彭健航

（合肥電子工程學(xué)院，安徽合肥 230037）

0 引言

傳統(tǒng)的通信信號(hào)偵察往往圍繞通信電臺(tái)傳遞的有效信息的獲取或分析進(jìn)行，即使人們獲得中頻和射頻上可檢測(cè)的物理信息，以便得到信號(hào)的頻率，調(diào)制模式等。然而，通信信號(hào)偵察技術(shù)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中的地位不斷提高，對(duì)那些由于通信發(fā)射機(jī)硬件個(gè)體差異而導(dǎo)致的并表現(xiàn)在發(fā)射信號(hào)中的物理量逐漸被人們關(guān)注。如何通過(guò)提取和分析這些附加調(diào)制在發(fā)射信號(hào)上的不影響信息傳遞、可檢測(cè)、可重現(xiàn)、相對(duì)穩(wěn)定的物理量（細(xì)微特征）來(lái)區(qū)別不同的通信發(fā)射機(jī)硬件個(gè)體[1]，這就是通信輻射源個(gè)體(指紋)識(shí)別。

通信輻射源個(gè)體識(shí)別的過(guò)程如圖1所示[2，23-24]。

圖1 通信輻射源個(gè)體識(shí)別過(guò)程

通信輻射源個(gè)體識(shí)別的本質(zhì)是模式識(shí)別的問(wèn)題，對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行特征提取，完成特征選擇及融合之后送入分類(lèi)器，根據(jù)一定的先驗(yàn)信息完成識(shí)別任務(wù)。在通信輻射源個(gè)體識(shí)別過(guò)程中，特征的選擇和提取是關(guān)鍵，選擇哪些細(xì)微特征作為個(gè)體特征，以及提取特征參數(shù)的方法和提取精度，對(duì)最后的分類(lèi)判決都有重要影響，甚至直接決定識(shí)別性能的好與壞。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，總結(jié)細(xì)微特征的產(chǎn)生機(jī)理、個(gè)體特征的選擇和提取方法以及在實(shí)際工程中應(yīng)用的可行性，探索性地展望未來(lái)通信輻射源個(gè)體識(shí)別的發(fā)展方向。

1 信號(hào)細(xì)微特征的產(chǎn)生機(jī)理及個(gè)體特征的選擇

1.1 信號(hào)細(xì)微特征的產(chǎn)生機(jī)理

細(xì)微特征的來(lái)源有很多方面，主要包括有[3]：

（1）現(xiàn)有數(shù)學(xué)模型對(duì)電磁現(xiàn)象的抽象（特別的對(duì)非線性器件的逼近）與近似與實(shí)際情況不完全相符所造成的偏差；

（2）器件加工過(guò)程中的工藝缺陷造成器件技術(shù)指標(biāo)與標(biāo)稱(chēng)值的偏差；

（3）裝備在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程中的個(gè)體差異；

（4）設(shè)備在使用過(guò)程中老化，器件性能變差等因素的影響；

（5）基帶信號(hào)：基帶信號(hào)中含有信息特征和非信息特征以及由于數(shù)學(xué)模型的偏差/近似、元器件模塊的離散性造成的信息特征和非信息特征的偏離；

（5）射頻信號(hào)：已調(diào)波在載波被調(diào)制和放大發(fā)射的過(guò)程中，會(huì)受到頻率源及發(fā)射機(jī)的非線性和元器件/模塊離散性、穩(wěn)定性的影響而形成偏差和污染。

1.2 個(gè)體特征的選擇

對(duì)于各種各樣的細(xì)微特征，要作為能夠體現(xiàn)輻射源硬件個(gè)體差異的個(gè)體特征，歸納起來(lái)應(yīng)該滿(mǎn)足以下準(zhǔn)則[4]：

（1）特征的普遍性。即用于通信輻射源個(gè)體識(shí)別的信號(hào)特征應(yīng)該對(duì)于任意個(gè)體是普遍存在的，而不是僅僅存在于一部分個(gè)體。

