[发明专利]一种基于瞬态-稳态的部分叠加射频指纹方法

说明书

本发明公开了一种基于瞬态‑稳态的部分叠加射频指纹方法，对采集的信号进行能量归一化，频偏、相偏估计与补偿预处理；然后将预处理后的信号分成瞬态信号部分和稳态信号部分，将稳态信号进行相同符号叠加，提高信噪比；然后和瞬态信号进行拼接，对拼接后的信号进行射频指纹提取和识别，提高设备在低信噪比场景下的识别性能。本发明有效结合瞬态信号和稳态信号射频指纹在不同信噪比下的识别优势，从而在低信噪比时极大地提高设备识别性能，而在高信噪比时也能略微提升性能。

技术领域

本发明涉及信息安全领域，尤其涉及一种基于瞬态-稳态的部分叠加射频指纹方法。

背景技术

随着智能硬件技术的兴起，物联网(IoT)的发展呈现出指数级增长态势，万物互联已成为技术发展和产业应用的必然趋势。于此同时，随着第五代移动通信技术(5G)的正式商用，超高速的数据传输、超宽的无线覆盖以及超低的数据时延将促进物联网在智慧城市、智能家居、智能交通、工业互联网、智慧电网、智慧医疗等领域进一步普及和拓展，全面推动蜂窝物联网终端规模化部署和应用。伴随着连接数急剧增多、接入速率飞速提升，未来海量的敏感机密数据将在无线信道上传输。一旦遭到非法攻击者的恶意入侵，导致这些信息泄露，将给用户带来直接的财产损失或人身伤害。因此，未来的无线网络应该具有很强的安全性和保密性。

近年来，基于射频指纹的设备识别和认证技术得到了广泛的关注。射频指纹是无线设备在生产制造过程中由于硬件容差和工艺技术导致的设备的本质特征，其具有唯一性和难以克隆的特性，可以有效抵御设备仿冒、篡改等攻击，可以用来进行物联网设备的身份识别和认证。

现有的射频指纹技术根据其提取特征的目标信号区间通常可以分成瞬态射频指纹技术和稳态射频指纹技术。然而，现有的这些方法在低信噪比(小于10dB)下的性能很差，文献“On Radio Frequency Fingerprint Identification for DSSS Systems in LowSNR Scenarios”提出在多帧的场景下可以通过叠加相同的训练序列提高信噪比，但单帧场景下如何提高识别率还有待研究。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种基于瞬态-稳态的部分叠加射频指纹方法，实现对实际应用中无线设备的识别和认证。本发明首先对采集的信号进行能量归一化，频偏、相偏估计与补偿等预处理，然后将预处理后的信号分成瞬态信号部分和稳态信号部分，将稳态信号进行相同符号叠加，提高信噪比，然后和瞬态信号进行拼接，对拼接后的信号进行射频指纹提取和识别，提高设备在低信噪比场景下的识别性能。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于瞬态-稳态的部分叠加射频指纹方法，其特征在于：对采集的信号进行能量归一化，频偏、相偏估计与补偿预处理；然后将预处理后的信号分成瞬态信号部分和稳态信号部分，将稳态信号进行相同符号叠加，提高信噪比；然后和瞬态信号进行拼接，对拼接后的信号进行射频指纹提取和识别，提高设备在低信噪比场景下的识别性能；包括以下步骤：

(1)采集在高信噪比实验环境下无线设备的输出信号；

(2)对采集到的信号加入不同的高斯白噪声进行仿真，获取不同信噪比下的无线信号，并进行预处理；

(3)对预处理后的信号，将其分成瞬态信号段和稳态信号段，将稳态信号段中相同符号进行信号叠加，然后和瞬态信号进行拼接；

(4)将所有信噪比下拼接后的信号按一定比例随机划分成训练集、验证集和测试集；

(5)在训练集和验证集上，根据提取的射频指纹特征训练分类器；

(6)针对实际接收的无线设备输出信号，进行步骤(2)中的预处理和步骤(3)中的部分叠加和拼接，然后提取射频指纹特征，并用训练好的分类器进行无线设备的分类识别。