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基于高阶累积量的射频指纹识别技术研究

基于高阶累积量的射频指纹识别技术研究

作者：张书源西安理工大学

学位级别：硕士

随着通信技术的日益成熟,无线通信已经不可或缺。然而,由于无线网络的开放性,其安全问题不容忽视,因此身份认证和识别的问题备受关注。由于硬件电路设计和电子元器件的容差效应,同一批次发射机发送的射频信号之间存在一定差异,导致信号... 详细信息

随着通信技术的日益成熟,无线通信已经不可或缺。然而,由于无线网络的开放性,其安全问题不容忽视,因此身份认证和识别的问题备受关注。由于硬件电路设计和电子元器件的容差效应,同一批次发射机发送的射频信号之间存在一定差异,导致信号具有独特特性。因此,可以利用射频指纹技术实现无线通信设备的身份认证。本文主要研究基于高阶累积量的射频指纹识别技术,并展开以下具体工作:第一,对射频指纹进行建模与仿真。射频指纹的产生机理直接决定指纹的来源与构成,是后续研究的基础。根据通信系统组成分析了发射机各部分对指纹的影响并进行统一建模。归纳了通信标准协议中多个重要参数容差,具体分析推导LTE通信协议下QPSK调制方式的直流偏置、正交频偏和功放非线性等六种临界情况的星座图影响。根据均方根误差向量幅度容差理论推导了各种情况下极端参数的取值,为后续指纹选择提供参考。第二,根据高阶累积量可深入分析稳定信号斜度和峭度的特点,结合其抗干扰特性,提出基于高阶累积量的射频指纹识别算法。具体采用间接法进行双谱估计并使用次对角线积分进行特征提取作为射频指纹识别技术的路径。根据本文设计的射频指纹模型,生成8种不同类型的射频指纹并进行分类仿真。结果表明,信噪比大于10dB时,分类识别准确率可达到95%。同时将双谱和三谱进行了对比,在可选择条件下,本文更建议使用双谱的方法对信号进行分类识别。进一步对不同通信协议下的QPSK信号进行了仿真分析,结果显示误差矢量幅度(EVM,Error Vector Magnitude)越大,识别准确率越高。当信噪比大于12dB时,所有协议的准确率均高于98%。其中蓝牙协议的分类效果最佳,信噪比为0dB时,分类识别准确率可达95%。第三,搭建Wi-Fi无线通信实验平台,对所提出的算法进行实测性能验证。以分类识别准确率和算法复杂度为评价指标,对谱估计方式和积分路径进行对比实验,表明所提算法具有良好性能。设计设备叠加场景并进行仿真分析,最差情况4个设备叠加时,准确率为96%,表明所提算法具有鲁棒性。最后对三谱作对数处理,当底数接近自然对数e时,分类识别准确率可以达到95%。

关键词：高阶累积量射频指纹特征提取双谱星座图

基于高阶累积量的变压器多局放源定位算法研究

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变压器 2024年第5期61卷 58-64页

作者：刘振宇罗日成俞乾华园园聂颖周圣杰长沙理工大学电气与信息工程学院湖南长沙410004 国网湖南省综合能源公司湖南长沙410004

变压器内部局部放电源的定位是电气设备绝缘领域所面临的技术难题。本文中作者研究了一种用于检测电力变压器局部放电的L字型超声阵列,传感器由7阵元L字形超声波传感器构成。通过高阶累积量的孔径扩展特性对L字型阵列进行虚拟扩展,使扩... 详细信息

变压器内部局部放电源的定位是电气设备绝缘领域所面临的技术难题。本文中作者研究了一种用于检测电力变压器局部放电的L字型超声阵列,传感器由7阵元L字形超声波传感器构成。通过高阶累积量的孔径扩展特性对L字型阵列进行虚拟扩展,使扩展后的阵列具有16阵元平面阵列的估计性能,提升了阵列的估计范围,降低了电路的复杂度,减少了硬件成本。通过试验验证了该算法具有与经典MUSIC算法4×4平面阵列DOA效果相当的估计效果,并在高斯色噪声的背景下对比了MUSIC-LIKE算法与MUSIC算法的估计效果,结果显示MUSIC-LIKE算法在相同条件下具有更好的估计精度,能够较好的抑制高斯色噪声干扰,更符合实际工程情况的应用。

关键词：电力变压器局部放电高阶累积量虚拟阵列

基于高阶累积量的不规则阵列内插变换波达方向估计算法

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广州航海学院学报 2024年第1期32卷 55-61页

作者：徐朋豪杨文超王友乾熊抒豪中国人民解放军91007部队上海200136

对传感器阵列信号波达方向(DOA,direction of arrival)估计算法研究多集中在均匀线阵、圆阵等规则阵型阵列,但在水下传感网络等应用环境中阵元分布具有一定随机性,阵列呈现不规则特点.论文利用虚拟阵元思想,通过对不规则阵列的虚拟内插... 详细信息