（2）特征的唯一性，即用于區(qū)別個(gè)體的不同輻射源信號(hào)的特征應(yīng)該各不相同。

（3）特征的穩(wěn)定性。特征應(yīng)具有高的穩(wěn)定性，才能使其不因時(shí)間的推移或環(huán)境的變化而發(fā)生顯著改變，從而具有高的置信度。

（4）特征的可檢測(cè)性。即用于個(gè)體識(shí)別的特征應(yīng)能利用當(dāng)前先進(jìn)的技術(shù)手段從有限觀測(cè)數(shù)據(jù)中檢測(cè)出來(lái)，且測(cè)量精度能達(dá)到個(gè)體識(shí)別的要求，不易因污染而改變，這樣才具有實(shí)用意義。

根據(jù)通信信號(hào)的固有表現(xiàn)形式，通信輻射源的個(gè)體特征可分為暫態(tài)特征和穩(wěn)態(tài)特征。

暫態(tài)特征是反映了系統(tǒng)過(guò)渡狀態(tài)（非穩(wěn)定工作狀態(tài)）時(shí)的非線性特性，帶有強(qiáng)烈的個(gè)體色彩。這些過(guò)渡狀態(tài)有的來(lái)自系統(tǒng)本身，如發(fā)射機(jī)開(kāi)機(jī)時(shí)的變化過(guò)程、工作模式的切換過(guò)程，數(shù)字通信設(shè)備中碼字的變換等；有來(lái)自系統(tǒng)外部激勵(lì)，如供電系統(tǒng)的不穩(wěn)定變化。但是通信系統(tǒng)瞬態(tài)持續(xù)時(shí)間都很短，而且其瞬態(tài)出現(xiàn)的時(shí)機(jī)不可預(yù)測(cè)，在通信偵察過(guò)程中難以截獲，而且持續(xù)時(shí)間過(guò)短的信號(hào)也不利于對(duì)其進(jìn)行瞬態(tài)特征的提??；外部激勵(lì)帶來(lái)的暫態(tài)變化本身就具有偶然性，所引起的信號(hào)變化也不是每個(gè)輻射源必然存在的，不具有普遍性。因此利用暫態(tài)特征進(jìn)行通信輻射源個(gè)體識(shí)別難以在實(shí)際工程中應(yīng)用。

穩(wěn)態(tài)特征是系統(tǒng)穩(wěn)定工作狀態(tài)下的特征，表現(xiàn)更為持久與穩(wěn)定，可以作為通信輻射源識(shí)別的個(gè)體特征，也是本文分析的重點(diǎn)。

2 通信輻射源穩(wěn)態(tài)特征分析

處于穩(wěn)定工作狀態(tài)的通信輻射源，即使是相同批次、相同型號(hào)、相同工作方式，都會(huì)在發(fā)射信號(hào)上存有不同程度的差異（穩(wěn)態(tài)特征），主要表現(xiàn)為噪聲特性的輸出差異、雜散特性的輸出差異、載波頻偏的個(gè)體差異和調(diào)制參數(shù)的差異等[5]。

2.1 噪聲特性

內(nèi)部噪聲特性是每個(gè)輻射源固有的特性，由于內(nèi)部器件的千差萬(wàn)別，從統(tǒng)計(jì)意義上看，不同輻射源的噪聲特性都存在細(xì)微差別。內(nèi)部噪聲在電臺(tái)發(fā)射端，部分表現(xiàn)為加性白噪聲；發(fā)射信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)受到環(huán)境影響，在進(jìn)入接收機(jī)后、具體的分析進(jìn)行之前，又會(huì)受到接收機(jī)內(nèi)部噪聲的污染，要想獲得帶有通信輻射源內(nèi)部噪聲特點(diǎn)的細(xì)微特征一般是很困難的。然而，當(dāng)我們對(duì)同一區(qū)域的電臺(tái)進(jìn)行分析時(shí)，可以近似的認(rèn)為：各電臺(tái)信號(hào)經(jīng)過(guò)的路徑基本相同，再假設(shè)對(duì)不同電臺(tái)用同一接收機(jī)進(jìn)行信號(hào)的采集，這時(shí)，噪聲特性的分析可以通過(guò)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行信噪比的估計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

