通信輻射源指紋識別技術(shù)

摘要 通信輻射源個(gè)體識別是近來(lái)通信對抗領(lǐng)域的重要研究課題，不同于傳統通信信號偵察中的調制模式識別研究，通信輻射源識別主要研究體現同類(lèi)輻射源之間個(gè)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(diǎn)和解決方案。對穩態(tài)通信信號的個(gè)體細微特征，如通信發(fā)射信號在載頻和調制參數特征上的偏差，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(gè)體技術(shù)特點(diǎn)的信號指紋，提出一個(gè)基于證據理論的通信輻射源識別方案，是實(shí)現個(gè)體識別在軍事通信對抗作戰計劃的重要依據。
關(guān)鍵詞 通信輻射源；模式識別；頻率穩定度；個(gè)體識別

在現代軍用電子信息裝備中，以電臺為主的各種通信設備擔負著(zhù)為重要軍事載體提供通信、部署并實(shí)施軍事打擊或進(jìn)行監視、電子干擾的重要任務(wù)。目前，在電子戰研究領(lǐng)域，出現了輻射源“指紋”識別的方法，通過(guò)對接收信號進(jìn)行特征測量，確定產(chǎn)生信號的輻射源個(gè)體，美軍將其定義為“將輻射源惟一電磁特征與輻射源個(gè)體關(guān)聯(lián)能力”。通信電臺的這種關(guān)聯(lián)起來(lái)的能力稱(chēng)為通信電臺個(gè)體識別。如果能有效提取通信電臺的個(gè)體指紋特征，在復雜的戰場(chǎng)電磁環(huán)境中將每部電臺區分開(kāi)，實(shí)現對電臺個(gè)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(jìn)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?？梢?jiàn)，確定有效的通信電臺信號指紋特征、實(shí)現個(gè)體識別是軍事通信對抗作戰計劃的重要依據。

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(gè)體信號的細微特征也稱(chēng)通信信號的“指紋”，指信號中可以用于標識發(fā)送該信號的通信設備身份的特征。通過(guò)通信信號處理技術(shù)，發(fā)現通信信號上所承載的通信輻射源穩定的硬件特征信息?？梢哉J為信號指紋主要表現為同一通信設備在其發(fā)送的所有信號中反復表現出的一種有規律的變化趨勢，而通信信號個(gè)體中這種重復出現的變化規律信息具有反映信號個(gè)體特點(diǎn)的技術(shù)特征，可以作為“指紋”用于標識發(fā)送該信號的通信設備的個(gè)體特征。
可作為指紋特征的通信信號特征參數：(1)通信信號載頻的精確度差異。(2)通信信號調制參數的個(gè)體差異。(3)電臺的雜散輸出差異。
輻射源可提取的特征參數可分為如下幾類(lèi)：
(1)技術(shù)特征。調制方式、載頻精度、頻率穩定度。
(2)內部特征。數字通信的信息傳輸速率。(3)頻域特征。信號帶寬、調頻參數調制失真度。(4)時(shí)變特征。瞬時(shí)包絡(luò )、頻率、相位。
1．2 信號指紋機理分析
通信輻射源個(gè)體識別是指在分析截獲通信信號個(gè)體的基礎上，得到信號中通信設備的工作參數和特征參數，然后利用這些參數獲取該通信設備的體制、用途和型號等信息，進(jìn)而掌握其工作狀態(tài)，了解其戰術(shù)運用特點(diǎn)、活動(dòng)規律以及作戰能力的過(guò)程。
文中研究的是同型號、同批次并工作于相同調制方式、頻段的多個(gè)電臺輻射信號的個(gè)體識別技術(shù)。通信輻射源個(gè)體識別主要包括3個(gè)過(guò)程：預處理、特征提取和分類(lèi)識別。

通信信號指紋識別的本質(zhì)是模式識別問(wèn)題，識別的過(guò)程由設計和實(shí)現組成。設計是指用一定數量的樣本進(jìn)行分類(lèi)器設計，實(shí)現是指用設計的分類(lèi)器對待識別的樣本進(jìn)行分類(lèi)決策。

2 通信信號指紋識別方法
2．1 特征參數值域判別法
采用特征參數值域判別法，首先要提取一個(gè)或多個(gè)能反映通信信號個(gè)體特征的參數值，根據各特征參數所在的值域范圍，采用模式識別的方法進(jìn)行個(gè)體識別，分析處理的主要過(guò)程是在時(shí)域和頻域。
特征參數值域判別法也可以通過(guò)計算特征類(lèi)的距離進(jìn)行個(gè)體識別，其難點(diǎn)在于如何從原始測量數據提取和選擇合適且必要的特征向量進(jìn)行計算，重點(diǎn)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(gè)信號進(jìn)行參數提取，提取的特征參數為M個(gè)，N個(gè)已知信號的同一個(gè)特征參數值各不相同，這樣，每一個(gè)信號就有M個(gè)特征參數值與其他信號相區別；
(2)將N個(gè)信號的M×N個(gè)特征參數存入數據庫，建立包含N個(gè)已知信號模本的模本庫；
(3)提取待識別信號的M個(gè)特征參數，與模本庫中的模本進(jìn)行比較，如果提取的特征參數與模本庫中的某模本相匹配，即可完成個(gè)體識別。