[发明专利]无线发射机载波和时钟相位噪声指纹特征联合识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线发射机指纹识别，尤其是涉及一种无线发射机载波和时钟相位噪声指纹特征联合识别方法。

背景技术

无线发射机指纹识别是指从接收的无线信号中提取特征向量作为指纹并用以识别发射机个体的技术。随着当今复杂电磁环境下的信息安全等问题日益凸显，该技术在通信对抗侦察系统、无线网络安全、通信资源管理等诸多领域有着十分广阔的应用前景。现代无线发射机设备集成度和一致性极高、调制参数设置软件化、载波频率高信号带宽大等特点给无线发射机的个体识别带来了更高的挑战。

近20年来，国内外辐射源个体识别的暂态信号和稳态信号两类研究对象。暂态信号是开关机、通信模式切换和帧切换等过渡过程中产生的信号。相对于暂态信号而言，无线发射机在稳态工作状态下，由于信号已经被调制，发射机内部个体差异的产生通常无法直接观察到，需要去掉调制信号的影响，才能获取发射机独有的细微特征。无线发射机的稳态特征分析和提取相对来说困难。

暂态特征方面，国内外对于暂态信号发射机个体识别的研究较多，中国专利CN102693411公开了一种基于射频的无线发射机的识别方法，它主要就是从暂态入手，通过提取暂态的前导信号特征指纹对无线发射机进行识别。暂态的特征提取需要对信号起点进行准确检测，但是对于部分无线信号，如802.11信号而言，暂态信号是一个缓慢上升的过程，这就增大了起点的检测难度，而准确的起点检测对发射机的识别至关重要。

稳态特征方面，蔡忠伟等发表在通信学报上的题为“基于双谱的通信辐射源个体识别”文献中提出采用双谱特征对通信辐射源进行个体识别；以及Kim和Spooner在2008年的GLOBECOM会议上发表题为“Specific emitter identification for cognitive radio with application to IEEE802.11”的文章中提出二阶循环谱特征对辐射源进行识别；许丹在论文“辐射源指纹机理及识别方法研究”中提出针对发射机末级功放的非线性特性进行泰勒级数建模，提取自激指数和频推指数等特征，但是实验数据只是仿真数据。

总之，在无线发射机的个体识别技术研究中，虽然已经取得了一些研究成果，但是仍存在待解决的一些问题。许多的研究方法针对性较强，只对若干个厂商的发射机进行了识别，有的只是进行了仿真分析，针对实测数据的识别结果较少，用于识别的实验数据量也很少。一些识别率较高的结果其发射机的差异性很大（肉眼观察差异非常明显），尤其对于相同厂商和相同型号的识别研究更是少之又少。其次，很多识别方法仅从信号的表面观测结果上寻找差异性，未能有效地从个体细微特征的本质上进行研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种无线发射机载波和时钟相位噪声指纹特征联合识别方法，从稳态特征方面入手，以达到实现对无线发射机进行准确的识别得目的。

本发明包括以下步骤：

1）建立调频（FM）多重调制线谱相位噪声模型；

2）采用高次方去调制法获取宽带调制信号的载波相位噪声谱，另通过延迟相乘法实现归零码的转化，从而在码元速率处获得时钟相位噪声谱；

3）采用改进的二级分类谱线分离算法分别提取载波相位噪声谱和时钟相位噪声谱的线谱特征向量，同时采用分形维数的方法提取载波相位噪声谱的盒子维数特征向量；

4）联合载波相位噪声和时钟相位噪声线谱特征向量以及分形盒子维数特征向量作为无线发射机的个体指纹特征，利用识别器对无线发射机信号进行识别。

在步骤1）中，所述建立调频多重调制线谱相位噪声模型的目的在于改变FM调制的参数，可获得与载波相位噪声近似的线谱。

在步骤2）中，所述高次方去调制法，是由于宽带调制信号中并不直接包含载波相位噪声的线谱，因此要通过去调制，达到去除调制信息的影响，从而在高倍载波分量处获得载波的线谱的目的；所述延时相乘法，是因为时钟相位噪声描述了实际信号码元时钟频率对其理想时钟频率的偏移量，表现在频域上即为码元时钟附近的离散线谱及连续谱，所以通过延时相乘方法可以将非归零码转换为归零码，在码元速率处获取时钟的线谱。

在步骤3）中，所述改进的二级分类谱线分离算法，即两级分类的特征提取算法，利用线谱的分布情况，对其分类然后进行特征提取，实现了不同分布的线谱特征的提取；所述分形维数的方法，目的是把相位噪声线谱的自相似性盒子维数特征提取出来。