信噪比的估計(jì)一直是無(wú)線通信領(lǐng)域的一個(gè)重要課題，主要可分為基于數(shù)據(jù)輔助的估計(jì)算法（需要先驗(yàn)知識(shí)）和不需要數(shù)據(jù)輔助的估計(jì)算法（不需要先驗(yàn)知識(shí)），其中不需要數(shù)據(jù)輔助的估計(jì)算法更適合在非協(xié)作通信中應(yīng)用。SNR的時(shí)域估計(jì)算法中，不需要任何先驗(yàn)知識(shí)的主要有：基于二階-四階矩的估計(jì)器[6]（M2M4），其不受載頻估計(jì)精度的影響，但主要是針對(duì)恒包絡(luò)和雙邊帶信號(hào)，所以實(shí)際應(yīng)用前，需要了解信號(hào)調(diào)制類(lèi)型，從而使其應(yīng)用受到限制；基于特征值分解和最小二乘法的信噪比估計(jì)算法[7]（LS-EVD）及其改進(jìn)算法，但是其構(gòu)造自相關(guān)矩陣是基于接收信號(hào)為平穩(wěn)信號(hào)的前提條件，而且在低信噪條件下估計(jì)的誤差比較大。

在忽略環(huán)境和接收機(jī)影響的條件下，噪聲的平均功率與電臺(tái)發(fā)射功率大小直接相關(guān)，因此，當(dāng)發(fā)射功率可調(diào)時(shí)，它將不能反映電臺(tái)的個(gè)體特征。但是，在有些場(chǎng)合下，發(fā)射個(gè)體發(fā)射功率在出廠時(shí)已根據(jù)其標(biāo)稱(chēng)功率調(diào)好了，在使用過(guò)程中一般不能或不會(huì)再改變發(fā)射功率，如電視發(fā)射機(jī)或通信電臺(tái)，其發(fā)射功率在相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)保持一定的穩(wěn)定性，這時(shí)，噪聲的平均功率就可以作為識(shí)別電臺(tái)或其他發(fā)射源的一個(gè)依據(jù)了。

2.2 雜散輸出特性

通信輻射源內(nèi)部非線性器件的非線性特性、內(nèi)部噪聲以及本振頻率的不純，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部各級(jí)的不同影響，會(huì)產(chǎn)生一些不需要的雜散成分（包括互調(diào)頻率、諧波頻率，以及一些交叉調(diào)制、寄生調(diào)制等）。這些雜散成分在信號(hào)發(fā)射端會(huì)以多種形式伴隨著有用信號(hào)發(fā)送出去，并在發(fā)射信號(hào)中留下印記。

（1）信號(hào)包絡(luò)高階特征

對(duì)于不同電臺(tái)個(gè)體，由于相位噪聲和電臺(tái)雜散輸出的不同，各電臺(tái)在相同工作模式時(shí)會(huì)附加不同寄生調(diào)制，反映在信號(hào)包絡(luò)必然附帶電臺(tái)個(gè)體特征，因此，這些附加調(diào)制會(huì)使信號(hào)包絡(luò)統(tǒng)計(jì)特性R 特征[8]和J 特征[9]發(fā)生波動(dòng)，不同電臺(tái)的R 特征和J 特征變化有所不同，計(jì)算簡(jiǎn)單，且不需要信號(hào)任何先驗(yàn)信息。但是R 特征的計(jì)算對(duì)加性噪聲比較敏感，而J 特征對(duì)加性噪聲有很好的抑制作用，非常適合用于分析信號(hào)由于附加調(diào)制帶來(lái)的細(xì)微變化，但需要對(duì)噪聲功率進(jìn)行精確估計(jì)。

（2）高階譜特征

通信信號(hào)是周期平穩(wěn)信號(hào)，且通信輻射源的個(gè)體特征更多的表現(xiàn)為不規(guī)則的非平穩(wěn)、非線性、非高斯信號(hào)，僅從時(shí)域、頻域或時(shí)頻域的角度，一般的一階、二階分析方法難以深入揭示其本質(zhì)。高階統(tǒng)計(jì)量，特別是高階累枳量和高階譜，能有效檢測(cè)信號(hào)的幅度信息，并提供信號(hào)的相位信息，抑制高斯噪聲，可以提取隨機(jī)過(guò)程偏離高斯分布的程度，更適用于對(duì)個(gè)體特征的分析。

