高级搜索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于射频指纹的卫星测控地面站身份识别方法

唐晓刚 冯俊豪 张斌权 郇浩 任彦洁 李海滨

唐晓刚, 冯俊豪, 张斌权, 郇浩, 任彦洁, 李海滨. 基于射频指纹的卫星测控地面站身份识别方法[J]. 电子与信息学报, 2023, 45(7): 2554-2560. doi: 10.11999/JEIT220804
引用本文: 唐晓刚, 冯俊豪, 张斌权, 郇浩, 任彦洁, 李海滨. 基于射频指纹的卫星测控地面站身份识别方法[J]. 电子与信息学报, 2023, 45(7): 2554-2560. doi: 10.11999/JEIT220804
TANG Xiaogang, FENG Junhao, ZHANG Binquan, HUAN Hao, REN Yanjie, LI Haibin. Satellite Telemetry Track and Command Ground Station Identification Method Based on RF Fingerprint[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2023, 45(7): 2554-2560. doi: 10.11999/JEIT220804
Citation: TANG Xiaogang, FENG Junhao, ZHANG Binquan, HUAN Hao, REN Yanjie, LI Haibin. Satellite Telemetry Track and Command Ground Station Identification Method Based on RF Fingerprint[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2023, 45(7): 2554-2560. doi: 10.11999/JEIT220804

基于射频指纹的卫星测控地面站身份识别方法

doi: 10.11999/JEIT220804
基金项目: 国家自然科学基金(62027801)
详细信息
    作者简介:

    唐晓刚:男,副教授,研究方向为人工智能、射频指纹识别

    冯俊豪:男,硕士生,研究方向为射频指纹识别

    张斌权:男,博士,研究方向为智能信息处理与机器人

    郇浩:男,副教授,研究方向为分数阶傅里叶变换及其在雷达信号处理中的应用

    任彦洁:女,硕士生,研究方向为通信信号调制识别

    李海滨:男,硕士生,研究方向为空间信息应用

    通讯作者:

    唐晓刚 titantxg@163.com

  • 中图分类号: TN975

Satellite Telemetry Track and Command Ground Station Identification Method Based on RF Fingerprint

Funds: The National Natural Science Foundation of China (62027801)
  • 摘要: 传统卫星测控通常采用加密认证安全机制,存在身份假冒、欺骗等安全问题,该文提出一种基于射频指纹的卫星测控地面站身份识别方法,并设计了一种面向星载平台的轻量化卷积神经网络。该网络首先使用IQ方向上的卷积层提取IQ信号相关特征,将2维数据降成了1维,再使用时序方向上的多层卷积提取信号的时域结构特征,之后使用最大池化层降低数据维度,在充分利用IQ信号中包含的原始特征信息的同时减小计算量,最后经过两层全连接层进行分类,实现对卫星测控地面站身份识别。仿真实验表明,该方法对21台发射机个体的平均准确率为93.8%,较传统的支持向量机方法提高了39.8%,较DLRF网络模型、ORACLE网络模型分别提高了11.5%, 29.8%,且具有鲁棒性强、轻量化的优点。该文所提方法对于提高卫星测控链路安全性具有一定的理论参考和工程应用价值。
  • 图  1  IQ正交调制发射机模型

    图  2  EVM示意图

    图  3  RFFI网络结构模型

    图  4  信号截取片段示意图

    图  5  不同发送数据类型与功率变化对识别准确率的影响

    图  6  不同方法的鲁棒性比较

    表  1  数据集说明

    场景数据类型发射功率干扰
    1固定包固定
    2随机包固定
    3噪声包固定
    4固定包变化
    5随机包变化
    6噪声包变化
    7固定包变化
    8固定包变化金属椅干扰
    9固定包变化机器人干扰
    10固定包变化机器人+金属椅干扰
    下载: 导出CSV

    表  2  网络模型各参数比较

    名称ParamsFlops(M)MemR+W(MB)
    DLRF20549520.962.42
    ORACLE758436728.7230.3
    RFFI554458.591.65
    下载: 导出CSV

    表  3  卷积核尺寸对模型性能的影响

    卷积核尺寸识别准确率(%)参数量Flops(M)
    (3, 1)94.9349653.83
    (5, 1)97.1452056.21
    (7, 1)97.5554458.59
    (9, 1)97.96568510.97
    下载: 导出CSV

    表  4  卷积层数对模型性能的影响

    卷积层数识别准确率(%)参数量Flops(M)
    189.93152854.78
    396.2993497.83
    597.5554458.59
    797.2555738.78
    下载: 导出CSV

    表  5  卷积核数量对模型性能的影响

    卷积核数量识别准确率(%)参数量Flops(M)
    1694.719 1252.21
    3297.555 4458.59
    6498.7181 84533.84
    12897.7649 685134.32
    下载: 导出CSV

    表  6  运行时间对比(s)

