一种基于功率谱密度的通信辐射源个体识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于功率谱密度的通信辐射源个体识别方法，包括：利用接收机采集射频基带信号，采集I路信号；基于所述I路信号进行方差轨迹检测截取稳态信号片段，对所述稳态信号片段进行数据标准化处理；计算数据标准化处理后的稳态信号片段的功率谱密度得到特征向量，将所述特征向量作为发射机的射频指纹，并生成射频指纹库；利用智能分类器识别所述射频指纹库的射频指纹，输出识别结果，完成通信辐射源个体识别。本发明专利技术在保证识别计算实时性的同时，提高了识别准确率。提高了识别准确率。提高了识别准确率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于功率谱密度的通信辐射源个体识别方法


[0001]本专利技术涉及射频指纹提取与识别、通信辐射源个体识别、物联网接入认证、信息安全的
，尤其涉及一种基于功率谱密度的通信辐射源个体识别方法。

技术介绍

[0002]信息安全是构建可靠、稳健的物联网的关键。随着无线通信网络带来的信息安全问题不断涌现，如何准确地识别和认证物联对象，阻止用户身份假冒和设备克隆等问题的发生，是物联网得以应用首要解决的问题。传统的认证机制是在应用层实现的，利用密码算法生成第三方难以仿冒的数值结果，但这种机制存在着协议安全漏洞和密钥泄露等风险，物联网感知层终端设备具有多样化、智能化、复杂化且数量庞大的特点，虽然传统的认证机制可以在一定程度上保障信息安全，但是并不适用于处理大规模网络及其所带来的海量数据，难以满足物联网的信息安全需求，因此，研究一种低错误率、高效率、低成本的通信辐射源个体识别方法，是确保物联网稳健运行的关键。物理层认证是保障无线通信安全的核心技术之一，其基本原理是联合收发信道与传输信号的空时特异性，对通信双方的物理特征进行验证，从而在物理层实现身份认证，相比于应用层的认证技术，它能够有效抵御模仿攻击，具有认证速度快，复杂度低，兼容性好，不需要考虑各种协议执行的优点，如今对物理层安全认证技术的研究还处于初级阶段，丰富的物理层资源并没有得到充分利用，仍具有很大的研究空间。
[0003]现有的射频指纹识别技术根据利用物理层资源的不同，可分为基于信道的指纹识别技术和基于传输信号的指纹识别技术。基于信道特征的指纹识别技术旨在利用设备的唯一位置信息来作为不同用户在不同场景下的身份检测指标，通常应用于物联网设备的室内定位，常用的信道特征有无线电信号强度(RSS)、信道状态信息(CSI)和信道频率响应(CFR)；基于传输信号的指纹识别技术分为基于瞬态信号的指纹识别技术和基于稳态信号的指纹识别技术。瞬态信号不包含任何数据信息，只体现发射机的硬件特征，具有独立性，射频指纹最初就是从瞬态信号中提取的，如瞬态信号的持续时间、分形维数特征、频谱特性、时域包络、小波系数等；由于瞬态信号持续时间短，难以捕获，对突变点检测和定位较为敏感，限制了其在实际环境中的应用；稳态信号是发射机处于稳定工作状态时的信号，其持续时间长，更容易获得，利用廉价的接收机即可完成，但稳态信号中存在的射频指纹更不容易提取，如频率偏移、Holder系数特征、熵特征等。随着射频指纹识别技术的发展，学者们逐渐从利用瞬态信号到利用稳态信号的前导序列，再到利用稳态信号的传输数据段，逐步减少了对待识别信号检测和提取的要求。
[0004]从目前射频指纹识别的研究现状来看，提取具有独特原生属性的射频指纹仍然是一件极具挑战性的任务，提取的射频指纹仍然受大量因素的制约，在射频指纹产生机理、特征提取和特征选择方面，以及在射频指纹的鲁棒性和抗信道环境干扰等方面，还有大量问题有待研究。

