徐韋佳，汪澤焱，李延標(biāo)，婁樸根，姚 佳，徐 劼，白 靜

(中國(guó)人民解放軍陸軍工程大學(xué) 基礎(chǔ)部，江蘇 南京 211101)

0 引言

近年來(lái)爆發(fā)的阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)、伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)以及俄烏戰(zhàn)爭(zhēng)，無(wú)一例外以電磁波為載體作為當(dāng)代軍事戰(zhàn)場(chǎng)通信的重要方式[1]。如今戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境變化復(fù)雜，隨著空間軍事電磁設(shè)備的快速增長(zhǎng)、運(yùn)行模式愈發(fā)多樣、部署空間從早期的陸地發(fā)展到海洋和外太空，電磁信號(hào)越來(lái)越密集，加大了信號(hào)獲取難度，造成當(dāng)今電磁環(huán)境日趨復(fù)雜多變[2]。如何在戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境中捕獲敵軍信號(hào)，提取關(guān)鍵信息，區(qū)分出敵我雙方的不同輻射源個(gè)體，同時(shí)獲取輻射源的型號(hào)、地理位置、信號(hào)參數(shù)等信息，對(duì)于我軍掌握戰(zhàn)場(chǎng)制信息權(quán)、實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)打擊尤為關(guān)鍵。

指紋識(shí)別技術(shù)最初通過(guò)采集生物指紋特征，用于身份識(shí)別，是一種技術(shù)成熟的身份識(shí)別技術(shù)[3]。隨著當(dāng)代通信技術(shù)的飛速發(fā)展，指紋識(shí)別的含義逐漸拓展至輻射源的個(gè)體識(shí)別。

信號(hào)指紋產(chǎn)生的本質(zhì)原因是由于制造過(guò)程中不可避免的硬件誤差，使得傳輸信號(hào)產(chǎn)生不會(huì)影響正常通信功能的極其輕微的失真，具有穩(wěn)定性和規(guī)律性的特點(diǎn)[2]，可以通過(guò)提取特征信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)輻射源個(gè)體進(jìn)行識(shí)別，即為信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)[4]。在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍成功運(yùn)用信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)，精準(zhǔn)定位敵方電臺(tái)并一舉摧毀。因此，掌握信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)輻射源的個(gè)體識(shí)別，已經(jīng)成為獲取情報(bào)、把握戰(zhàn)場(chǎng)主動(dòng)權(quán)的有效途徑[5]。

信號(hào)指紋識(shí)別是一種基于物理層的設(shè)備識(shí)別方案，其概念來(lái)源于雷達(dá)識(shí)別領(lǐng)域的特定輻射源識(shí)別(Specific Emitter Identification，SEI)。傳統(tǒng)的雷達(dá)識(shí)別是通過(guò)各種脈沖參數(shù)對(duì)雷達(dá)進(jìn)行識(shí)別，當(dāng)脈沖參數(shù)相似時(shí)，雷達(dá)系統(tǒng)會(huì)表現(xiàn)出相似的電磁特性，此時(shí)則難以識(shí)別不同雷達(dá)個(gè)體。

為了解決雷達(dá)個(gè)體識(shí)別問(wèn)題，以美國(guó)為代表的軍事大國(guó)率先開(kāi)展關(guān)于信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)的研究，迄今為止已取得快速發(fā)展。早在1977 年，美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展雷達(dá)領(lǐng)域SEI 的研究，通過(guò)提取特征信號(hào)成功識(shí)別雷達(dá)發(fā)射器，其項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Goodwin 率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域上研究十多年，并且因此獲得美國(guó)海軍文職人員卓越貢獻(xiàn)獎(jiǎng)[6]。美國(guó)陸軍于1990 年啟動(dòng)測(cè)量與特征情報(bào)“Measurement and Signature Intelligence(MASINT)”管理計(jì)劃，是基于SEI 技術(shù)的延伸，重點(diǎn)研究能反映輻射源個(gè)體信息的指紋特征[7]。此外，歐洲的發(fā)達(dá)國(guó)家也在軍事領(lǐng)域加強(qiáng)信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)的研究。英國(guó)QinetiQ 公司近年研制了CELT Mariner RWR 船用告警器，捷克研制了具備SEI 技術(shù)的VERA-E 系統(tǒng)，德國(guó)即將研制具備SEI技術(shù)的“歐洲鷹”無(wú)人機(jī)[7]。信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)不僅僅可以實(shí)現(xiàn)敵我輻射源個(gè)體的識(shí)別，同時(shí)可以獲取敵方輻射源地理位置、型號(hào)等相關(guān)設(shè)備信息，進(jìn)一步獲取通信網(wǎng)絡(luò)、作戰(zhàn)指揮等相關(guān)信息，在軍事上的應(yīng)用舉足輕重。國(guó)際上的軍事大國(guó)重視對(duì)信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)的研究，并且已經(jīng)成功運(yùn)用到設(shè)備研制和戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)例中，例如近期的俄烏戰(zhàn)爭(zhēng)，美軍和歐洲強(qiáng)國(guó)的軍事裝備在戰(zhàn)場(chǎng)上取得了良好的軍事效果。