对传感器阵列信号波达方向(DOA,direction of arrival)估计算法研究多集中在均匀线阵、圆阵等规则阵型阵列,但在水下传感网络等应用环境中阵元分布具有一定随机性,阵列呈现不规则特点.论文利用虚拟阵元思想,通过对不规则阵列的虚拟内插,在逻辑上构建多个具有相同配置参数的子阵列;对多个结构相同的子阵,利用空间平滑技术进行相关目标方位估计;为消除内插引入的非高斯有色噪声影响,引入信号高阶累积量,用累积量矩阵代替协方差矩阵,保证算法精确高效.通过计算机仿真,首先对比了不同信噪比和快拍数条件下提出的算法与传统算法性能,其次研究了构建子阵时角度间隔的取值对估计结果的影响,最后定量分析了特定信噪比和快拍数下新算法DOA估计的平均偏差和标准差,结果显示,新算法能有效提高估计精度.

关键词：不规则阵列内插变换高阶累积量 DOA估计

NOMA系统下基于高阶累积量的叠加信号调制识别

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移动通信 2024年第7期48卷 116-121页

作者：段婷玮北京跟踪与通信技术研究所(BITTT)

为解决非正交多址系统中的信号调制识别问题，利用高阶累积量的特性，提出了一种基于高阶累积量的调制识别算法，主要包含特征提取、概率密度函数构建和信号分类三个模块。仿真结果表明，与已有算法相比，所提出的基于高阶累积量的调制... 详细信息

为解决非正交多址系统中的信号调制识别问题，利用高阶累积量的特性，提出了一种基于高阶累积量的调制识别算法，主要包含特征提取、概率密度函数构建和信号分类三个模块。仿真结果表明，与已有算法相比，所提出的基于高阶累积量的调制识别算法，在中低信噪比下可有效改善系统的识别性能。最后，利用浮点数计算了所提出算法的复杂度，结果表明该算法相较传统的最大似然检测算法复杂度大大降低，证明了该算法的有效性。

关键词：调制识别 NOMA系统叠加信号高阶累积量

利用高阶累积量相关性的地震波传感器阵列目标检测方法

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宜宾学院学报 2024年第6期24卷 38-45页

作者：徐朋豪占群峰熊抒豪刘小梅中国人民解放军91007部队上海200136

针对传统决策级判决检测方法虚警率高、信息浪费的问题,提出一种远场环境下可有效消除噪声影响的基于高阶累积量矩阵相关性目标检测方法:通过在传感器节点端设定一个发送数据的触发门限,预先对参与融合检测的传感器节点个数进行约束,融... 详细信息

针对传统决策级判决检测方法虚警率高、信息浪费的问题,提出一种远场环境下可有效消除噪声影响的基于高阶累积量矩阵相关性目标检测方法:通过在传感器节点端设定一个发送数据的触发门限,预先对参与融合检测的传感器节点个数进行约束,融合中心在收到节点发送的数据后,计算信号的四阶累积量构建累积量矩阵,并构建相关性统计量作为融合检测的判决统计量;利用临近节点信号累积量矩阵列向量之间的相关性,结合判决统计量得到在恒虚警概率下的检测门限,判断目标是否存在,实现对目标的融合检测.仿真发现其在不同噪声环境下能有效检测出目标,且检测性能优于现有检测方法.

关键词：高阶累积量相关性融合检测传感器阵列

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基于谱线-高阶累积量的调制识别研究与实现

自动化应用 2024年第2期65卷 51-55页

作者：张朝晖孙臻烨张欢中国电子科技集团公司第三十六研究所浙江嘉兴314000 浙江大学生物医学工程与仪器科学学院浙江杭州310028 杭州电子科技大学通信工程学院浙江杭州310018

已发表的调制识别算法大多基于单一特征参数,识别种类较少,且往往很难在实际系统中布署。提出了一种基于谱线-高阶累积量的数字调制识别算法,该算法利用载波频率估计、符号速率估计、定时恢复、噪声功率估计等前处理手段,结合信号功率... 详细信息

