[发明专利]一种基于差分等势星球图的射频信号基因特征提取方法

说明书

本发明公开了一种基于差分等势星球图的射频信号基因特征提取方法，包括：S01：采集待识别的通信辐射源个体的射频基带信号；S02：将射频基带信号的进行差分和归一化处理得到差分星座图；S03：根据差分星座图中点密度分布情况，对不同密度区域进行颜色区分，得到差分等势星球图；S04：利用预先训练好的神经网络对等势星球图进行识别，得到基于差分等势星球图特征的通信辐射源个体识别结果。本发明的实质性效果包括：通过神经网络对差分等势星球图进行特征提取和识别，使得通信辐射源个体识别成功率较高，在使用相同的深度卷积神经网络模型架构下，相较于传统的基于星座图的统计图域方法，可在计算效率不降低的前提下一定程度上提高识别准确率。

技术领域

本发明涉及信号特征提取领域，特别涉及一种基于差分等势星球图的射频信号基因特征提取方法。

背景技术

随着无线通信网络带来的信息安全问题不断涌现，尤其是用户身份假冒、重放攻击和设备克隆等问题。近年来各国发生的攻击事件(如通过智能数据攻击导致电网发生切负荷、线路过载断线、连锁故障等)也逐步将电网在信息安全方面存在的各种隐患暴露出来。如何准确地识别和认证物联对象是电力物联网面临的首要问题，也是电力物联网应用的基础。

传统的认证机制是在应用层实现的，利用密码算法生成第三方难以仿冒的数值结果，但这种机制存在着协议安全漏洞和密钥泄露的风险。电力物联网非法接入设备的数据攻击将对整个网络造成严重的干扰与威胁，仅依靠传统的应用层密码认证方法难以保证通信系统的安全，因此设计有效的物理层认证系统具有重要意义。星球图可以表示出调制信号在特定基向量下投影出的向量端点(符号点)，可以表达信号在某一时刻相对载波的幅度、相位两种基本信息，其在两坐标轴的投影即为当前时刻的两路基带信号。数字调制信号的符号点数量是有限的，将所有符号点都表示在同一矢量图中，即构成星座图。但是，星座图由于其为二值图，在低信噪比下，统计特征会被噪声淹没，因此无法直接用于物理层认证。

发明内容

针对现有技术缺乏有效的物理层认证手段的问题，本发明提供了一种基于差分等势星球图的射频信号基因特征提取方法，通过转化差分等势星球图，再利用神经网络进行识别的方式进行特征提取，可以有效实现物理层的通信辐射源个体识别，具有较高的识别准确率。

以下是本发明的技术方案。

一种基于差分等势星球图的射频信号基因特征提取方法，包括以下步骤：

S01：采集待识别的通信辐射源个体的射频基带信号；

S02：将射频基带信号的进行差分和归一化处理得到差分星座图；

S03：根据差分星座图中点密度分布情况，对不同密度区域进行颜色区分，得到差分等势星球图；

S04：利用预先训练好的神经网络对等势星球图进行识别，得到基于差分等势星球图特征的通信辐射源个体识别结果。

作为优选，步骤S02的过程包括：

对于射频基带信号其中t为采样点位置，x(t)为发射机基带信号，f_t为发射机载波频率；

差分处理表示为：

其中：d(t)为差分处理后的信号，y^*为y的共轭值；n为1；e^-j2πθn为相位旋转因子；r(t)为接收机接收到的信号且r(t)＝s(t)，f_r为接收机载波频率，为接收机接收信号时的相位误差。

作为优选，步骤S01的过程包括：利用频谱仪以预先设定的采样频率和采样时间，分别对待识别的通信辐射源个体的射频基带信号进行采集。

作为优选，步骤S01中，还包括对采集到的射频基带信号进行数据扩充步骤：通过方差轨迹变点检测算法过滤出信号噪声段的有效数据传输段，再对有效数据传输段进行切片处理，得到切片后的若干射频基带信号。