20 世紀(jì)90 年代，民用信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)開(kāi)始發(fā)展，且得到廣泛應(yīng)用。由于信號(hào)指紋具有獨(dú)一無(wú)二、難以仿冒的特點(diǎn)，可以作為輻射源個(gè)體特殊的身份標(biāo)識(shí)。目前，信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)已經(jīng)被多個(gè)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)驗(yàn)證，例如雷達(dá)、Wi-Fi、ZigBee、蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等。由于指紋識(shí)別技術(shù)工作在物理層，和上層身份接入機(jī)制相輔相成，可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)個(gè)體識(shí)別技術(shù)的不足，提高無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入的安全性[6]。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)開(kāi)始著手信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)的研究，并且取得了階段性研究成果。國(guó)內(nèi)多家科研機(jī)構(gòu)和高校，例如華中科技大學(xué)、電子科技大學(xué)、東南大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、電子科技集團(tuán)第36 所和第10 所，在理論研究(主要是算法研究和計(jì)算機(jī)仿真方面)上取得了一定研究成果[4]，通過(guò)對(duì)信號(hào)特征提取算法的不斷改進(jìn)和優(yōu)化，提高個(gè)體識(shí)別效果。華中科技大學(xué)的徐書(shū)華博士，在理論研究的基礎(chǔ)上，采用電臺(tái)實(shí)物個(gè)體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在較低信噪比環(huán)境下，可以實(shí)現(xiàn)同一型號(hào)的不同電臺(tái)個(gè)體識(shí)別，證明了信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)的實(shí)際可行性[8]。

隨著射頻通信設(shè)備在軍事中逐步得到廣泛應(yīng)用，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)關(guān)于信號(hào)指紋識(shí)別的研究目標(biāo)逐漸轉(zhuǎn)移到了射頻信號(hào)領(lǐng)域，且取得了一定研究成果。然而，由于信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)具有重要軍事價(jià)值，出于保密原因，難以接觸到核心內(nèi)容，因此共開(kāi)出版文獻(xiàn)記錄很少[9]。加上美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家針對(duì)我國(guó)的技術(shù)封鎖，國(guó)內(nèi)研究起步較晚，因此國(guó)內(nèi)在該項(xiàng)技術(shù)的研究上與美國(guó)尚存在較大差距。美軍已經(jīng)將該項(xiàng)技術(shù)成功應(yīng)用到伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)、俄烏戰(zhàn)爭(zhēng)中，一舉摧毀敵方雷達(dá)和電臺(tái)，我國(guó)仍停留在以識(shí)別算法為主的理論研究層面，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)欠缺，目前還沒(méi)有公開(kāi)資料顯示該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于戰(zhàn)況實(shí)例。

如今，信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)已然成為當(dāng)代電子戰(zhàn)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)[4]。若能在戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境中有效提取輻射源的信號(hào)指紋特征，將不同輻射源裝備區(qū)分，即可判斷敵方通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和設(shè)備工作狀態(tài)，為我軍戰(zhàn)斗計(jì)劃部署提供關(guān)鍵依據(jù)。同時(shí)，該技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)我國(guó)通信對(duì)抗裝備的研制以及諸多民用設(shè)備的改進(jìn)，具有重要戰(zhàn)略意義[7]。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