三階譜被稱(chēng)為雙譜[10-11]，是階數(shù)最低的高階譜，具有時(shí)移不變性、尺度變化性和相位保持性等3個(gè)特點(diǎn)，處理方法簡(jiǎn)單，與其他高階譜相比，它的應(yīng)用相對(duì)較為廣泛，理論和方法也較為成熟。雙譜的直接應(yīng)用將要求計(jì)算復(fù)雜的二維匹配模板，為了克服這一困難，引入積分雙譜的方法實(shí)現(xiàn)將二維的雙譜變換為一維函數(shù)，具體包括徑向積分雙譜、軸向積分雙譜、周向積分雙譜、選擇雙譜及矩形積分雙譜等。

文獻(xiàn)[26]采用相位信息更豐富的三譜來(lái)提取雜散輸出特性，提出了一種全新的類(lèi)似于三譜的分析方法，利用時(shí)頻分析的思想，構(gòu)造了基于短時(shí)Fourier 變換形式的三譜，并利用三譜的對(duì)稱(chēng)性簡(jiǎn)化了計(jì)算復(fù)雜度。

（3）時(shí)頻特征

要捕獲不同電臺(tái)個(gè)體的雜散成分的細(xì)微變化，要求頻域分析能夠盡可能真實(shí)地反映信號(hào)的各種頻率成分，傳統(tǒng)的傅里葉變換由于無(wú)法獲得信號(hào)各頻率分量隨時(shí)間變化的關(guān)系，而且其把握信號(hào)中的細(xì)微變化代價(jià)太大，使其在分析非平穩(wěn)性號(hào)和信號(hào)中的微弱成分時(shí)很不利。由此而發(fā)展起來(lái)很多非平穩(wěn)信號(hào)的分析方法（如短時(shí)傅里葉變換，二次型時(shí)頻分布，小波變換等）從二維聯(lián)合域來(lái)精確描碠輻射源穩(wěn)態(tài)下的細(xì)微差異。文獻(xiàn)[12]提出了基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（Empirical Mode Decomposition，EMD）算法的HHT時(shí)頻分析方法，其后驗(yàn)性、自適應(yīng)的特點(diǎn)分析輻射源雜散輸出在頻域上的細(xì)微表現(xiàn)十分有利。

（4）分形特征

從時(shí)頻域提取的特征對(duì)噪聲變化較敏感，在信噪比（SNR）未知的情況下，分類(lèi)識(shí)別能力很難得到改善，從信號(hào)波形中提取反映其幾何分布特性的分形維數(shù)[13]能夠克服這個(gè)缺點(diǎn)，深入刻畫(huà)雜散調(diào)制對(duì)信號(hào)幅度、頻率和相位的影響，使分類(lèi)能力大大提高。盒維數(shù)反映了分形集的幾何尺度情況，度量信號(hào)的不規(guī)則量度；信息維數(shù)能夠反映分形集在分布上的信息，度量信號(hào)在區(qū)域內(nèi)分布的疏密情況，兩者都是信號(hào)分類(lèi)識(shí)別的有效特征[14]。

2.3 頻率源特征

對(duì)于不同的發(fā)射源，即使是相同型號(hào)同批次的不同個(gè)體，由于本振不同，這種頻率源的頻率或相位的隨機(jī)起伏也是不同的，因而頻率源的這種頻率或相拉的隨機(jī)起伏可以作為輻射源的個(gè)體特征之一。受頻率源影響很大的有兩個(gè)參數(shù)，分別是載頻的頻率穩(wěn)定度和碼元速率。

