文獻標識碼： A
DOI： 10.19358/j.issn.2097-1788.2023.01.012
引用格式： 徐韋佳，汪澤焱，李延標，等. 信號指紋識別技術發展與應用[J].網絡安全與數據治理，2023，42(1)：86-91.
0 引言
近年來爆發的阿富汗戰爭、伊拉克戰爭以及俄烏戰爭，無一例外以電磁波為載體作為當代軍事戰場通信的重要方式[1]。如今戰場電磁環境變化復雜，隨著空間軍事電磁設備的快速增長、運行模式愈發多樣、部署空間從早期的陸地發展到海洋和外太空，電磁信號越來越密集，加大了信號獲取難度，造成當今電磁環境日趨復雜多變[2]。如何在戰場復雜電磁環境中捕獲敵軍信號，提取關鍵信息，區分出敵我雙方的不同輻射源個體，同時獲取輻射源的型號、地理位置、信號參數等信息，對于我軍掌握戰場制信息權、實現精準打擊尤為關鍵。
指紋識別技術最初通過采集生物指紋特征，用于身份識別，是一種技術成熟的身份識別技術[3]。隨著當代通信技術的飛速發展，指紋識別的含義逐漸拓展至輻射源的個體識別。
信號指紋產生的本質原因是由于制造過程中不可避免的硬件誤差，使得傳輸信號產生不會影響正常通信功能的極其輕微的失真，具有穩定性和規律性的特點[2]，可以通過提取特征信號實現對輻射源個體進行識別，即為信號指紋識別技術[4]。在伊拉克戰爭中，美軍成功運用信號指紋識別技術，精準定位敵方電臺并一舉摧毀。因此，掌握信號指紋識別技術，實現輻射源的個體識別，已經成為獲取情報、把握戰場主動權的有效途徑[5]。
信號指紋識別是一種基于物理層的設備識別方案，其概念來源于雷達識別領域的特定輻射源識別(Specific Emitter Identification，SEI)。傳統的雷達識別是通過各種脈沖參數對雷達進行識別，當脈沖參數相似時，雷達系統會表現出相似的電磁特性，此時則難以識別不同雷達個體。
為了解決雷達個體識別問題，以美國為代表的軍事大國率先開展關于信號指紋識別技術的研究，迄今為止已取得快速發展。早在1977年，美國海軍實驗室開展雷達領域SEI的研究，通過提取特征信號成功識別雷達發射器，其項目負責人Goodwin率領團隊在該領域上研究十多年，并且因此獲得美國海軍文職人員卓越貢獻獎[6]。美國陸軍于1990年啟動測量與特征情報“Measurement and Signature Intelligence(MASINT)”管理計劃，是基于SEI技術的延伸，重點研究能反映輻射源個體信息的指紋特征[7]。此外，歐洲的發達國家也在軍事領域加強信號指紋識別技術的研究。英國QinetiQ公司近年研制了CELT Mariner RWR船用告警器，捷克研制了具備SEI技術的VERA-E系統，德國即將研制具備SEI技術的“歐洲鷹”無人機[7]。信號指紋識別技術不僅僅可以實現敵我輻射源個體的識別，同時可以獲取敵方輻射源地理位置、型號等相關設備信息，進一步獲取通信網絡、作戰指揮等相關信息，在軍事上的應用舉足輕重。國際上的軍事大國重視對信號指紋識別技術的研究，并且已經成功運用到設備研制和戰場實例中，例如近期的俄烏戰爭，美軍和歐洲強國的軍事裝備在戰場上取得了良好的軍事效果。
20世紀90年代，民用信號指紋識別技術開始發展，且得到廣泛應用。由于信號指紋具有獨一無二、難以仿冒的特點，可以作為輻射源個體特殊的身份標識。目前，信號指紋識別技術已經被多個無線通信系統驗證，例如雷達、Wi-Fi、ZigBee、蜂窩移動網絡等。由于指紋識別技術工作在物理層，和上層身份接入機制相輔相成，可以有效彌補傳統個體識別技術的不足，提高無線網絡接入的安全性[6]。
近年來，國內開始著手信號指紋識別技術的研究，并且取得了階段性研究成果。國內多家科研機構和高校，例如華中科技大學、電子科技大學、東南大學、西安電子科技大學、電子科技集團第36所和第10所，在理論研究(主要是算法研究和計算機仿真方面)上取得了一定研究成果[4]，通過對信號特征提取算法的不斷改進和優化，提高個體識別效果。華中科技大學的徐書華博士，在理論研究的基礎上，采用電臺實物個體進行實驗驗證，實驗結果顯示，在較低信噪比環境下，可以實現同一型號的不同電臺個體識別，證明了信號指紋識別技術的實際可行性[8]。
隨著射頻通信設備在軍事中逐步得到廣泛應用，近年來，國內關于信號指紋識別的研究目標逐漸轉移到了射頻信號領域，且取得了一定研究成果。然而，由于信號指紋識別技術具有重要軍事價值，出于保密原因，難以接觸到核心內容，因此共開出版文獻記錄很少[9]。加上美國等發達國家針對我國的技術封鎖，國內研究起步較晚，因此國內在該項技術的研究上與美國尚存在較大差距。美軍已經將該項技術成功應用到伊拉克戰爭、俄烏戰爭中，一舉摧毀敵方雷達和電臺，我國仍停留在以識別算法為主的理論研究層面，實驗數據欠缺，目前還沒有公開資料顯示該項技術已經應用于戰況實例。
如今，信號指紋識別技術已然成為當代電子戰研究領域的熱點[4]。若能在戰場復雜電磁環境中有效提取輻射源的信號指紋特征，將不同輻射源裝備區分，即可判斷敵方通信網絡結構和設備工作狀態，為我軍戰斗計劃部署提供關鍵依據。同時，該技術的發展也促進我國通信對抗裝備的研制以及諸多民用設備的改進，具有重要戰略意義[7]。
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作者信息：
徐韋佳，汪澤焱，李延標，婁樸根，姚 佳，徐 劼，白 靜
(中國人民解放軍陸軍工程大學 基礎部，江蘇 南京211101)
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