當(dāng)前對(duì)目標(biāo)輻射源發(fā)射的信號(hào)指紋的研究分為兩種，分別是暫態(tài)信號(hào)和穩(wěn)態(tài)信號(hào)。

信號(hào)輻射源在開(kāi)機(jī)瞬間、通信模式切換時(shí)發(fā)射的信號(hào)稱(chēng)為暫態(tài)信號(hào)，開(kāi)機(jī)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之后的正常通信過(guò)程發(fā)射的信號(hào)稱(chēng)為穩(wěn)態(tài)信號(hào)[10]。由于剛開(kāi)機(jī)時(shí)輻射源內(nèi)部電路工作尚不穩(wěn)定，因此暫態(tài)信號(hào)中包含有豐富的輻射源個(gè)體特征信息，當(dāng)輻射源進(jìn)入正常工作狀態(tài)時(shí)，內(nèi)部電路工作狀態(tài)逐漸穩(wěn)定，信號(hào)指紋差異逐漸減弱[6]。因此，不同輻射源個(gè)體發(fā)射的信號(hào)會(huì)因這些細(xì)微特征而存在差異。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外對(duì)暫態(tài)信號(hào)的研究相對(duì)成熟，可是，由于暫態(tài)信號(hào)發(fā)射時(shí)間短、信號(hào)不穩(wěn)定，在低信噪比環(huán)境中，暫態(tài)信號(hào)的特征提取存在一定難度。穩(wěn)態(tài)信號(hào)雖相對(duì)平穩(wěn)，容易捕獲，但是信號(hào)特征不如暫態(tài)信號(hào)豐富，因此當(dāng)前仍處于研究階段，也獲得了一些研究成果。

1.1 輻射源暫態(tài)信號(hào)的提取與研究現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)開(kāi)始研究起步較早，研究對(duì)象主要是輻射源的暫態(tài)信號(hào)[4]。暫態(tài)信號(hào)是指信號(hào)輻射源在非穩(wěn)定工作狀態(tài)下的開(kāi)機(jī)信號(hào)，具有瞬時(shí)性、樣本數(shù)少、信號(hào)不穩(wěn)定的特點(diǎn)。當(dāng)電臺(tái)剛開(kāi)機(jī)或切換工作模式時(shí)，電臺(tái)內(nèi)部元器件處于不穩(wěn)定工作狀態(tài)，其暫態(tài)信號(hào)具有非線(xiàn)性和非穩(wěn)定性特點(diǎn)[4]。通過(guò)提取暫態(tài)信號(hào)特征，能夠?qū)崿F(xiàn)通信輻射源的個(gè)體識(shí)別。

暫態(tài)特征研究主要集中在兩方面，一是信號(hào)端點(diǎn)檢測(cè)，二是信號(hào)特征提取[11]。對(duì)于信號(hào)端點(diǎn)檢測(cè)，早在1995 年，Choe 提出可以利用暫態(tài)信號(hào)特征進(jìn)行通信輻射源的識(shí)別，該項(xiàng)技術(shù)的識(shí)別過(guò)程主要包括暫態(tài)信號(hào)的起始點(diǎn)定位和特征提取兩部分[12]。Shaw 通過(guò)計(jì)算滑動(dòng)窗口中信號(hào)幅度的方差，對(duì)暫態(tài)信號(hào)的起始點(diǎn)進(jìn)行定位，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)定位暫態(tài)信號(hào)的結(jié)束點(diǎn)[13]，最終根據(jù)信號(hào)的幅度變化定位暫態(tài)信號(hào)過(guò)程[14]。2015 年，Wang 提出一種波形特征流行法，從二進(jìn)制小波包變換得到的波形特征空間中提取弱特征[14]。2016 年，Digulescu 提出了一種基于遞歸圖分析方法用于暫態(tài)信號(hào)的端點(diǎn)檢測(cè)[15]。對(duì)于暫態(tài)特征提取，早期主要研究多項(xiàng)式系數(shù)特征提取方法，由于當(dāng)階數(shù)較高時(shí)，該方法精度較差，因此當(dāng)前主要采用的是小波系數(shù)特征變換域方法。2012 年，Rehman 將暫態(tài)信號(hào)進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換得到變換域特征，獲取暫態(tài)信號(hào)的指紋特征，取得了較好效果[16]。2016 年，Huang 提出一種歸一化置換熵的方法來(lái)描述暫態(tài)信號(hào)指紋特征，雖取得較好的識(shí)別效果，但該方法效果受數(shù)據(jù)量的影響較大[17]。

