通信信号指纹识别技术的研究.pdfVIP

蔡忠伟：通信信号指纹识别技术研究 ——————————————————————————————————————————————————————————————————————一一 通信信号指纹识别技术研究 蔡忠伟 (中国电子科技集团公司第54研究所) 摘 要 随着通信技术的飞速发展，通信的体制和信号调制样式变得更加复杂多样， 本文对工作于相同体制、相同调制方式和频段的通信信号的个体指纹识别进行了研究， 系统介绍了指纹识别的原理和方法，讨论了基于测量域、统计域和判决域的同类通信信 号个体识别技术，并给出了设备实现方案。 关键词指纹识别信号特征通信对抗 1． 通信信号指纹识别的一般方法 本文的研究目标是对同型号、同批次、工作于相同调制方式、频段的多个通信电台产生的 通信信号进行个体识别。 通信信号指纹识别由设计过程和实现过程组成。设计是指用一定数量的样本(训练集)进 行分类器设计，实现是指用设计的分类器对待识别的样本进行分类决策。基于统计理论的个 体识别系统主要由四部分组成：信息获取、预处理、特征提取和选择、分类决策。如图1所示。 田1模式识别系统的基本组成 信息获取是通过测量、采样和量化得到的可以用矩阵或向量表征的二维图像或一维波形； 预处理的目的是去除噪声，加强有用的信息；特征提取和选择是为了有效地进行分析，对原始 数据进行的变换，以得到最能反映分类本质的特征；分类决策是采用统计方法基于特征空间中 的信息把被识别对象分类。 2． 通信信号指纹识别的原理 2．1通信信号特征与指纹分析 特征是存在于时间或空间中可观察的事物，如果我们可以区别它们是否相同或是否相似， 都可以称之为特征。特征不是指事物本身，而是从事物获得的信息，因此，特征往往表现为具 有时间或空间分布的信息。我们把通过对具体的个别事物进行观测所得到的具有时域、空域、 频域分布的信息称为特征。个体识别的目的在于面对某一具体事物时将其正确地归人某一类 别。 559 中国电子学会电子对抗分会第十三届学术年会论文集 通信信号指纹是信号本身所具有的，能够精确反映信号个体特点的技术特征。针对通信 体制、调制样式、信号频率均相同的信号个体识别，指纹实际上是辐射源在制造过程中的各种 随机因素造成的个体差异，这些差异一般会体现在辐射源输出的通信信号上，并具有一定的稳 定性和各不相同的变化规律。作为“指纹”的特征参数应具备如下条件： (1)作为指纹的特征参数要能够反映信号个体所特有的技术属性，这样才可能用指纹实 现对通信信号个体的识别。 (2)反映某一个体通信信号的特征参数应有多个，也就是说，通信信号的个体属性由多个 特征参数的集合进行描述，对这一集合中提取的特征越多、越精细，则对通信信号个体识别的 概率就越高。 (3)作为通信信号的指纹特征要具有可检测性。只有能被检测出来并具有较高可信度的 通信信号的指纹特征才具有实用意义。通信信号的指纹识别往往是要求在复杂、多变的环境 条件下完成，既存在各辐射源产生的通信信号，也有噪声干扰。 (4)通信信号的指纹特征应具有高的稳定性。指纹特征只有具备较高的稳定性，才能使 得这些特征不因时间的推移或环境的变化而发生显著的改变，否则，这些特征就失去了可信 度。 2．2可作为指纹特征的通信信号特征参数 (I)通信信号载频的精确度差异 不论通信信号本身是否含有载频，产生该通信信号的实体(电台或发射机)中总是有载频 存在的，已调信号是基带信号对载频进行调制产生的。由于用于产生载波频率的晶体制作工 艺偏差，每个晶振的输出频率与其标称频率存在或大或小的偏差。晶振的输出频率偏差必然 导致通信信号载频与其标称值的偏差，在采用频率合成器产生所需载频情况下，当电台工作于 不同载频时，载频的相对偏差Af／f是不变的，绝对偏差随工作频率而改变。对于不同的电台， 由于采用不同的晶体振荡器，载频的相对频率偏差和绝对频率偏差都是不同的。如果用稳定 度更高的频率作为基准频率对通信信号载频进行测量，只要信号存在的时间足够长、信噪比足 够大，即可测出辐