已发表的调制识别算法大多基于单一特征参数,识别种类较少,且往往很难在实际系统中布署。提出了一种基于谱线-高阶累积量的数字调制识别算法,该算法利用载波频率估计、符号速率估计、定时恢复、噪声功率估计等前处理手段,结合信号功率谱、二次方谱、四次方谱中的离散谱线和四阶归一化高阶累积量,可识别2ASK、4ASK、8ASK、2FSK、4FSK、8FSK、BPSK、QPSK、8PSK、OQPSK、MSK、16QAM、32QAM、64QAM、128QAM、256QAM 16种数字调制信号。基于该算法,设计并实现了一种数字调制识别处理系统,可实时识别上述16种调制信号。结果表明,该实时系统对大部分调制信号的识别准确率可达到99%以上,对8PSK、32QAM、128QAM等调制信号的识别准确率可达到94%以上。

关键词：调制识别谱线高阶累积量实时系统

基于高阶累积量和BP神经网络的数字调制识别

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舰船电子工程 2024年第1期44卷 60-62页

作者：陈震峰吴明孙卫华中国船舶集团有限公司第七二二研究所武汉430205

针对非合作通信下低信噪比数字调制识别率低的问题,论文提出了一种基于高阶累积量和BP神经网络的调制识别方法。此方法借助二、四、六、八阶累积量构造出T1、T2两种特征值,这两种特征值可以在较低的信噪比下有效地识别2ASK、4ASK、2FSK... 详细信息

针对非合作通信下低信噪比数字调制识别率低的问题,论文提出了一种基于高阶累积量和BP神经网络的调制识别方法。此方法借助二、四、六、八阶累积量构造出T1、T2两种特征值,这两种特征值可以在较低的信噪比下有效地识别2ASK、4ASK、2FSK、4FSK、2PSK、4PSK六种数字调制信号。经过Matlab仿真实验可以得出,当信噪比大于等于-3dB时,六种信号的识别率都可达到100%。

关键词：调制识别高阶累积量神经网络

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水声信号稀疏重构的高阶累积量波达方向估计

声学学报 2022年第4期47卷 440-450页

作者：邢传玺万志良姜思源虞蕊萌云南民族大学电气信息工程学院昆明650500

高阶累积量具有高斯噪声抑制和阵元扩展特性,将高阶累积量引入水声信号的方位估计中,提出了离格稀疏贝叶斯学习重构的高阶累积量测向算法。该方法利用高阶累积量对高斯噪声的自然盲性,计算阵列信号四阶累积量来滤除高斯噪声,使阵元在原... 详细信息

高阶累积量具有高斯噪声抑制和阵元扩展特性,将高阶累积量引入水声信号的方位估计中,提出了离格稀疏贝叶斯学习重构的高阶累积量测向算法。该方法利用高阶累积量对高斯噪声的自然盲性,计算阵列信号四阶累积量来滤除高斯噪声,使阵元在原来的结构上扩展了一倍;并构造出选择矩阵剔除了四阶累积量中的冗余项,能再一次的扩展阵元,得到的新观测模型具有更好的统计性能;最后利用空域稀疏性,推导出四阶累积量下的离格稀疏表示模型,采用贝叶斯学习解算出源信号的最大后验概率,实现了目标方位估计。数值仿真和海试实验数据表明,该方法在相邻声源方位间隔为4°的情况下分辨概率可达到95%以上,在信噪比大于-5 dB时目标方位估计的均方根误差在1°以内,可显著抑制背景噪声干扰,在多声源密集分布条件下也能准确、稳健的对水声目标方位进行估计。

关键词：高阶累积量四阶累积量稀疏贝叶斯学习波达方向估计高斯噪声稀疏重构方位估计阵列信号

基于高阶累积量和信号平方谱特征的复合调制信号盲识别

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电子学报 2022年第2期50卷 426-431页

作者：许琦敏万峻何羚王茜电子科技大学航空航天学院四川成都611731 国家无线电监测中心成都监测站四川成都611136 飞行器集群智能感知与协同控制四川省重点实验室四川成都611731

针对符合CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems,国际空间数据系统咨询委员会)标准的多种复合调制体制测控信号,本文在建立8类典型调制信号数学模型的基础上,分析了信号的频域和统计域特征,并基于高阶累积量和信号平方... 详细信息

针对符合CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems,国际空间数据系统咨询委员会)标准的多种复合调制体制测控信号,本文在建立8类典型调制信号数学模型的基础上,分析了信号的频域和统计域特征,并基于高阶累积量和信号平方谱提取了4个特征参数.根据所提的特征参数,针对复合调制信号提出了一种基于特征提取的直接识别方法,给出了具体的识别流程,并在11种信噪比下对该识别方法进行了MATLAB仿真实验.仿真结果表明在2 dB信噪比条件下,8类信号的识别率均达到98%,证明了所提复合调制盲识别方法的有效性.

关键词：复合调制高阶累积量平方谱特征调制盲识别