綜上所述，暫態(tài)信號(hào)是輻射源在非穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)發(fā)射的信號(hào)具有非線(xiàn)性特征，帶有強(qiáng)烈的個(gè)體色彩，其中，以開(kāi)、關(guān)機(jī)時(shí)的特性研究最為普遍，其個(gè)性特征具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，因此在國(guó)內(nèi)外得到廣泛研究，且已形成上述諸多研究成果[18]。暫態(tài)信號(hào)的研究適用于階數(shù)低、樣本數(shù)據(jù)量大、信噪比高的條件。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)信號(hào)指紋的識(shí)別多集中于暫態(tài)信號(hào)中的開(kāi)機(jī)信號(hào)，再利用特征提取方法實(shí)現(xiàn)輻射源的個(gè)體識(shí)別。然而，在非協(xié)作式通信條件下，通信對(duì)抗環(huán)境中的暫態(tài)信號(hào)往往都是存在時(shí)間短、不穩(wěn)定、樣本數(shù)目少，從而造成對(duì)于暫態(tài)信號(hào)的捕獲具有一定難度，且暫態(tài)信號(hào)和噪聲具有一定程度上的相似性，所以暫態(tài)信號(hào)研究不適用于低信噪比環(huán)境和樣本數(shù)目少的情況[8]。

1.2 輻射源穩(wěn)態(tài)信號(hào)的提取與研究現(xiàn)狀

穩(wěn)態(tài)信號(hào)雖容易獲得，但是特征信息含量比暫態(tài)信息少，且具有時(shí)變、非平穩(wěn)等特點(diǎn)，常規(guī)的低階統(tǒng)計(jì)量方法準(zhǔn)確率較低，因此常用高階方法[10]。1993 年，Tugnait 使用高階統(tǒng)計(jì)量提取穩(wěn)態(tài)信號(hào)的J特征和R 特征，作為穩(wěn)態(tài)信號(hào)特征[19]。1998 年，Huang提出一種自適應(yīng)分析方法，稱(chēng)為希爾伯特-黃變換(Hilbert-Huang Transform，HHT)方法，成為后續(xù)研究重要方法[20]。由于變換域方法可以檢測(cè)到輻射源內(nèi)部器件產(chǎn)生的無(wú)意調(diào)制，且識(shí)別效果良好，因此變換域方法得到深入研究。2011 年，王磊構(gòu)造出模糊函數(shù)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行切片處理后得到特征參數(shù)[21]。2012年，Li Jingchao 構(gòu)造holder 系數(shù)作為信號(hào)特征[22]。2015年，劉明騫提出用廣義累積量和瞬時(shí)相位作為信號(hào)特征，效果較好[23]。2018 年，Yang 通過(guò)構(gòu)建高階累積量檢測(cè)函數(shù)提取信號(hào)包絡(luò)，效果良好且能有效抑制噪聲[24]。

綜上所述，輻射源在穩(wěn)定工作狀態(tài)下，其產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)信號(hào)持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)，信號(hào)的監(jiān)測(cè)和捕獲都相對(duì)容易，其頻率特性、調(diào)制特性和雜散特性等呈現(xiàn)出個(gè)體差異。這時(shí)需要采取多種信號(hào)處理方法，從時(shí)域、頻域和高階譜等不同角度，對(duì)穩(wěn)態(tài)信號(hào)進(jìn)行處理和特征提取。穩(wěn)態(tài)信號(hào)所包含的細(xì)微特征差異也可以反映輻射源的個(gè)體差異?？勺鳛橹讣y特征的參數(shù)主要包括載頻和碼速率、雜散輸出信號(hào)、高階譜、矩形積分雙譜、噪聲特性、頻率特性等[8]。

2 信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)原理

信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)通過(guò)捕獲通信輻射源信號(hào)、進(jìn)行分析計(jì)算，從而獲取輻射源參數(shù)及工作狀態(tài)，再通過(guò)比對(duì)輻射源信號(hào)指紋庫(kù)，最終實(shí)現(xiàn)輻射源個(gè)體的識(shí)別。其工作原理框圖如圖1 所示[25]。

