一种基于迭代余弦谱变换的射频指纹识别方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于迭代余弦谱变换的射频指纹识别方法及系统，方法包括：对待识别发射机信号进行功率包络和载波的分离；对功率包络进行一阶求导，在初级瞬态区间内获取瞬态信号；基于瞬态信号的持续长度在瞬态信号的起、止位置处建立浮动区间，建立固定步长设置滑动窗口在浮动区间内滑动，当计算得到的代价函数值小于瞬态信号的代价函数值时，则调整滑动步长，直至寻找到使代价函数值最小的位置，获取最优目标区间；对最优目标区间内的信号依次进行快速傅里叶变换和离散余弦变换后,构建射频指纹特征向量；将射频指纹特征向量输入到支持向量机做设备的身份认证。本申请的认证方法能够利用不同无限设备之间的硬件细微差异对其进行准确的身份认证。进行准确的身份认证。进行准确的身份认证。

【技术实现步骤摘要】
一种基于迭代余弦谱变换的射频指纹识别方法及系统


[0001]本专利技术涉及无线通信
，具体而言，尤其涉及一种基于迭代余弦谱变换的射频指纹识别方法及系统。

技术介绍

[0002]随着移动通信技术的普及和发展，无线互连已经深入到我们日常生活的方方面面，特别是随着物联网的普及，将会给我们的生活甚至是生产方式带来了巨大的变革。利用电磁波这种无线信息交互方式，虽然可以简化了海量设备组网的难度，但是，这种无线信道的开放性，也为信息窃听和仿冒攻击提供了天然的条件，成为无线通信安全问题的根源所在。针对无线网络中的设备接入认证问题，通常采用口令认证、数字证书认证以及基于区块链的接入认证等方式。从本质上讲，这些认证方式都是基于现代加密算法的数字加密，通过利用加密算法的复杂性和初始分发密码的私密性来对接入认证的可靠性提供保证。随着各种新体制计算机运算能力的不断提升，使得对加密算法的暴力破解变得越来越容易；另外初始密钥的分发机制，也存在着隐私泄露的隐患。由于无线设备中，电子元件的容差效应是产生射频指纹的主要原因，所以射频指纹难以克隆，且具有唯一性，从而成为无线设备身份认证的一种新范式。
[0003]现有的射频指纹技术主要为稳态射频指纹技术。稳态信号是指发射机在稳定功率状态下的信号，主要是从设备的调制方式、噪声输出差异、杂散特性差异、等方面出发，对接收信号进行时频分析，提取出具有独立和稳定特征的物理量作为射频指纹进行分类，以达到辐射源识别的目的。由于基于稳态信号的射频指纹方法需要基于目标信号的调制方式、码型设计等更多的先验知识，通用性不佳。