（1）頻率穩(wěn)定度

受頻率源不穩(wěn)定的影響，實(shí)際的載頻不會(huì)完全精確地等于其標(biāo)稱(chēng)頻率值，總是存在或大或小的偏差，因此只要對(duì)信號(hào)載頻作足夠精確的測(cè)量，根據(jù)頻率偏差的統(tǒng)計(jì)特性，就可以區(qū)別不同輻射源發(fā)射的信號(hào)。而對(duì)信號(hào)的載波頻率估計(jì)一直是通信領(lǐng)域的重要課題，方法很多，如周期圖法、最大熵法、ARAM模型法、最大似然法、子空間分析法、過(guò)零點(diǎn)法、短時(shí)Fourier 法、時(shí)變?yōu)V法器法、線性回歸法、Music 法、Esprit 法、Kay 法、Prony法，以及現(xiàn)代譜估計(jì)理論中的各種方法等。一般而言，輻射源本振的頻率穩(wěn)定度是很高的，同型號(hào)同批次的個(gè)體之間的差別非常小，加之信號(hào)傳輸過(guò)程中的噪聲污染以及接收機(jī)本身頻率穩(wěn)定度的影響，頻率估計(jì)精度和效率難以統(tǒng)一。文獻(xiàn)[15]通過(guò)對(duì)通信信號(hào)進(jìn)行合理抽取，將頻率波動(dòng)信息轉(zhuǎn)換到卷積偽調(diào)制的包絡(luò)信息中，而包絡(luò)特征易于提取，從而巧妙地回避了直接計(jì)算頻率波動(dòng)難以滿(mǎn)足精度的難題，但該方法對(duì)信號(hào)的信噪比要求較高，當(dāng)信號(hào)較弱時(shí)，信號(hào)自身包絡(luò)畸變較大，會(huì)對(duì)偽包絡(luò)特征中包含頻率變化的特征造成很大影響。

（2）碼元速率

碼元速率是數(shù)字通信電臺(tái)中受頻率源影響的另一個(gè)重要參數(shù)，通過(guò)分析碼元速率，同樣可獲得頻率源穩(wěn)定度差異的線索。常用的碼元速率估計(jì)方法有：延遲相乘法、高階譜法、時(shí)頻分析法、周期相關(guān)法，基于Bernoulli 隨機(jī)過(guò)程的參數(shù)估計(jì)方法，以及基于小波變換的估計(jì)方法，這些方法均是在變換域內(nèi)檢測(cè)瞬時(shí)跳變點(diǎn)來(lái)估計(jì)碼元速率，不同的方法應(yīng)用的條件和環(huán)境不同。延遲相乘的方法將碼元速率估計(jì)問(wèn)題建立在發(fā)射機(jī)成形濾波器為理想的矩形濾波器的前提下，但是這一假設(shè)很難滿(mǎn)足；高階譜法通?；谘舆t相乘后的輸出進(jìn)行討論，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于碼元速率未知，很難確定最佳延遲值；周期相關(guān)法能夠處理經(jīng)過(guò)脈沖成形濾波器的場(chǎng)合，但該方法面臨著在每個(gè)DFT 頻率搜索范圍內(nèi)的逆矩陣計(jì)算問(wèn)題，再加上周期相關(guān)本身計(jì)算復(fù)雜，使整個(gè)算法的運(yùn)算量和計(jì)算資源占用成為一個(gè)不可忽略的問(wèn)題；小波變換雖然對(duì)瞬變信號(hào)有很好的檢測(cè)能力，可以精確描述數(shù)字信號(hào)的變化時(shí)刻，但是當(dāng)碼元之間無(wú)幅度或相位突變時(shí)，小波變換的幅度變化不大，無(wú)法檢測(cè)出瞬時(shí)跳變點(diǎn)。文獻(xiàn)[16]提出一種基于STFT時(shí)頻能量分布和小波分析的碼速率估計(jì)方法，通過(guò)對(duì)調(diào)制信號(hào)的時(shí)頻能量分布，即數(shù)字基帶信息進(jìn)行小波分析，既利用了數(shù)字基帶碼元的節(jié)拍信息，也利用了小波變換優(yōu)良的信號(hào)奇異點(diǎn)檢測(cè)能力，可以在非協(xié)作通信條件下對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行精確的碼速率估計(jì)，而且可以推廣到對(duì)其他基本數(shù)字調(diào)制信號(hào)進(jìn)行碼速率估計(jì)。

