【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于辐射源指纹识别，具体涉及一种基于差分相空间的鲁棒性非线性指纹特征提取方法。
技术介绍
1、由于硬件生产工艺和工作状态、环境等因素的影响，实际的辐射源设备在发射电磁信号时，并不是百分百的“完美”工作，都存在或多或少的非理想性，从而会无可避免地、无意地将其设备硬件的信息调制到辐射的信号上。这种信息像人的指纹一样，即辐射源指纹信息，可以用于识别该辐射源。而相关技术则被称为辐射源指纹识别技术，也叫做特定辐射源识别技术，具体是指从接收到的电磁信号中提取能够表征辐射源发射机硬件差异的特征，以此识别该辐射源设备。
2、辐射源指纹识别的关键是提取到能够准确刻画该辐射源信息的指纹特征。目前根据特征提取过程中遵循的机理，特征方法可以分为时域特征、频域特征、时频域特征、非线性特征等。其中非线性特征的机理是由于辐射源中存在大量的非线性器件，所有非线性器件的共同作用使得每个辐射源都是一个复杂的独一无二的非线性系统，每个辐射源发射的信号都具有其辐射源的独一无二的非线性信息。对辐射源的整体非线性进行表征，提取有效的非线性特征能够实现辐射源个体识别。而基于非线性动力学的特征是利用接收信号对辐射源系统进行非线性重建，在高维空间中重构得到一系列辐射源状态，从中提取辐射源系统的射频指纹特征，实现对辐射源非线性的整体性重构，为分析射频信号提供一个新的视角。
3、基于非线性动力学原理得到的所谓的“辐射源状态”，本质上是根据实际接收到的信号序列重构出来的，因此除了与发射机状态有关之外，同时还受到传输过程中其他因素的影响。特别是在接收机
技术实现思路
1、基于非线性动力学相空间重构理论的辐射源指纹特征能够实现辐射源系统的非线性整体映射，为充分发挥该优势，增强此类特征方法对随机扰动影响的鲁棒性，提高在真实应用场景中的实用价值，本专利技术提出一种基于差分相空间的鲁棒性非线性指纹特征提取方法，具体指的是对实际接收到的电磁信号结合非线性动力学进行相空间重构，为提升鲁棒性，在重构过程中进行差分处理得到差分相空间，在此基础上提取鲁棒性的指纹特征，从而提高辐射源个体识别系统的性能；基本解决思路是在提取特征之前通过构造差分相空间矩阵将随机扰动因素转化为差分相空间矩阵的系数并通过归一化实现消除，从而消除随机扰动因素对辐射源指纹识别的影响，提升现有特征方法的鲁棒性。该方法计算简单，不需要信号补偿校正，不破坏信号中蕴含的用以区分不同辐射源个体的非线性信息，同时实现信号的时频对齐，具有较强的实用价值。
2、本专利技术采用的技术方案为，一种基于差分相空间的鲁棒性非线性指纹特征提取方法，分为以下步骤：
3、s1信号接收与预处理
4、辐射源指纹识别技术的第一步是信号的接收。为实现鲁棒性辐射源指纹特征的提取，需要对接收信号进行一定的预处理。
5、首先对实际信号进行接收，由于接收环境中可能存在其他信号，就需要将接收后待分析信号从宽带接收数据中检测出来，然后进行初步滤波处理以降低噪声影响，得到经过初步预处理的辐射源信号y(t)；
6、由于存在辐射源指纹信息，即无意调制(unintentional modulation,um)，辐射源信号y(t)表示为：
7、y(t)＝[a(t)+δa(t)]·exp{j[2π(fc+f0)t+(φ(t)+δφ(t))]}+ε(t) (1)
8、其中，a(t)、φ(t)分别表示信号幅度上的有意调制(intentional modulation,im)和相位上的有意调制，fc表示信号设置的载频，f0表示在实际发射和接收过程中的信号频偏(通常与辐射源和接收机系统有关，可以看作常数值)，ε(t)表示加性噪声，δa(t)、δφ(t)分别表示幅度上由于辐射源硬件失真带来的无意调制和相位上由于辐射源硬件失真带来的无意调制，即辐射源指纹识别技术中最为关注的无意调制信息。由于辐射源指纹差异是细微的，满足|a(t)|＞＞|δa(t)|，|φ(t)|＞＞|δφ(t)|。不考虑幅度调制时，幅度为常数，将a(t)简化为a，a表示简化后的辐射源信号幅度。
9、s2信号归一化与延迟差分
10、现有研究往往采用如公式(1)的信号模型，认为每次采样处理后的信号是固定的，然而事实上每次采样都会带有一定的随机因素，附加在信号上就表现为相位、幅度、频率上的随机量，这些随机因素在预处理中难以消除，从而导致了现有方法在鲁棒性方面的缺陷(具体参见文献liting sun,xiang wang,yurui zhao,zhitao huang,chun du，intrinsiclow-dimensional nonlinear manifold structure of radio frequency signals.ieeecommunications letters，2022.)。
11、因此，考虑到实际应用中随机采样的影响，用随机采样因子x表示第x次采集，采样接收后信号y(t)变为离散形式，因此将公式(1)中的辐射源信号y(t)改写为y0(n,x)：