技术实现思路

[0004]根据上述提出的现有的射频指纹需要基于目标信号的调制方式、码型设计等先验知识导致通用性不佳的技术问题，而提供一种基于迭代余弦谱变换的射频指纹识别方法及系统。通过对接收到的信号进行功率包络和载波的分离，深入分析功率包络的特征，使用快速傅里叶变换和离散余弦变换将其转换到更高维度的空间中提取其能量统计特征构建为特征向量，作为设备的射频指纹特征，再进行分类，即根据特征对设备进行识别。本专利技术适用面更宽，且具有较小的计算复杂度，能够实现对实际应用中发射机设备的识别和认证。
[0005]本专利技术采用的技术手段如下：
[0006]一种基于迭代余弦谱变换的射频指纹识别方法，包括以下步骤：
[0007]S1、获取待识别的发射机信号，对所述待识别的发射机信号进行功率包络和载波的分离；
[0008]S2、对所述功率包络进行一阶求导后，根据预设阈值获取初级瞬态区间，在所述初级瞬态区间内获取瞬态信号；
[0009]S3、基于瞬态信号的持续长度在所述瞬态信号的起、止位置处建立浮动区间，建立
固定步长设置滑动窗口在浮动区间内滑动，滑动过程中持续计算代价函数的值，当计算得到的代价函数值小于瞬态信号的代价函数值时，则调整滑动步长，直至寻找到使代价函数值最小的位置，从而获取最优目标区间；
[0010]S4、对最优目标区间内的信号依次进行快速傅里叶变换和离散余弦变换后，基于变换结果构建射频指纹特征向量；
[0011]S5、将所述射频指纹特征向量输入到支持向量机做设备的身份认证。
[0012]进一步地，S1中获取待识别的发射机信号后，还要对所述待识别的发射机信号进行滤波处理，从而滤除采集过程中无意获取到的杂散分量。
[0013]进一步地，S3中基于瞬态信号的持续长度在所述瞬态信号的起、止位置处建立浮动区间，包括：
[0014]在初级瞬态区间的起、止位置处设置大小为w/8的浮动范围，从而构建浮动区间，其中w表示瞬态信号的持续长度。
[0015]进一步地，S3中所述的代价函数根据以下计算获得：
[0016][0017]其中，c,d表示当前检测到的瞬态起止点的位置，s(c)表示起点幅值，s(d)表示终点幅值，s1,s2为理想瞬态起止点位置所对应的幅度值，C
c,d
(u)为当前检测到的瞬态信号的对数功率余弦系数。
[0018]进一步地，S4中基于变换结果构建射频指纹特征向量，包括：获取变换结果的极大值、极小值、一阶差分量的第一极值、二阶中心矩以及对数包络傅里叶变换的一阶原点矩构建射频指纹特征向量。
[0019]进一步地，S5中将所述射频指纹特征向量输入到支持向量机做设备的身份认证，包括：
[0020]使用主成分分析对所述射频指纹特征向量进行降维，将降维后的特征以预设比例随机划分为训练集和测试集，并输入到支持向量机SVM中进行分类，将训练出的模型所输出的标签结果与实际标签对比，得到分类准确率。
[0021]本专利技术还公开了一种基于迭代余弦谱变换的射频指纹识别系统，包括：
[0022]功率包络获取单元，其用于获取待识别的发射机信号，对所述待识别的发射机信号进行功率包络和载波的分离；
[0023]初级瞬态区间获取单元，其用于对所述功率包络进行一阶求导后，根据预设阈值获取初级瞬态区间，在所述初级瞬态区间内获取瞬态信号；
[0024]获取单元，其用于基于瞬态信号的持续长度在所述瞬态信号的起、止位置处建立浮动区间，建立固定步长设置滑动窗口在浮动区间内滑动，滑动过程中持续计算代价函数的值，当计算得到的代价函数值小于瞬态信号的代价函数值时，则调整滑动步长，直至寻找到使代价函数值最小的位置，从而获取最优目标区间；
[0025]射频指纹特征向量构建单元，其用于对最优目标区间内的信号依次进行快速傅里叶变换和离散余弦变换后，基于变换结果构建射频指纹特征向量；
[0026]身份认证单元，其用于将所述射频指纹特征向量输入到支持向量机做设备的身份认证。
[0027]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0028]通过本专利技术方法，对瞬态功率包络特性进行深入分析，并设计一种三相下变频结构实现turn
‑
on功率包络和载波的分类，可以实现无论接收到信号是何种调制方式，都可以选取最佳目标信号区间进行射频指纹提取和识别，不需要其他先验知识。通过实验可以得到，使用本专利技术将可以有效的对不同的设备进行识别，且98％的识别准确率。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术一种基于迭代余弦谱变换的射频指纹识别方法流程图。
[0031]图2为实施例中射频指纹识别执行流程。
[0032]图3为实施例中所提取特征的三维可视化效果。
[0033]图4为实施例所能达到的识别准确率。
具体实施方式
[0034]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于迭代余弦谱变换的射频指纹识别方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取待识别的发射机信号，对所述待识别的发射机信号进行功率包络和载波的分离；S2、对所述功率包络进行一阶求导后，根据预设阈值获取初级瞬态区间，在所述初级瞬态区间内获取瞬态信号；S3、基于瞬态信号的持续长度在所述瞬态信号的起、止位置处建立浮动区间，建立固定步长设置滑动窗口在浮动区间内滑动，滑动过程中持续计算代价函数的值，当计算得到的代价函数值小于瞬态信号的代价函数值时，则调整滑动步长，直至寻找到使代价函数值最小的位置，从而获取最优目标区间；S4、对最优目标区间内的信号依次进行快速傅里叶变换和离散余弦变换后，基于变换结果构建射频指纹特征向量；S5、将所述射频指纹特征向量输入到支持向量机做设备的身份认证。2.根据权利要求1所述的一种基于迭代余弦谱变换的射频指纹识别方法，其特征在于，S1中获取待识别的发射机信号后，还要对所述待识别的发射机信号进行滤波处理，从而滤除采集过程中无意获取到的杂散分量。3.根据权利要求1所述的一种基于迭代余弦谱变换的射频指纹识别方法，其特征在于，S3中基于瞬态信号的持续长度在所述瞬态信号的起、止位置处建立浮动区间，包括：在初级瞬态区间的起、止位置处设置大小为w/8的浮动范围，从而构建浮动区间，其中w表示瞬态信号的持续长度。4.根据权利要求1所述的一种基于迭代余弦谱变换的射频指纹识别方法，其特征在于，S3中所述的代价函数根据以下计算获得：其中，c,d表示当前检测到的瞬态起止点的位置，s(c)表示起点幅值，s(d)表示终点幅值，s1,s2为理想瞬态起止点位置所对应的幅度值，C
c,d
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晶泊，王晴雯，王晓烨，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：