文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI： 10.19358/j.issn.2097-1788.2023.01.012
引用格式： 徐韋佳，汪澤焱，李延標(biāo)，等. 信號(hào)指紋識(shí)別技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用[J].網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)治理，2023，42(1)：86-91.
0 引言
近年來爆發(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)別問題，以美國(guó)為代表的軍事大國(guó)率先開展關(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)室開展雷達(dá)領(lǐng)域SEI的研究，通過提取特征信號(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)無線通信系統(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，提高無線網(wǎng)絡(luò)接入的安全性[6]。
近年來，國(guó)內(nèi)開始著手信號(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，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，目前還沒有公開資料顯示該項(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]。
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作者信息：
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)
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