無線發(fā)射機信號指紋識別的研究.pdf

1、無線發(fā)射機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)射機個體的技術。隨著當今復雜電磁環(huán)境下的信息安全等問題日益凸顯，該技術在通信對抗偵察系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡安全、通信資源管理等諸多領域有著十分廣闊的應用前景。現(xiàn)代無線發(fā)射機設備集成度和一致性極高、調(diào)制參數(shù)設置軟件化、載波頻率高信號帶寬大等特點給無線發(fā)射機的個體識別帶來了更高的挑戰(zhàn)。本文從無線發(fā)射機指紋特征產(chǎn)生的機理出發(fā)，考察發(fā)射機本振的鎖相環(huán)和射頻濾波器的物理特性，提出了載

2、波相位噪聲指紋、時鐘相位噪聲指紋和暫態(tài)前導響應指紋特征的新概念，并對特征提取及模式識別等關鍵問題進行了研究，主要算法應用于無線發(fā)射機實測信號指紋識別，取得較為滿意的實驗結(jié)果。
　　本文的主要研究成果包括以下幾個方面:
　　1.從無線發(fā)射機本振的鎖相環(huán)電路不穩(wěn)定性角度出發(fā)，提出了載波相噪指紋和時鐘相噪指紋，建立了FM多重調(diào)制線譜相噪模型，采用高次方去調(diào)制獲取寬帶調(diào)制信號的載波相噪譜，以及通過延遲相乘法實現(xiàn)歸零碼的轉(zhuǎn)化從而在碼元

3、速率處獲得時鐘相噪譜。針對相噪指紋受噪聲以及設備自身不穩(wěn)定等因素影響而產(chǎn)生的離散性，給出了改進的線譜極大值點提取算法，有效地提高了線譜位置的一致性。
　　2.從無線發(fā)射機射頻濾波器的頻率響應差異性角度出發(fā)，提出了暫態(tài)信號“前導響應”的新概念及暫態(tài)包絡擬合系數(shù)指紋。針對“前導響應”信號幅度小，易受噪聲干擾的特點，提出了一種基于時頻分析的暫態(tài)包絡提取算法，通過對暫態(tài)信號的三維能量譜切片獲取平滑的暫態(tài)“前導響應”能量包絡，并將擬合包絡曲

4、線的多項式系數(shù)作為暫態(tài)信號的指紋特征向量。提出了基于統(tǒng)計學的暫態(tài)起點檢測算法，與其他起點檢測算法對比具有無起點檢測門限閾值限定，計算量小，精度高，抗噪性能好的優(yōu)勢。
　　3.研究了分形理論在無線發(fā)射機個體識別中的應用，分析討論了相位噪聲譜的自相似性和可迭代性，驗證了分形理論在相噪線譜特征提取的適用性。創(chuàng)新地提出新的特征指紋—多重分形雙對數(shù)曲線的梯度特征，與其他指紋特征聯(lián)合識別結(jié)果表明，聯(lián)合梯度特征識別可提高10％以上的識別率。

5、r>　　4.提出了無線發(fā)射機個體識別系統(tǒng)的整體框架。研究和討論了SVM識別器和BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型的設計。選擇具有代表性的集成度高相似性極大的兩種無線發(fā)射機——軟件無線電設備和無線網(wǎng)卡作為發(fā)射機個體識別對象，采用SVM和BP神經(jīng)網(wǎng)絡識別器分別利用本文提出的指紋特征值對實測信號進行個體識別實驗。實現(xiàn)了載波和時鐘相噪指紋的聯(lián)合檢測，同一型號同一批次8臺軟件無線電設備識別率高達98.75％;實現(xiàn)了暫態(tài)包絡擬合系數(shù)指紋和多重分形梯度指紋的聯(lián)合檢測，