權）人: 南方電網科學研究院有限責任公司;電子科技大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06F17/15;G06F17/14
• 代理公司: 成都巾幗知識產權代理有限公司 51260
• 代理人: 邢偉

本發明公開了一種基于卷積的射頻指紋特征提取方法，包括以下步驟：S1.檢測接收信號穩態部分頻率；S2.建立預卷積核函數；S3.用預卷積核函數與原始信號進行卷積；S4.使用現有的瞬態信號檢測方法檢測卷積后波形的起始點，利用該起始點對原始信號波形進行截取，獲得截取后的開機瞬態信號；S5.建立正余弦卷積核函數；S6.用正余弦卷積核函數分別與截取后的開機瞬態信號進行卷積，獲得卷積后的波形，可作為原始信號的指紋特征；S7.對卷積后的波形進行小波變換；S8.將小波變換后的兩個波形首尾相連，得到特征函數。本發明能夠將信號波形在幅度、頻率上出現瑕疵或突變更明顯地顯示出來，令機器學習或深度學習更易識別。

技術領域

本發明涉及邊緣計算的終端接入認證領域，尤其是涉及的一種基于卷積的射頻指紋特征提取方法。

背景技術

終端節點的接入認證是物聯網安全的一個重要而具有挑戰性的問題。射頻指紋識別是該問題的一種很有前途的解決方案，通過尋找由于硬件制造缺陷引起的信號差異來提取指紋以執行終端節點訪問認證，廣泛地應用于物聯網和邊緣計算中。射頻指紋識別作為一種發射機與接收機不對稱的輕量級非密碼接入認證技術，對終端節點設備的計算和存儲能力要求很低，可以在不增加終端設備的計算和存儲負擔的情況下，提高安全性和保密性。

特征提取是射頻指紋識別中的核心步驟，它將原始信號數據轉換為一組具有明顯物理意義或統計意義的特征，可以有效地發現更有意義的潛在變量，幫助對數據產生更深入的了解。此外，特征提取還可以減少數據冗余，以此降低數據存儲空間和分類的計算復雜度。

常見的信號特征提取方法包括提取信號的短時能量、短時功率譜密度、短時自相關函數，或對信號進行短時傅里葉變換、小波變換等。前者適用于穩態信號或變化速度不大的非平穩信號，對于瞬態信號的處理能力較差；后者由于其計算復雜度較高，一般需要進行一定預處理，若對接收到的整個原始信號直接進行短時傅里葉變換或小波變換，則會大大提高識別系統的計算負載。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于卷積的射頻指紋特征提取方法，能夠使得卷積后的波形具有更易分辨的特征，令機器學習或深度學習更易識別。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基于卷積的射頻指紋特征提取方法，包括以下步驟：

S1.檢測原始信號的穩態部分頻率f；

S2.建立預卷積核函數p：

g_p(t)＝(u(t+π)-u(t-π))·sin(2ωt)；

其中ω＝2πf，u(t)表示階躍函數，即：

S3.用預卷積核函數p與原始信號進行卷積：

h(t)＝s(t)*g_p(t)；

其中s(t)為原始信號波形，h(t)為卷積后的波形；

S4.檢測信號波形h(t)的起始點，利用該起始點對原始信號波形s(t)進行截取，獲得截取后的開機瞬態信號s′(t)；

S5.建立正弦卷積核函數g₁(t)和余弦卷積核函數g₂(t)：

S6.利用正余弦卷積核函數分別與截取后的開機瞬態信號s′(t)進行卷積，得到h₁′(t)和h₂′(t)作為原始信號的指紋特征：

所述步驟S1之前，還包括信號采集步驟：對原始信號進行采集，并進行編號和保存。

所述步驟S6之后，還包括池化步驟和全連接步驟：