圖1 信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)原理框圖

根據(jù)圖1 原理框圖所示，輻射源信號(hào)指紋識(shí)別分為四個(gè)步驟，包括信號(hào)接收、信號(hào)預(yù)處理、信號(hào)指紋識(shí)別和顯示輸出[6]。首先天線(xiàn)捕獲輻射源發(fā)射的無(wú)線(xiàn)信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)預(yù)處理機(jī)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行降噪等預(yù)處理，選取用以識(shí)別的信號(hào)，采用特定算法提取信號(hào)特征并進(jìn)行分類(lèi)識(shí)別，最后顯示輸出。其中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)為信號(hào)特征提取和分類(lèi)識(shí)別，直接決定了輻射源個(gè)體識(shí)別的準(zhǔn)確率[25]。

2.1 信號(hào)接收

信號(hào)接收機(jī)截獲通信輻射源發(fā)射的無(wú)線(xiàn)信號(hào)，通過(guò)測(cè)量、采樣和量化得到可以用矩陣或向量表征的一維波形或二維圖像，之后傳遞給下一級(jí)的信號(hào)預(yù)處理機(jī)[18]。

2.2 信號(hào)預(yù)處理

信號(hào)預(yù)處理主要包括：信號(hào)能量歸一化、信號(hào)同步、偏頻相頻估計(jì)補(bǔ)償和目標(biāo)信號(hào)截取四個(gè)部分[6]。由于戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜，不可避免會(huì)攜帶噪聲，實(shí)際獲取的信號(hào)不可以直接進(jìn)行特征提取和參數(shù)識(shí)別，需要進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理的主要目的是對(duì)能量進(jìn)行歸一化處理，截取合適的目標(biāo)信號(hào)段，去除噪聲，提高信噪比，有利于后續(xù)信號(hào)指紋提取與識(shí)別，提高識(shí)別的準(zhǔn)確率。

2.2.1 信號(hào)能量歸一化

由于輻射源功率不同或者距離遠(yuǎn)近等因素，會(huì)造成接收的信號(hào)功率不是恒定的，變化的功率會(huì)影響指紋識(shí)別效果，因此要對(duì)信號(hào)能量進(jìn)行歸一化處理[6]。

2.2.2 信號(hào)同步

由于指紋識(shí)別算法研究的目標(biāo)信號(hào)段不同，因此不同類(lèi)型的信號(hào)檢測(cè)方法不同，需要對(duì)信號(hào)的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，即為信號(hào)同步，具體可分為瞬態(tài)信號(hào)檢測(cè)和穩(wěn)態(tài)信號(hào)檢測(cè)兩類(lèi)[6]。

2.2.3 偏頻相頻估計(jì)補(bǔ)償

在不同的應(yīng)用場(chǎng)合中，可以考慮提取頻偏和相偏作為信號(hào)指紋特征之一，輔助提高指紋識(shí)別精度。有時(shí)又需要補(bǔ)償?shù)纛l偏和相偏，防止對(duì)提取的指紋特征產(chǎn)生干擾。這兩種情況都需要先對(duì)頻偏和相偏進(jìn)行估計(jì)[6]。

2.2.4 目標(biāo)信號(hào)截取

不同通信系統(tǒng)中的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)不同，需要根據(jù)信號(hào)的具體形式對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行目標(biāo)信號(hào)段截取[6]，盡可能去除噪聲，減小噪聲影響，提高信噪比，提高識(shí)別準(zhǔn)確率。

2.3 信號(hào)指紋特征提取與分類(lèi)識(shí)別

信號(hào)指紋特征提取與分類(lèi)識(shí)別是信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)的關(guān)鍵內(nèi)容。特征提取通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行變換和處理，得到最能反映信號(hào)本質(zhì)的特征參數(shù)，進(jìn)行有效分析；分類(lèi)識(shí)別是采用統(tǒng)計(jì)方法，基于特征空間中的信息將被識(shí)別對(duì)象進(jìn)行分類(lèi)[18]。其中，特征提取技術(shù)是識(shí)別的核心部分，涉及信號(hào)處理領(lǐng)域的諸多理論以及方法，選擇提取信號(hào)的哪些特征作為特征參數(shù)以及特征提取質(zhì)量的好壞，都影響后續(xù)分類(lèi)識(shí)別算法的復(fù)雜程度以及最終識(shí)別效果[8]。特征提取和指紋識(shí)別雖然是兩項(xiàng)技術(shù)，但是兩者相輔相成，只有根據(jù)提取的信號(hào)指紋特征，匹配合適的指紋識(shí)別技術(shù)，才能達(dá)到理想的識(shí)別效果[6]。

