内容简介
《电磁辐射源目标识别理论与技术》系统阐述了电磁辐射源目标识别的理论和技术，具体包括辐射源目标识别的基本原理、基本过程和理论性能分析方法，基于信号表现形式和基于发射机畸变的辐射源特征提取技术，复杂信道下的辐射源特征提取技术，基于机器学习的辐射源特征提取、特征降维和分类器技术，辐射源目标识别的接收机设计方法，辐射源目标识别的系统设计和管理，以及辐射源目标识别实例，重点介绍了作者研究团队近十年在辐射源个体识别方面的研究成果。
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信号处理，目标识别
目录
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前言
英文缩写对照表
第1章 电磁辐射源目标识别技术概述 1
1.1 电磁辐射源目标识别的基本概念 1
1.2 电磁辐射源目标识别的应用需求 4
1.3 电磁辐射源目标识别的研究发展 5
1.3.1 电子辐射源目标识别的研究发展 6
1.3.2 通信辐射源目标识别的研究发展 8
1.3.3 辐射源目标识别的技术发展路线 11
1.4 电磁辐射源目标识别的技术挑战 12
1.5 本书主要内容及结构组成 13
参考文献 14
第2章 辐射源目标识别的基本原理 19
2.1 辐射源特征的基本性质 19
2.2 辐射源特征的来源 23
2.2.1 信息层的辐射源特征 23
2.2.2 物理层的辐射源特征 25
2.3 辐射源特征提取的基本思路 27
2.3.1 辐射源特征的测量和估计 27
2.3.2 辐射源特征的校正 27
2.3.3 辐射源特征的综合 28
2.4 辐射源目标识别的基本过程 29
参考文献 30
第3章 发射机畸变机理及其表现形式 31
3.1 引言 31
3.2 调制器畸变及其表现形式 32
3.2.1 IQ正交调制器 33
3.2.2 VCO直接调制器 35
3.2.3 VCO间接调制器 37
3.2.4 频率源切换调制器 40
3.3 频率源畸变及其表现形式 41
3.4 功放畸变及其表现形式 43
3.5 发射通路滤波器畸变及其表现形式 45
3.6 寄生谐波和载波泄漏 47
3.7 暂态过程特性 48
3.8 本章小结 51
参考文献 51
第4章 辐射源目标识别的理论性能分析 54
4.1 辐射源目标识别的信息论描述 54
4.1.1 辐射源目标识别的信息论模型 54
4.1.2 互信息性能度量及其计算 57
4.1.3 辐射源目标识别的信息论指导 59
4.2 基于似然比检验的理论性能分析 60
4.2.1 信号模型 61
4.2.2 似然比检验性能推导 64
4.2.3 仿真结果 67
4.3 本章小结 68
参考文献 69
第5章 基于信号表现形式的辐射源特征提取 70
5.1 基于常规信号参数的辐射源特征提取 70
5.1.1 通用常规信号参数 70
5.1.2 通信辐射源的常规信号参数 72
5.1.3 电子辐射源的常规信号参数 75
5.2 基于数学描述和拟合的辐射源特征提取 77
5.2.1 暂态特性的统计描述 77
5.2.2 暂态特性的分形描述 78
5.2.3 暂态特性的多项式拟合 78
5.3 基于域变换的辐射源特征提取 79
5.3.1 时域表示 80
5.3.2 频域表示 82
5.3.3 线性时频域表示 82
5.3.4 二次时频域和模糊函数表示 84
5.3.5 Hilbert-Huang 变换域表示86
5.3.6 累量函数和累量谱表示 87
5.3.7 循环自相关函数和循环谱表示 88
5.3.8 变换域方法评述 89
5.4 基于脉内无意调制*线的电子辐射源特征提取 90
5.5 本章小结 92
参考文献 93
第6章 基于发射机畸变的通信辐射源特征提取 95
6.1 引言 95
6.2 特征提取预处理 96
6.2.1 样本构造 97
6.2.2 同步对齐 98
6.3 暂态畸变特征提取 100
6.3.1 幅度暂态指纹特征提取 101
6.3.2 相位暂态指纹特征提取 102
6.3.3 暂态畸变特征提取步骤 105
6.3.4 性能分析和比较 105
6.4 IQ 正交调制畸变特征提取 107
6.4.1 Brik调制域特征提取方法 107
6.4.2 基于机理的IQ调制畸变特征提取 108
6.5 频率调制畸变特征提取 114
6.5.1 开环VCO直接调制的畸变特性参数估计 115
6.5.2 闭环VCO直接调制的畸变特性参数估计 116
6.5.3 VCO间接调制的畸变特性参数估计 118
6.5.4 频率源切换调制的畸变特性参数估计 119
6.5.5 频率调制畸变特征提取方法的性能仿真 120
6.6 频率源畸变特征提取 121
6.6.1 相噪的ARMA信号模型 122
6.6.2 相噪ARMA模型求解 123
6.6.3 性能分析和比较 125
6.7 功放畸变特征提取 126
6.7.1 基于倍频成分的窄带功放畸变特征提取 127
6.7.2 基于基频成分的窄带功放畸变特征提取 128
6.7.3 性能分析和比较 130
6.8 发射机畸变特征联合提取 131
6.8.1 信号模型 132
6.8.2 联合*大似然参数估计 133
