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基于回归分析理论的辐射源个体识别技术

赵雅琴 杨荣乾 吴龙文 何胜阳 牛金鹏 赵亮

赵雅琴, 杨荣乾, 吴龙文, 何胜阳, 牛金鹏, 赵亮. 基于回归分析理论的辐射源个体识别技术[J]. 电子与信息学报, 2023, 45(4): 1227-1235. doi: 10.11999/JEIT220190
引用本文: 赵雅琴, 杨荣乾, 吴龙文, 何胜阳, 牛金鹏, 赵亮. 基于回归分析理论的辐射源个体识别技术[J]. 电子与信息学报, 2023, 45(4): 1227-1235. doi: 10.11999/JEIT220190
ZHAO Yaqin, YANG Rongqian, WU Longwen, HE Shengyang, NIU Jinpeng, ZHAO Liang. Specific Emitter Identification Based on Regression Analysis Theory[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2023, 45(4): 1227-1235. doi: 10.11999/JEIT220190
Citation: ZHAO Yaqin, YANG Rongqian, WU Longwen, HE Shengyang, NIU Jinpeng, ZHAO Liang. Specific Emitter Identification Based on Regression Analysis Theory[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2023, 45(4): 1227-1235. doi: 10.11999/JEIT220190

基于回归分析理论的辐射源个体识别技术

doi: 10.11999/JEIT220190
基金项目: 国家自然科学基金(61671185, 62071153)
详细信息
    作者简介:

    赵雅琴:女,教授,博士,主要研究方向为辐射源识别、辐射源个体识别、无源定位、光通信、医学信号处理

    杨荣乾:男,硕士生,研究方向为辐射源个体识别

    吴龙文:男,博士,工程师,主要研究方向为辐射源识别、辐射源个体识别、无源定位、多核学习、医学信号处理

    何胜阳:男,博士,高级工程师,研究方向为无线光通信、嵌入式系统和算法加速

    牛金鹏:男,硕士,工程师,研究方向为辐射源识别

    赵亮:男,硕士,高级工程师,主要研究方向为辐射源识别与无源定位

    通讯作者:

    吴龙文 wulongwen@hit.edu.cn

  • 中图分类号: TN971.1

Specific Emitter Identification Based on Regression Analysis Theory

Funds: The National Natural Science Foundation of China (61671185, 62071153)
  • 摘要: 针对目前辐射源个体识别未能将信号特征与硬件组成相联系的问题,该文使用高阶谱分析和变分模态分解(VMD)两种特征提取手段,进行研究分析,采用围线双谱积分以及改进变分模态分解技术对半实物平台仿真信号以及软件仿真(ADS)输出信号进行特征提取并分析。通过软件仿真定量分析辐射源相位噪声以及功率放大电路非线性失真对信号无意调制特征的影响,对变量进行相关性分析,并对其中显著相关的变量进行回归拟合,得到其相关回归函数。然后利用硬件与特征的相关性,改进传统支持向量机(SVM)分类器,构建相关性权重支持向量机分类器。最后分别以软件仿真输出信号以及半实物仿真平台实测信号为样本进行验证,结果表明,同信噪比下权重支持向量机与传统支持向量机相比分类准确率提升在10%以上。
  • 图  1  双谱围线积分路径

    图  2  不同相位噪声下的特征值分布

    图  3  不同偏置电压下的特征值分布

    图  4  基于无意调制特征的ADS输出信号分类识别

    图  5  半实物仿真信号分类识别率

    表  1  不同k值下的中心频率(MHz)

    k中心频率值
    29.39222.448
    38.00020.75224.240
    44.47212.14421.55224.216
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    表  2  无意调制特征正态性检验

    特征柯尔莫戈洛夫-斯米诺夫(V)a夏皮洛-威尔克
    统计自由度显著性统计自由度显著性
    波形熵0.114400.200*0.926400.012
    能量熵0.084400.200*0.985400.046
    均值0.173400.0040.869400.000
    VMD能量熵0.237400.0000.857400.000
    VMD均值0.098400.200*0.955400.016
    VMD分类系数0.121400.1420.941400.036
    a-里利氏显著性修正
    *-显著性下限
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    表  3  振荡器相位噪声强度与特征相关性

    双谱均值双谱波形熵双谱能量熵VMD能量熵VMD均值VMD分类系数
    相位噪声强度相关系数–0.0640.1880.5420.2440.1160.029
    显著性0.6970.2450.0000.1290.4780.857
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    表  4  回归系数表

    未标准化系数标准化系数βt显著性
    B标准错误
    (常量)12.4260.0091461.6970.000
    相位噪声强度0.0030.0010.5423.9790.000
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    表  5  回归方程检验拟合优度

    模型RR2调整后R2标准估算的错误
    10.7420.6940.5767.9753
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    表  6  不同偏置电压PA输出信号无意调制特征正态性检验

    特征柯尔莫戈洛夫-斯米诺夫(V)a夏皮洛-威尔克(S-W)
    统计自由度显著性统计自由度显著性
    波形熵0.182400.0020.885400.001
    能量熵0.126400.1120.935400.024
    均值0.178400.0030.850400.000
    VMD能量熵0.207400.0000.850400.000
    均值0.167400.0070.926400.012
    分类系数0.224400.0000.792400.000
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    表  7  PA偏置电压与无意调制特征相关性系数

    检验类型双谱波形熵双谱能量熵双谱均值VMD能量熵VMD均值分类系数
    相关系数–0.565–0.755–0.911–0.855–0.2670.766
    显著性0.0000.0000.0000.0000.0950.000
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    表  8  PA偏置电压与双谱均值回归方程系数

    未标准化系数标准化系数βt显著性
    B标准错误
    (常量)5 568.890321.30417.3320.000
    偏置电压系数–156.12511.486–0.91113.5930.000
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    表  9  回归方程F统计量检验

    模型平方和自由度均方F显著性
    回归1 299 186.47611 299 186.476184.7630.000
    残差267 201.518387 031.619
    总计1 566 387.99339
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    表  10  回归方程拟合优度检验

    模型RR2调整后R2标准估算的错误
    10.9110.8290.82583.854 748 73
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    表  11  各特征变量回归模型

    自变量无意调制特征回归方程拟合优度
    PA偏置电压VMD能量熵y=–0.18x+0.5340.752
    VMD分类系数y=–0.001 83x–0.0050.576
    双谱能量熵y=–0.41x+13.5150.559
    双频谱均值y=–0.383x+6.1640.302
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    表  12  电路参数设置

    辐射源个体输入功率(dBW)相位噪声强度(μV)PA偏置电压(V)谐波次数
    E123127.55
    E223128.07
    E323328.55
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    表  13  半实物仿真平台配置及参数设置

    辐射源
    个体
    功率放
    大器
    老化
    时长(h)
    芯片型号2.4GHz增益(dB)
    E1PA10SBB5089ZP48G16.85
    E2PA2168SBB5089ZP5NH16.92
    E3PA3336SBB5089ZP2VR16.81
    E4PA4504SBB5089ZP2MX16.76
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-02-25
  • 修回日期:  2022-08-29
  • 录用日期:  2022-09-06
  • 网络出版日期:  2022-09-09
  • 刊出日期:  2023-04-10

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