通信輻射源指紋識別技術(shù)

摘要 通信輻射源個體識別是近來通信對抗領(lǐng)域的重要研究課題，不同于傳統(tǒng)通信信號偵察中的調(diào)制模式識別研究，通信輻射源識別主要研究體現(xiàn)同類輻射源之間個體差異的信號指紋的分析提取技術(shù)。文中研究分析信號指紋的分析提取存在的技術(shù)難點和解決方案。對穩(wěn)態(tài)通信信號的個體細微特征，如通信發(fā)射信號在載頻和調(diào)制參數(shù)特征上的偏差，以及信號雜散輸出成分的差異，并考慮將上述特征確立為反映通信電臺個體技術(shù)特點的信號指紋，提出一個基于證據(jù)理論的通信輻射源識別方案，是實現(xiàn)個體識別在軍事通信對抗作戰(zhàn)計劃的重要依據(jù)。
關(guān)鍵詞 通信輻射源；模式識別；頻率穩(wěn)定度；個體識別

在現(xiàn)代軍用電子信息裝備中，以電臺為主的各種通信設(shè)備擔負著為重要軍事載體提供通信、部署并實施軍事打擊或進行監(jiān)視、電子干擾的重要任務(wù)。目前，在電子戰(zhàn)研究領(lǐng)域，出現(xiàn)了輻射源“指紋”識別的方法，通過對接收信號進行特征測量，確定產(chǎn)生信號的輻射源個體，美軍將其定義為“將輻射源惟一電磁特征與輻射源個體關(guān)聯(lián)能力”。通信電臺的這種關(guān)聯(lián)起來的能力稱為通信電臺個體識別。如果能有效提取通信電臺的個體指紋特征，在復(fù)雜的戰(zhàn)場電磁環(huán)境中將每部電臺區(qū)分開，實現(xiàn)對電臺個體的分析識別，并分析哪些電臺是敵方重要通信電臺，然后進一步分析電臺的性質(zhì)和屬性，確定通信網(wǎng)組成、威脅等級和干擾對象等，可以為針對性的電子偵收、干擾和軍事打擊提供重要依據(jù)?？梢?，確定有效的通信電臺信號指紋特征、實現(xiàn)個體識別是軍事通信對抗作戰(zhàn)計劃的重要依據(jù)。

1 指紋及信號指紋機理分析
1．1 通信輻射源指紋
通信輻射源個體信號的細微特征也稱通信信號的“指紋”，指信號中可以用于標識發(fā)送該信號的通信設(shè)備身份的特征。通過通信信號處理技術(shù)，發(fā)現(xiàn)通信信號上所承載的通信輻射源穩(wěn)定的硬件特征信息。可以認為信號指紋主要表現(xiàn)為同一通信設(shè)備在其發(fā)送的所有信號中反復(fù)表現(xiàn)出的一種有規(guī)律的變化趨勢，而通信信號個體中這種重復(fù)出現(xiàn)的變化規(guī)律信息具有反映信號個體特點的技術(shù)特征，可以作為“指紋”用于標識發(fā)送該信號的通信設(shè)備的個體特征。
可作為指紋特征的通信信號特征參數(shù)：(1)通信信號載頻的精確度差異。(2)通信信號調(diào)制參數(shù)的個體差異。(3)電臺的雜散輸出差異。
輻射源可提取的特征參數(shù)可分為如下幾類：
(1)技術(shù)特征。調(diào)制方式、載頻精度、頻率穩(wěn)定度。
(2)內(nèi)部特征。數(shù)字通信的信息傳輸速率。(3)頻域特征。信號帶寬、調(diào)頻參數(shù)調(diào)制失真度。(4)時變特征。瞬時包絡(luò)、頻率、相位。
1．2 信號指紋機理分析
通信輻射源個體識別是指在分析截獲通信信號個體的基礎(chǔ)上，得到信號中通信設(shè)備的工作參數(shù)和特征參數(shù)，然后利用這些參數(shù)獲取該通信設(shè)備的體制、用途和型號等信息，進而掌握其工作狀態(tài)，了解其戰(zhàn)術(shù)運用特點、活動規(guī)律以及作戰(zhàn)能力的過程。
文中研究的是同型號、同批次并工作于相同調(diào)制方式、頻段的多個電臺輻射信號的個體識別技術(shù)。通信輻射源個體識別主要包括3個過程：預(yù)處理、特征提取和分類識別。

通信信號指紋識別的本質(zhì)是模式識別問題，識別的過程由設(shè)計和實現(xiàn)組成。設(shè)計是指用一定數(shù)量的樣本進行分類器設(shè)計，實現(xiàn)是指用設(shè)計的分類器對待識別的樣本進行分類決策。

2 通信信號指紋識別方法
2．1 特征參數(shù)值域判別法
采用特征參數(shù)值域判別法，首先要提取一個或多個能反映通信信號個體特征的參數(shù)值，根據(jù)各特征參數(shù)所在的值域范圍，采用模式識別的方法進行個體識別，分析處理的主要過程是在時域和頻域。
特征參數(shù)值域判別法也可以通過計算特征類的距離進行個體識別，其難點在于如何從原始測量數(shù)據(jù)提取和選擇合適且必要的特征向量進行計算，重點是特征的提取和選擇算法。
2．2 信號模本匹配識別法
信號模本匹配識別法的基本思想如下：
(1)對同一種通信信號形式中的N個信號進行參數(shù)提取，提取的特征參數(shù)為M個，N個已知信號的同一個特征參數(shù)值各不相同，這樣，每一個信號就有M個特征參數(shù)值與其他信號相區(qū)別；
(2)將N個信號的M×N個特征參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫，建立包含N個已知信號模本的模本庫；
(3)提取待識別信號的M個特征參數(shù)，與模本庫中的模本進行比較，如果提取的特征參數(shù)與模本庫中的某模本相匹配，即可完成個體識別。