[发明专利]基于星座轨迹图像特征的设备指纹提取及设备识别方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信和通信安全领域，具体涉及一种基于星座轨迹图像特征的设备指纹提取及设备识别方法。

背景技术

随着信息技术的发展，移动互联网用户数急剧上升。用户使用的终端包括手机，平板电脑，笔记本，台式电脑等等，可谓无处不遍及人们的工作生活。对接入设备的身份进行认证是保障通信系统安全的重要步骤。在传统的无线通信系统中，设备接入时的认证主要是依靠传统的口令以及数字证书的方法来完成。

近年的研究表明，可以通过无线通信系统发射的电磁波，提取其设备的射频特征。射频指纹是指能够产生射频信号的发射器硬件模块或设备所具有的物理特征，这个物理特征从发射器发射的射频信号中提取，作为识别发射器硬件模块或设备的依据。目前研究表明，类似于人类指纹的差异性，射频指纹在当前的技术条件下具有可区分性，即可以把射频指纹作为区分不同发射器硬件模块或设备的一种标准，并且具有应用价值。

射频指纹特征提取除了基于瞬态响应的射频指纹提取方法及稳态响应的射频指纹提取方法，还可以通过星座轨迹图的方法进行提取。使用星座轨迹图进行射频指纹特征提取，可以在不了解目标设备先验信息的情况下获得目标设备发射的射频信号的特征。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种基于星座轨迹图像特征的设备指纹提取及设备识别方法，从设备发射信号的星座轨迹图中提取图像特征作为设备指纹，基于得到的无线设备射频指纹特征，可以对接入的无线设备身份进行识别及认证。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种基于星座轨迹图像特征的设备指纹提取及设备识别方法，包括以下步骤：

(1)认证判断设备接收其合法设备的发射信号得到数字调制信号，并利用IQ信号建立星座图；

(2)对所述星座图中的星座点进行阶梯化处理得到星座轨迹图，并提取所述星座轨迹图的内、外轮廓；

(3)提取所述星座轨迹图的内、外轮廓的形状特征S作为样本；

(4)判断采集的样本数是否达到预设的数量，若是，则利用步骤(3)中提取的形状特征S建立所述合法设备的设备指纹F，并将该设备指纹F存储在合法设备指纹样本库中；

(5)当接入设备向所述认证判断设备发送通信请求时，所述认证判断设备的接收端提取所述接入设备的设备指纹，并与所述合法设备指纹样本库中存储的设备指纹进行比对，若在所述合法设备指纹样本库中匹配到所述接入设备的设备指纹，则所述接入设备为合法设备，若没有匹配到所述接入设备的设备指纹，则所述接入设备为非法设备。

进一步地，若步骤(4)中采集的样本数没有达到预设的数量，则本发明方法进行以下步骤：

改变所述IQ信号的时间窗口W的宽度和位置，重复步骤(2)和步骤(3)，对于一窗口W_i，获取其对应的形状特征

改变所述IQ信号的采样率R，重复步骤(2)和步骤(3)，对于一采样率R_i，获取其对应的形状特征

进入步骤(4)。

其中，步骤(2)中所述的阶梯化处理是指在任意两个星座点(x₁,y₁),(x₂,y₂)中增加(x₁,y₂)，将星座图中的(x₁,y₁)先连接(x₁,y₂)再连接(x₂,y₂)得到所述的星座轨迹图。

其中，步骤(3)中提取所述星座轨迹图内外轮廓的形状特征S，包括以下步骤：

确定坐标：以坐标(0,0)为原点，以过原点的水平线为横坐标，以过原点且与横坐标垂直的竖直线为纵坐标，横、纵坐标将所述星座轨迹图划分为四个部分得到四个象限；

确定星座轨迹图外轮廓的标准形状：以所述星座轨迹图的外轮廓为外轮廓的初始形状，对所述外轮廓的初始形状上各点求幅度值，分别获取四个象限上幅度值的极值点，当某一象限上出现极值相同的点时，则取这些点的几何中点作为极值点；按顺时针或逆时针依次连接所获取到的极值点，形成一个四边形作为星座轨迹图外轮廓的标准形状；