2.4 調(diào)制參數(shù)

通信信號(hào)都是經(jīng)過(guò)調(diào)制的。不同通信電臺(tái)（即使型號(hào)相同），由于采用的器件的差異，導(dǎo)致調(diào)制參數(shù)必然隨個(gè)體的不同而存在偏差，理論上只要參數(shù)估計(jì)的精度足夠高，就可以區(qū)分不同的輻射源個(gè)體。對(duì)AM 信號(hào)的調(diào)幅指數(shù)的估計(jì)主要采用基于瞬時(shí)幅度的統(tǒng)計(jì)方法，獲得幅度最大值和最小值的估計(jì)值[17]；也有從頻域上來(lái)統(tǒng)計(jì)調(diào)幅指數(shù)的方法[18]。FM 信號(hào)的調(diào)頻指數(shù)可以利用信號(hào)頻率估計(jì)的諸多算法首先求得FM 信號(hào)的瞬時(shí)頻率，然后同樣基于統(tǒng)計(jì)特性來(lái)計(jì)算。但是，在非協(xié)作條件下，調(diào)制類(lèi)型未知和調(diào)制參數(shù)的估計(jì)給調(diào)制參數(shù)個(gè)體差異的測(cè)量加深了難度，而且調(diào)制參數(shù)受隨機(jī)調(diào)制信息影響嚴(yán)重，所以利于調(diào)制參數(shù)的差異進(jìn)行電臺(tái)識(shí)別還有待進(jìn)一步研究。

此外，對(duì)輻射源振蕩器和系統(tǒng)功放建模分析也可以分析信號(hào)的穩(wěn)態(tài)特征。

總之，輻射源個(gè)體穩(wěn)態(tài)特征涵蓋的內(nèi)容相當(dāng)廣泛，但是相對(duì)于暫態(tài)特征提取，穩(wěn)態(tài)特征的表現(xiàn)形式多樣且更加的微小，因而提取難度比較大，仍然需要更深入的研究工作。

3 實(shí)際工程中應(yīng)用的可行性

實(shí)際工程應(yīng)用中，通信輻射源的個(gè)體特征的獲取會(huì)面臨種種困難，會(huì)受到眾多因素的影響，使對(duì)信號(hào)個(gè)體特征的提取問(wèn)題變得錯(cuò)綜復(fù)雜[19]?？梢赃@么說(shuō)，通信信號(hào)從離開(kāi)輻射源起，就開(kāi)始受到這樣那樣因素的影響，因而表征信號(hào)輻射源個(gè)體的個(gè)體特征難免會(huì)受到污染，甚至被淹沒(méi)。

（1）設(shè)備運(yùn)行環(huán)境變化造成的特性差異

輻射源內(nèi)部各種器件在不同的空氣濕度、溫度情況下特性會(huì)有細(xì)微變化，由此造成不同的工作環(huán)境、一年中不同的季節(jié)其個(gè)體特征也會(huì)發(fā)生改變；供電源的細(xì)微變化經(jīng)過(guò)非線性器件后被放大，也會(huì)對(duì)特征參數(shù)造成污染。

（2）信號(hào)傳播途徑的影響：大氣衰落、多徑、平臺(tái)位移、色散、天電等因素的影響，會(huì)對(duì)特征參數(shù)造成污染。

在信號(hào)的傳輸過(guò)程中，由于大氣噪聲（含天電干擾）、工業(yè)污染（例如：汽車(chē)、電力設(shè)備）、非惡意串?dāng)_（廣播、電視、通信）、惡意攻擊、平臺(tái)位移（產(chǎn)生多普勒效應(yīng)）、多徑等背景環(huán)境條件的不同使正常的裝備表現(xiàn)出不同的技術(shù)性能。當(dāng)受外界環(huán)境污染的個(gè)體特征到達(dá)接收機(jī)時(shí)，通過(guò)接收機(jī)模塊本身的非線性處理，外界環(huán)境條件將改變個(gè)體特征。特別是當(dāng)個(gè)體特征本身就是微小量的時(shí)候，信號(hào)背影環(huán)境條件將湮沒(méi)這些特征量。