12、y0(n,x)＝[a+a0(x)+δa(n)]·exp{j[2π(fc+fr(x)+f0)n+(φ(n)+δφ(n)+φ0(x))]}+ε(n,x) (2)
13、其中，y0(n,x)表示受到随机采样影响的接收信号的离散形式，n表示信号的索引值，n＝1,2,…,ns，ns表示信号采样点的总数，也就是信号长度；a(n)、φ(n)分别表示着信号幅度上的有意调制a(t)和相位上的有意调制φ(t)的离散表达形式，δa(n)、δφ(n)分别表示公式(1)中δa(t)和δφ(t)的离散表达形式；a0(x)、fr(x)和φ0(x)分别表示第x次采集带来的幅度上的随机影响、频率上的随机影响和相位上的随机影响，ε(n,x)表示第x次采集时的加性噪声。因此，提升鲁棒性，也就转化为消除公式(2)中信号y0(n,x)中与随机采样因子x相关因素a0(x)、fr(x)和φ0(x)的影响。
14、随机扰动是信号在时间、频率上额外附加的随机项。从效果上来看，实际接收信号在时域、频域是没有对齐的，这就导致每个信号具有不同的偏差值，影响后续指纹特征测量的准确性，而消除随机扰动影响的目标实际上就是在不影响辐射源指纹信息的同时实现信号波形在时域、频域的对齐。首先需要进行信号归一化和延迟差分处理，具体如下：
15、s2.1对信号y0(n,x)进行归一化：
16、
17、其中y(n,x)表示归一化之后的信号。
18、当信噪比足够情况下，可忽略不计；而且考虑到无意调制能量较低，即δa(n)相对于a+a本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于差分相空间的鲁棒性非线性指纹特征提取方法，其特征在于，该方法为以下步骤：
2.一种根据权利要求1所述基于差分相空间的鲁棒性非线性指纹特征提取方法，其特征在于：S2.2中，延迟阶数nd设置为1-7。
3.一种根据权利要求1所述基于差分相空间的鲁棒性非线性指纹特征提取方法，其特征在于：S4.1中，采用关联积分算法计算z(n,x)对应的时间延迟参数τ，采用Cao方法计算z(n,x)对应的嵌入维数。
4.一种根据权利要求1至3任一项所述基于差分相空间的鲁棒性非线性指纹特征提取方法，其特征在于：S6中，通过提取矩阵S相点之间的排列熵特征Pe作为辐射源指纹特征。
5.一种根据权利要求1至3任一项所述基于差分相空间的鲁棒性非线性指纹特征提取方法，其特征在于：S6中，通过提取矩阵S相点之间的距离特征Dist作为辐射源指纹特征。
6.一种根据权利要求1至3任一项所述基于差分相空间的鲁棒性非线性指纹特征提取方法，其特征在于：S6中，通过提取矩阵S相点之间的角度特征Angle作为辐射源指纹特征。
7.一种根据权利要求1
8.一种根据权利要求1至3任一项所述基于差分相空间的鲁棒性非线性指纹特征提取方法，其特征在于：S6中，还可以通过测量矩阵S的整体特性来提取辐射源指纹特征。
9.一种根据权利要求8所述基于差分相空间的鲁棒性非线性指纹特征提取方法，其特征在于：通过对矩阵S进行奇异值分解并提取对应的奇异值作为辐射源指纹特征。
10.一种根据权利要求8所述基于差分相空间的鲁棒性非线性指纹特征提取方法，其特征在于：S6中，通过测量矩阵S的整体特性来提取辐射源指纹特征时还可以通过用高斯混合模型对矩阵S进行拟合并将拟合结果作为辐射源指纹特征。
11.一种根据权利要求8所述基于差分相空间的鲁棒性非线性指纹特征提取方法，其特征在于：S6中，通过测量矩阵S的整体特性来提取辐射源指纹特征时还可以通过计算矩阵S对应的信息维数和盒维数作为辐射源指纹特征。
...【技术特征摘要】
1.一种基于差分相空间的鲁棒性非线性指纹特征提取方法，其特征在于，该方法为以下步骤：
2.一种根据权利要求1所述基于差分相空间的鲁棒性非线性指纹特征提取方法，其特征在于：s2.2中，延迟阶数nd设置为1-7。
3.一种根据权利要求1所述基于差分相空间的鲁棒性非线性指纹特征提取方法，其特征在于：s4.1中，采用关联积分算法计算z(n,x)对应的时间延迟参数τ，采用cao方法计算z(n,x)对应的嵌入维数。
4.一种根据权利要求1至3任一项所述基于差分相空间的鲁棒性非线性指纹特征提取方法，其特征在于：s6中，通过提取矩阵s相点之间的排列熵特征pe作为辐射源指纹特征。
5.一种根据权利要求1至3任一项所述基于差分相空间的鲁棒性非线性指纹特征提取方法，其特征在于：s6中，通过提取矩阵s相点之间的距离特征dist作为辐射源指纹特征。
6.一种根据权利要求1至3任一项所述基于差分相空间的鲁棒性非线性指纹特征提取方法，其特征在于：s6中，通过提取矩阵s相点之间的角度特征angle作为辐射源指纹特...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙丽婷，黄知涛，柳征，王翔，王丰华，李保国，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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