理論上，為了保證發(fā)射信號(hào)的可辨性和獨(dú)特性，不同輻射源個(gè)體的輻射信號(hào)應(yīng)具備明顯的信號(hào)特征。然而，在戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境中，出于抗干擾、防攻擊的目的，會(huì)使用相同型號(hào)的輻射源以及信號(hào)調(diào)制模式，輻射源信號(hào)參數(shù)之間只存在較小的差異，這時(shí)要實(shí)現(xiàn)對(duì)輻射源個(gè)體識(shí)別的難度較大[25]。因此，提高信號(hào)特征提取和分類(lèi)識(shí)別技術(shù)的準(zhǔn)確性尤為重要。

3 信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)展望

信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)由于具備較高的軍事價(jià)值，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，由于近年來(lái)隨著該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和不斷成熟，其應(yīng)用也拓展到了民用領(lǐng)域。當(dāng)前世界各國(guó)重視國(guó)防力量的發(fā)展，想要及時(shí)獲取情報(bào)、把握戰(zhàn)場(chǎng)主動(dòng)權(quán)、取得戰(zhàn)場(chǎng)制電磁權(quán)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，必須加強(qiáng)對(duì)信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)的研究，該項(xiàng)技術(shù)也定會(huì)在未來(lái)得到長(zhǎng)足發(fā)展。

3.1 軍用領(lǐng)域

3.1.1 通信偵查

利用信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)，可以在戰(zhàn)場(chǎng)上快速實(shí)現(xiàn)對(duì)通信輻射源個(gè)體的識(shí)別，同時(shí)監(jiān)測(cè)敵方重要電臺(tái)的位置變化，獲取敵方設(shè)備型號(hào)、通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等關(guān)鍵信息，有針對(duì)性地進(jìn)行干擾和軍事打擊，起到事半功倍的效果[4]。

3.1.2 掌握戰(zhàn)場(chǎng)電磁態(tài)勢(shì)

當(dāng)前電磁環(huán)境日趨復(fù)雜，獲得戰(zhàn)場(chǎng)制電磁權(quán)是獲取勝利的關(guān)鍵。在復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境中獲取敵方通信設(shè)備信息，進(jìn)而獲取通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、武器裝備系統(tǒng)等信息尤為重要。信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)通過(guò)截獲敵方輻射源無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)，進(jìn)而獲取輻射源的個(gè)體信息，有助于推測(cè)敵方戰(zhàn)爭(zhēng)部署以及各級(jí)指揮等信息，有利于我軍掌握戰(zhàn)場(chǎng)電磁態(tài)勢(shì)，把握戰(zhàn)場(chǎng)主動(dòng)權(quán)[7]。

3.1.3 無(wú)人作戰(zhàn)

當(dāng)代戰(zhàn)爭(zhēng)已經(jīng)徹底告別冷兵器時(shí)代，打的是信息化戰(zhàn)爭(zhēng)，很多場(chǎng)合采取的是無(wú)人作戰(zhàn)方式，其中最具代表性的就是無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)。無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)作為一種新型作戰(zhàn)方式，適用于惡劣的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、節(jié)省人力物力，具有極大優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)今戰(zhàn)場(chǎng)上隨處可見(jiàn)。無(wú)人機(jī)通過(guò)電磁波與地面保持無(wú)線(xiàn)通信，通過(guò)捕獲目標(biāo)無(wú)人機(jī)發(fā)射的無(wú)線(xiàn)信號(hào)，采用信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)，可以在第一時(shí)間內(nèi)對(duì)目標(biāo)無(wú)人機(jī)進(jìn)行敵我識(shí)別，對(duì)敵方無(wú)人機(jī)采取軍事措施，進(jìn)行監(jiān)測(cè)、跟蹤、干擾或者擊落。