（3）接收機(jī)的影響：接收機(jī)中的信道帶寬、平坦度、準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度、非線性、動(dòng)態(tài)范圍，色散延遲、數(shù)字量化等因素會(huì)對(duì)個(gè)體特征造成新的污染。

因此在實(shí)際工程應(yīng)用當(dāng)中，各種個(gè)體特征參數(shù)提取所花費(fèi)的代價(jià)、用于分類(lèi)識(shí)別的效果都是各不相同的，其所適合應(yīng)用的場(chǎng)合也各不相同。表1給出了常用個(gè)體特征參數(shù)測(cè)量的條件其及實(shí)際工程應(yīng)用的局限性[20]。

表1 細(xì)微特征參數(shù)的測(cè)量條件及應(yīng)用的局限性

4 存在問(wèn)題和發(fā)展方向

對(duì)于輻射源個(gè)體識(shí)別的研究早期主要是針對(duì)雷達(dá)輻射源，雷達(dá)信號(hào)相對(duì)簡(jiǎn)單，其工作方式利于暫態(tài)特征的提取，而通信信號(hào)遠(yuǎn)比雷達(dá)信號(hào)復(fù)雜，通信輻射源個(gè)體特征的研究處于一個(gè)起步階段，更多的實(shí)際條件下的識(shí)別工作仍然需要進(jìn)一步的研究和驗(yàn)證。對(duì)通信輻射源個(gè)體特征的研究主要存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題[3]：

（1）個(gè)體特征的產(chǎn)生機(jī)理建模問(wèn)題

個(gè)體特征的選取是輻射源個(gè)體識(shí)別最核心的問(wèn)題，而個(gè)體特征產(chǎn)生的機(jī)理能為個(gè)體特征的選擇提供依據(jù)。實(shí)際上，通信系統(tǒng)中很多無(wú)意識(shí)調(diào)制現(xiàn)象在經(jīng)典文獻(xiàn)中都有提及，張伯涵、王振耀和Skolnik.M 等人的著作中，對(duì)磁控管、功放和頻率源的某些寄生特性都有過(guò)非常形象的描述，張國(guó)柱[21]在此基礎(chǔ)對(duì)放大鏈的噪聲特性作了分析。但由于通信工程領(lǐng)域主要是從器件的噪聲特性、譜特性等對(duì)通信系統(tǒng)自身的影響來(lái)看待問(wèn)題，很多描述是定性的、經(jīng)驗(yàn)性的，而且并不完整，難以直接應(yīng)用到輻射源個(gè)體識(shí)別中。

系統(tǒng)穩(wěn)定工作狀態(tài)下，輻射源個(gè)體內(nèi)部差異是以“合力”的形式表現(xiàn)在信號(hào)上，很難以數(shù)學(xué)方法對(duì)所有內(nèi)部設(shè)備差異在信號(hào)上的影響進(jìn)行建模。由于缺乏理論模型，目前輻射源個(gè)體識(shí)別研究文獻(xiàn)多數(shù)只能依據(jù)定性結(jié)論選擇特征，然后用分類(lèi)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證特征的有效性。實(shí)際上，相關(guān)文獻(xiàn)在選取特征時(shí)多數(shù)只是利用了指紋機(jī)理中的現(xiàn)象，而非機(jī)理的本質(zhì)，因而使得特征提取的方法很容易隨有意調(diào)制及調(diào)制信息的改變而改變，獨(dú)立性較差，因而選取的細(xì)微特征應(yīng)用范圍有限。

因此，對(duì)個(gè)體特征的機(jī)理建模問(wèn)題是個(gè)急待解決的問(wèn)題，探索個(gè)體特征更深層次的、本質(zhì)性的機(jī)理和根源，以輻射源內(nèi)部不同硬件電路作為出發(fā)點(diǎn)，研究電路的電特性和系統(tǒng)特性，建立具有普遍意義的、反映發(fā)射機(jī)物理本質(zhì)的輻射源系統(tǒng)模型，對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、指標(biāo)的確定和識(shí)別結(jié)果可信度的衡量等都具有重要意義。