6.8.3 理论性能分析 139
6.8.4 性能仿真和分析 142
6.9 本章小结 146
参考文献 146
第7章 复杂信道下的辐射源特征提取 148
7.1 多径衰落信道下的辐射源特征提取 148
7.1.1 平坦衰落信道下的辐射源特征提取 149
7.1.2 频率选择性衰落信道下的通信辐射源特征提取 150
7.1.3 多径信道下的电子脉冲脉内无意调制特征提取 164
7.2 多普勒效应下辐射源特征提取 165
7.2.1 多普勒效应对辐射源个体识
试读
第1章 电磁辐射源目标识别技术概述
1887年，物理学家赫兹(Hertz)通过实验证明了电磁波的存在；1894年，意大利青年马可尼(Marconi)采用其发明的无线电报机，在其三楼实验室与1.7km之外的山丘之间成功实现了无线电报通信；1935年，瓦特(Watt)和一批英国电机工程师成功研制了**部探空雷达。时至今日，承载着各种通信和探测功能的电磁波辐射源已经遍布全球，形成了仍在日趋复杂的电磁环境，对辐射源目标认知的需求随之产生：人们不但希望掌握各种电磁辐射源所在位置，还希望了解其目标属性。
1.1 电磁辐射源目标识别的基本概念
本书所述的辐射源均特指电磁波辐射源。根据其功用上的差别，电磁辐射源可以分为通信辐射源和电子辐射源两大类：前者所辐射的信号上内含有调制信息，主要用于实现通信功能；后者所辐射的信号通常以短脉冲形式出现，脉内附加有固定调制或无调制，用于实现探测导航等功能。电磁辐射源本身以某种型号的电台或雷达发射机设备的形态存在，但其通常为某一特定用户或用户群所使用，并有可能安装在某一机动平台上(如车、舰、机)，辐射源与发射机、用户或者平台的固有关联使其很自然地产生了目标属性。
对辐射源目标认知的结果体现为给不同电磁辐射源关联上不同的目标标识。凡能对不同辐射源进行某种区分的属性均可作为目标标识，如发射机的型号和其唯一编号、辐射源所属平台的类型(如车型、舰型、机型等)、辐射源所归属的用户或用户群、辐射源所关联的平台的唯一编号或名称等，具体选用哪种标识取决于具体应用场景和应用需求。辐射源目标识别技术正是希望从电磁波中获取对应的辐射源标识信息。
要实现辐射源目标识别，需要对所接收的电磁波进行特性分析，提取与辐射源相关的特征。电磁波的特性由电磁波的设计、产生、传播和接收四个过程所决定。一般而言，对不同辐射源，这四个过程的具体实现和实施存在一定程度的差别，因而造成相应的电磁波特性的差异，体现在信号规格、信号内涵(调制信息)和信号波形等多个方面，这正是辐射源目标识别的特征来源。
因此可以对电磁辐射源目标识别做以下定义。
定义1.1 电磁辐射源目标识别是通过对电磁辐射源所辐射的电磁波信号的特征测量和分析实现对辐射源所关联的目标的类型、身份或其他标识属性的识别。
从标识属性的内容来看，辐射源目标识别可以是对辐射源类型的识别，如对不同品牌手机型号的识别。在某些应用中，对辐射源目标的识别希望精确到个体层面上，即使是对相同类型相同型号的辐射源也能够进行区分，这种辐射源目标识别称为辐射源个体识别，也称特定辐射源识别(specific emitter identification， SEI)。由于个体总是归属于某个类型，能够完成辐射源个体识别的特征也可作为辐射源类型特征的一部分实现辐射源类型识别。
对于通信辐射源而言，辐射源个体识别有可能依据信号内涵完成，即通过解译电磁波上的调制信息内容获得身份信息，但信息加密可能使这种方法不可行；而对电子辐射源，其所辐射的电磁波本身就不携带调制信息。这就迫使人们去寻求一种不依赖信号内涵的辐射源个体识别方法，辐射源指纹识别正是这样一种技术。
定义1.2 辐射源指纹识别通过提取辐射源设备差异体现在射频信号外部结构上的个体特征，完成对辐射源发射机或其所关联的目标个体的识别。
辐射源指纹识别也称射频指纹识别(radio frequency fingerprinting，RFF)。如图1.1所示，辐射源指纹识别的概念借鉴了可对人类身份进行唯一关联的人类指纹，即将经过精细测量获得的信号特征构成描述辐射源目标身份的“指纹”。这些信号特征来源于辐射源发射机，体现了辐射源的设备差异。尽管不同辐射源设备之间的差异可能十分微小，但一定存在。“世界上不存在完全相同的两个发射机”这一论断在哲学上和物理上都具备合理性，发射机的个体差异也已经在对实际发射机的测试中得到证实[1]。
图1.1 辐射源指纹识别概念示意图
根据上述介绍，辐射源目标识别、辐射源个体识别和辐射源指纹识别的概念层次如图1.2所示。需要说明的是，对于辐射源个体识别和辐射源指纹识别，学术界还提出了其他一些相关联的术语，如电台个体识别、雷达个体识别、发射机个体识别、发射机指纹识别、细微特征提取、外部特征提取，但并未对这些术语进行严格定义。从其前后内容背景来看，这些术语与本书术语在含义上存在很大的交集，但在内涵和外延上又可能存在些许差异，本书不一一说明，将按照本书术语体系进行论述。
图1.2 辐射源目标识别的概念层次
以下对本书所涉及的辐射源目标识别的术语进行定义和说明，以便后面内容论述。这些定义和说明均在本书所述辐射源目标识别背景下限定，不推广到其他领域。
(1)辐射源特征：用以对辐射源进行区分性描述的标量或由一组特征标量组成的向量(即特征向量)，辐射源特征是对辐射源各种特