3.1.4 建立信號(hào)指紋庫(kù)

以雷達(dá)、電臺(tái)為代表的通信輻射源具備信號(hào)指紋特征，同種類(lèi)型的輻射源指紋在某些方面具有一定的相似性，可以建立信號(hào)指紋庫(kù)，將不同類(lèi)型的輻射源信號(hào)指紋進(jìn)行整理、歸類(lèi)。在對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)上捕獲的信號(hào)進(jìn)行識(shí)別后，與指紋庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，可以迅速判斷目標(biāo)信號(hào)的敵我屬性，識(shí)別輻射源個(gè)體，第一時(shí)間制定軍事作戰(zhàn)方案，采取軍事行動(dòng)，有力提高作戰(zhàn)效率。

3.2 民用領(lǐng)域

3.2.1 保障正常通信

隨著當(dāng)代無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用愈發(fā)廣泛，為了保障無(wú)線(xiàn)通信業(yè)務(wù)的正常進(jìn)行，我國(guó)政府頻譜監(jiān)測(cè)部門(mén)需要加強(qiáng)對(duì)信號(hào)輻射源的監(jiān)測(cè)與管理，利用信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)掌握信號(hào)輻射源的通信情況，防止無(wú)線(xiàn)電之間的相互干擾，及時(shí)識(shí)別和排除非法通信[10]。

3.2.2 識(shí)別非法用戶(hù)

由于無(wú)線(xiàn)通信開(kāi)放性的傳輸特性，其帶來(lái)的安全性問(wèn)題不容小覷。由于無(wú)線(xiàn)通信主要采用電磁波進(jìn)行信號(hào)傳輸，沒(méi)有固定的接入點(diǎn)，無(wú)法通過(guò)設(shè)置物理安全邊界來(lái)防止非法接入，因此容易被非法用戶(hù)進(jìn)行攻擊，包括主動(dòng)攻擊(非法接入、數(shù)據(jù)攔截、數(shù)據(jù)偽造、數(shù)據(jù)篡改等)和被動(dòng)攻擊(監(jiān)控、竊聽(tīng)、流量分析等)[6]。針對(duì)此，可以通過(guò)收集合法輻射源的信號(hào)指紋，建立合法的輻射源指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，形成合法用戶(hù)和非法用戶(hù)判斷機(jī)制。該判斷機(jī)制不但可以隨時(shí)檢測(cè)合法用戶(hù)的通信狀況，并且及時(shí)識(shí)別、追蹤和清除非法用戶(hù)，保障人民財(cái)產(chǎn)安全[10]。

3.2.3 監(jiān)測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量

由于當(dāng)前制造工藝的限制，即使是同一臺(tái)流水線(xiàn)上生產(chǎn)出來(lái)的同種型號(hào)的輻射源，內(nèi)部電路仍存在細(xì)微差別，這種差別會(huì)通過(guò)信號(hào)指紋體現(xiàn)出來(lái)。由于是同種型號(hào)輻射源，因此指紋特征會(huì)存在良好的一致性，如果某臺(tái)輻射源的指紋特征出現(xiàn)較大差異，基本可以判斷其產(chǎn)品質(zhì)量存在問(wèn)題。因此，信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)可以應(yīng)用于產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)，尤其是大批量的產(chǎn)品檢測(cè)時(shí)，非常省事省力。

4 結(jié)論

隨著當(dāng)代無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的飛速發(fā)展以及信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的要求，通信輻射源信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)具有重要研究?jī)r(jià)值，并且已經(jīng)在電子對(duì)抗、信息偵查、通信安全等軍事和民用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境中，爭(zhēng)奪制電磁權(quán)已成為成敗關(guān)鍵，以美國(guó)為首的發(fā)達(dá)國(guó)家在無(wú)線(xiàn)電研究領(lǐng)域已取得巨大發(fā)展，并且利用現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)電磁通信竊取他國(guó)機(jī)密，嚴(yán)重威脅國(guó)家安全。因此，打贏信息化戰(zhàn)爭(zhēng)，關(guān)注以信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)為代表的電磁信息安全研究，是我國(guó)國(guó)家信息安全、國(guó)防安全的重要保障。