技术实现思路

[0005]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0006]鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
[0007]因此，本专利技术解决的技术问题是：现有射频指纹识别方法对通信辐射源个体(特别是同厂家、同型号、同批次的无线设备)识别率低。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：利用接收机采集射频基带信号，采集I路信号；基于所述I路信号进行方差轨迹检测截取稳态信号片段，对所述稳态信号片段进行数据标准化处理；计算数据标准化处理后的稳态信号片段的功率谱密度得到特征向量，将所述特征向量作为发射机的射频指纹，并生成射频指纹库；利用智能分类器识别所述射频指纹库的射频指纹，输出识别结果，完成通信辐射源个体识别。
[0009]作为本专利技术所述的基于功率谱密度的通信辐射源个体识别方法的一种优选方案，其中：所述射频基带信号包括稳态信号。
[0010]作为本专利技术所述的基于功率谱密度的通信辐射源个体识别方法的一种优选方案，其中：所述数据标准化处理包括对所述截取的稳态信号数据或所述功率谱密度特征向量进行标准化处理，为中心化—压缩处理，其数学公式如下所示：
[0011][0012]其中，表示截取的稳态信号数据或功率谱密度特征向量，表示标准化处理后的输出向量。
[0013]作为本专利技术所述的基于功率谱密度的通信辐射源个体识别方法的一种优选方案，其中：定义所述功率谱密度特征向量包括，
[0014][0015]其中B
i
(i＝1,2,
…
)表示某一待识别的通信辐射源个体特征。
[0016]作为本专利技术所述的基于功率谱密度的通信辐射源个体识别方法的一种优选方案，其中：定义所述射频指纹库包括，
[0017][0018]其中，C
j
(j＝1,2,
…
)表示已知合法的通信辐射源个体标签，c
j
(j＝1,2,
…
)表示某一特征参数。
[0019]作为本专利技术所述的基于功率谱密度的通信辐射源个体识别方法的一种优选方案，
其中：所述智能分类器包括支持向量机和灰关联分类器。
[0020]作为本专利技术所述的基于功率谱密度的通信辐射源个体识别方法的一种优选方案，其中：基于所述灰关联分类器求取B
i
与所述射频指纹库中的每一个C
j
的关联度包括，定义ρ∈(0,1)：
[0021][0022][0023]其中，ρ表示分辨系数，通常取值为0.5，ξ(b
i
(k),c
j
(k))表示所述B
i
与所述C
j
之间第k个特征参数的关联系数，ξ(B
i
,C
j
)表示所述B
i
与所述C
j
之间的灰色关联度。
[0024]作为本专利技术所述的基于功率谱密度的通信辐射源个体识别方法的一种优选方案，其中：所述利用智能分类器识别所述射频指纹库的射频指纹，基于所述识别结果判断所述B
i
所属的通信辐射源个体是否为合法接入无线通信设备，其判断准则包括，
[0025][0026]若test<某一阈值，则B
i
所属的通信辐射源个体为非法接入无线通信设备；否则，B
i
所属的通信辐射源个体为合法接入无线通信设备。
[0027]作为本专利技术所述的基于功率谱密度的通信辐射源个体识别方法的一种优选方案，其中：定义所述阈值为0.0042。
[0028]本专利技术的有益效果：本专利技术保证识别计算实时性的同时，提高了识别准确率。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于功率谱密度的通信辐射源个体识别方法，其特性在于，包括：利用接收机采集射频基带信号，采集I路信号；基于所述I路信号进行方差轨迹检测截取稳态信号片段，对所述稳态信号片段进行数据标准化处理；计算数据标准化处理后的稳态信号片段的功率谱密度得到特征向量，将所述特征向量作为发射机的射频指纹，并生成射频指纹库；利用智能分类器识别所述射频指纹库的射频指纹，输出识别结果，完成通信辐射源个体识别。2.如权利要求1所述的基于功率谱密度的通信辐射源个体识别方法，其特征在于：所述射频基带信号包括稳态信号。3.如权利要求1或2所述的基于功率谱密度的通信辐射源个体识别方法，其特征在于：所述数据标准化处理包括对所述截取的稳态信号数据或所述功率谱密度特征向量进行标准化处理，为中心化—压缩处理，其数学公式如下所示：其中，表示截取的稳态信号数据或功率谱密度特征向量，表示标准化处理后的输出向量。4.如权利要求1所述的基于功率谱密度的通信辐射源个体识别方法，其特征在于：定义所述功率谱密度特征向量包括，其中B
i
(i＝1,2,
…
)表示某一待识别的通信辐射源个体特征。5.如权利要求1所述的基于功率谱密度的通信辐射源个体识别方法，其特征在于：定义所述射频指纹库包括，其中，C
j
(j＝1,2,
…
)表示已知合法的通信辐射源个体标签，c
j
(j＝1,2,
…
)表示某一特征参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：应雨龙，李靖超，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：