（2）個(gè)體特征的穩(wěn)定性問(wèn)題

穩(wěn)定性是指特征本身穩(wěn)定，不易因溫度、濕度、振動(dòng)等環(huán)境變化而發(fā)生顯著變化。穩(wěn)定性要求分短期的或者長(zhǎng)期的，對(duì)個(gè)體識(shí)別而言，一般要求盡可能的選擇具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性的特征。

國(guó)防科大對(duì)脈沖體制輻射源實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分類(lèi)實(shí)驗(yàn)表明，在3天的時(shí)間內(nèi)，瞬時(shí)頻率曲線特征雖然有效，但并不是嚴(yán)格穩(wěn)定的，會(huì)出現(xiàn)特征的漂移而導(dǎo)致分類(lèi)性能的下降[22]。輻射源個(gè)體識(shí)別領(lǐng)域?qū)Υ祟?lèi)問(wèn)題關(guān)注得很少。

（3）個(gè)體特征的可測(cè)性問(wèn)題

“可測(cè)性”是指該特征是可測(cè)量得到的，并且精度能達(dá)到個(gè)體分類(lèi)的要求。目前提出的特征多數(shù)將“可測(cè)量”作為首要條件，但“可測(cè)量”不同于“可測(cè)性”，有些量能測(cè)但達(dá)不到所要求的精度時(shí)也很難奏效。工程可測(cè)性也屬于“可測(cè)性”條件，如果理論上特征都是可行的，而工程無(wú)法實(shí)現(xiàn)，個(gè)體特征的價(jià)值也將被打折扣。在個(gè)體識(shí)別應(yīng)用中，目標(biāo)輻射源發(fā)射的信號(hào)只能進(jìn)行遠(yuǎn)距離偵收，多徑以及接收機(jī)的靈敏度、線性度、動(dòng)態(tài)范圍等因素都會(huì)影響上升沿、下降沿等特征的可測(cè)性。

目前，偵察接收機(jī)的頻率穩(wěn)定度、大動(dòng)態(tài)范圍、高線性度、高位采樣及高采樣率被認(rèn)為是指紋偵察的必要條件，由于器件工藝等基礎(chǔ)技術(shù)水平的限制，上述條件在工程中很難得到滿(mǎn)足，因此使得輻射源個(gè)體識(shí)別的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用受到很大限制。“有沒(méi)有不需要上述條件的輻射源個(gè)體識(shí)別接收機(jī)”成為國(guó)內(nèi)電子戰(zhàn)領(lǐng)域熱切關(guān)心的問(wèn)題。

此外，多特征參量的聯(lián)合檢測(cè)將是提高個(gè)體識(shí)別系統(tǒng)可靠性和識(shí)別率的關(guān)鍵因素。就目前的技術(shù)條件，單獨(dú)一種特征參量的測(cè)量很難同時(shí)滿(mǎn)足普遍性、唯一性、可檢測(cè)性和穩(wěn)定性的要求，而將多個(gè)特征參量結(jié)合起來(lái)進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)則是一個(gè)簡(jiǎn)單易行的解決方案。

5 總結(jié)

本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外輻射源個(gè)體識(shí)別的研究方向所做的工作，針對(duì)通信輻射源個(gè)體特征的選擇和提取的方法進(jìn)行了總結(jié)分類(lèi)，分析了細(xì)微特征來(lái)源及傳播過(guò)程中所受到的污染，對(duì)工程應(yīng)用可行性進(jìn)行了分析，并為輻射源個(gè)體識(shí)別設(shè)備的設(shè)計(jì)提出了框架結(jié)構(gòu)和要求。最后，結(jié)合通信輻射源個(gè)體識(shí)別中存在的局限性和問(wèn)題，指出了未來(lái)可能的研究方向。

輻射源個(gè)體識(shí)別本身就是信號(hào)處理（特別是微小信號(hào)的處理）和模式識(shí)別領(lǐng)域中富有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，具有很大的開(kāi)放性。隨著信號(hào)處理新方法和器件工藝新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，在科研工作者的不斷努力下，相信通信輻射源個(gè)體識(shí)別技術(shù)一定能有更大的發(fā)展。

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