    RFFIDLRFORACLE
    训练时间7407862091
    推理时间9.112.915.5
    下载: 导出CSV
  • [1] 宋宇飞, 周文辉, 刘建东, 等. 基于零信任的卫星互联网安全防护研究[J]. 天地一体化信息网络, 2021, 2(3): 15–23. doi: 10.11959/j.issn.2096-8930.2021027

    SONG Yufei, ZHOU Wenhui, LIU Jiandong, et al. Research on satellite Internet security protection based on zero trust[J]. Space-Integrated-Ground Information Networks, 2021, 2(3): 15–23. doi: 10.11959/j.issn.2096-8930.2021027
    [2] WANG Gang, SHEN Dan, CHEN Genshe, et al. SATCOM link adaptive configuration design in radio frequency interference environment[C]. 2017 IEEE Aerospace Conference, Big Sky, USA, 2017: 1–8.
    [3] 崔天舒, 赵文杰, 黄永辉, 等. 基于射频指纹的测控地面站身份识别方法[J]. 航天电子对抗, 2021, 37(3): 6–9,23. doi: 10.3969/j.issn.1673-2421.2021.03.002

    CUI Tianshu, ZHAO Wenjie, HUANG Yonghui, et al. Radio frequency fingerprint-based TT&C ground station identification method[J]. Aerospace Electronic Warfare, 2021, 37(3): 6–9,23. doi: 10.3969/j.issn.1673-2421.2021.03.002
    [4] WANG Xianbin, HAO Peng, and HANZO L. Physical-layer authentication for wireless security enhancement: Current challenges and future developments[J]. IEEE Communications Magazine, 2016, 54(6): 152–158. doi: 10.1109/MCOM.2016.7498103
    [5] 张振, 贾济铖, 康健, 等. 射频指纹识别技术方法综述[J]. 无线电通信技术, 2021, 47(3): 249–258. doi: 10.3969/j.issn.1003-3114.2021.03.001

    ZHANG Zhen, JIA Jicheng, KANG Jian, et al. Overview of RF fingerprint identification technology methods[J]. Radio Communications Technology, 2021, 47(3): 249–258. doi: 10.3969/j.issn.1003-3114.2021.03.001
    [6] DING Lida, WANG Shilian, WANG Fanggang, et al. Specific emitter identification via convolutional neural networks[J]. IEEE Communications Letters, 2018, 22(12): 2591–2594. doi: 10.1109/LCOMM.2018.2871465
    [7] LI Jingchao, YING Yulong, JI Chunlei, et al. Differential contour stellar-based radio frequency fingerprint identification for Internet of things[J]. IEEE Access, 2021, 9: 53745–53753. doi: 10.1109/ACCESS.2021.3071352
    [8] MERCHANT K, REVAY S, STANTCHEV G, et al. Deep learning for RF device fingerprinting in cognitive communication networks[J]. IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing, 2018, 12(1): 160–167. doi: 10.1109/JSTSP.2018.2796446
    [9] SANKHE K, BELGIOVINE M, ZHOU Fan, et al. ORACLE: Optimized radio classification through convolutional neural networks[C]. IEEE INFOCOM 2019-IEEE Conference on Computer Communications, Paris, France, 2019: 370–378.
    [10] 贾永强. 通信辐射源个体识别技术研究[D]. [博士论文], 电子科技大学, 2017.

    JIA Yongqiang. The research on communication emitters identification technology[D]. [Ph. D. dissertation], University of Electronic Science and Technology of China, 2017.
    [11] 王培. 基于稳态信号的射频指纹算法的研究[D]. [硕士论文], 电子科技大学, 2020.

    WANG Pei. Research on RF fingerprint algorithm based on steady state signal[D]. [Master dissertation], University of Electronic Science and Technology of China, 2020.
    [12] KRIZHEVSKY A, SUTSKEVER I, and HINTON G E. ImageNet classification with deep convolutional neural networks[J]. Communications of the ACM, 2017, 60(6): 84–90. doi: 10.1145/3065386
    [13] MORIN C, CARDOSO L S, HOYDIS J, et al. Transmitter classification with supervised deep learning[C]. The 14th International Conference on Cognitive Radio Oriented Wireless Networks, Poznan, Poland, 2019: 73–86.
    [14] ZHANG Jingbo, WANG Qingwen, GUO Xiaochen, et al. Radio frequency fingerprint identification based on logarithmic power cosine spectrum[J]. IEEE Access, 2022, 10: 79165–79179. doi: 10.1109/ACCESS.2022.3194124
  • 加载中
图(6) / 表(6)
计量
  • 文章访问数:  446
  • HTML全文浏览量:  342
  • PDF下载量:  114
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-06-17
  • 修回日期:  2022-09-13
  • 录用日期:  2022-10-08
  • 网络出版日期:  2022-10-14
  • 刊出日期:  2023-07-10

目录

    /

    返回文章
    返回