骤(3)，产生形状特征Sr;
[0045] 进入步骤(4)。
[0046] 上述步骤(2)中星座图的阶梯化处理，如图2所示，指在两个连续的星座点(X1，y〇， (12,72)中增加(11，72)，并将星座图中的(11，71)先连接(11，72)再连接(12,72)产生所述星座 轨迹图。
[0047] 具体地，本实施例中以CC2530芯片作为第二设备为例，以CC2530芯片建立的最小 系统为实验发射平台，设置其射频参数为:发送数据包长度60个字节，数据包发送间隔200 毫秒，发送功率4.5dbm，中心频率2405MHz，调制方式为0QPSK。以USRP软件无线电平台为接 收平台，采用零中频的采样方案，采样率为20MHz，接收信号的0QPSK星座图为一个圆，如图3 所示;将该图中的星座点进行阶梯化处理产生的星座轨迹图如图4所示。
[0048] 上述步骤(3)中，提取星座轨迹图内外轮廓的形状特征S作为样本包括以下步骤： [0049]确定坐标：以坐标(0,0)为原点，以过原点的水平线为横坐标，以过原点且与横坐 标垂直的为纵坐标，横、纵坐标将整个图划分为四个部分，即四个象限。
[0050] 确定星座轨迹图外轮廓的标准形状:对图4中星座轨迹图外轮廓的初始形状上各 点求幅度值，分别获取四个象限上幅度值的极值点，当某一象限上出现极值相同的点时，则 取这些点的几何中点（即：该点的横坐标为几个极点横坐标的平均值，纵坐标为几个极点纵 坐标的平均值)作为极值点，按顺时针或逆时针依次连接所获取到的4个极值点，形成一个 四边形作为星座轨迹图外轮廓的标准形状；
[0051] 确定星座轨迹图内轮廓的标准形状：以图4中星座轨迹图的中心最大空白区域作 为内轮廓的初始形状，在内轮廓中选取4个点，4个点分别为:横坐标最大值对应的点，横坐 标最小值对应的点、纵坐标最大值对应的点、纵坐标最小值对应的点，按顺时针或逆时针依 次连接这4个点形成一个四边形作为星座轨迹图的内轮廓的标准形状;得到如图5所示的内 外轮廓的标准形状；
[0052] 确定形状特征S:
[0053]图5中外轮廓的各边边长分别表不为3。11、3。12、3。13、3。14，；内轮廓的各边边长分别 表不为Sill、Sil2、Sil3、Sil4 ;外轮廓的各对角线长度分别表不为Sodl、S〇d2 ;内轮廓的各对角线 长度分别表示为Sldl、Sld2;外轮廓的中心点C。为外轮廓两条对角线的交点，内轮廓的中心点 G为内轮廓两条对角线的交点（图中用线条指示）；外轮廓的两条对角线夹角角度为3。3，内 轮廓的两条对角线夹角角度为S la;，以角度1°为间隔，分别从原点引出360条线，求这360条 线与图4的外轮廓初始形状及图5的外轮廓标准形状的两个交点的幅度差。这360个差值组 成外轮廓的不对称度S〇 s，也可以对360个差值进行分组求和，降低Sos的维数，如以每个象限 为一个分组，则S〇s为四维向量。同理获得内轮廓的不对称度S is。CC2530芯片的形状特征S为 上述各因素所形成的集合 SziSoihSoihSomScahScK^ScK^Cc^Sc^Sc^SiihSiihSimSm、 Sidl、Sid2、Ci、Sia、Sis} 〇
[0054] 上述步骤(4)中若样本数未达到预设的数量，改变时间窗口W获得如图6所示的一 种星座轨迹图，针对不同的时间窗口 Wi，W2，W3 . . . Wi ...，其形状特征分别为 \ Α·2，，…&，…嗔中&为一集合，包含了将IQ信号的时间窗口为Wi时所获取到的形状 特征S。
[0055] 改变采样率R获得如图7所示的一种星座轨迹图，针对不同的采样率以，1?2， R3. . .Rl ..，其形状特征分别为*-?…，其中\为一集合，包含了将IQ信号的采 样率为Ri时所获取到的形状特征S。
[0056] 当采集样本数达到预设的数量时，建立第二设备的设备指纹F，并将该设备指纹F 存储在合法设备指纹样本库中。上述预设的数量根据系统的实际识别性能要求来设定，对 于某一合法设备，该设备的设备指纹F包括了该设备在预设的数量条件下，不同的时间窗、 采用率所对应的形状特征S所形成的集合。
[0057] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于星座轨迹图像特征的设备指纹提取及设备识别方法，包括W下步骤： (1) 认证判断设备接收其合法设备的发射信号得到数字调制信号，并利用IQ信号建立 星座图. (2) 对所述星座图中的星座点进行阶梯化处理得到星座轨迹图，并提取所述星座轨迹 图的内、外轮廓； (3) 提取所述星座轨迹图的内、外轮廓的形状特征S作为样本； (4) 判断采集的样本数是否达到预设的数量，若是，则利用步骤(3)中提取的形状特征S 建立所述合法设备的设备指纹F，并将该设备指纹F存储在合法设备指纹样本库中； (5) 当接入设备向所述认证判断设备发送通信请求时，所述认证判断设备的接收端提 取所述接入设备的设备指纹，并与所述合法设备指纹样本库中存储的设备指纹进行比对， 若在所述合法设备指纹样本库中匹配到所述接入设备的设备指纹，则所述接入设备为合法 设备，若没有匹配到所述接入设备的设备指纹，则所述接入设备为非法设备。2. 根据权利要求1所述的基于星座轨迹图像特征的设备指纹提取及设备识别方法，其 特征在于，若步骤(4)中采集的样本数没有达到预设的数量，则进行W下步骤： 改变所述IQ信号的时间窗口 W的宽度和位置，重复步骤(2)和步骤(3)，对于一窗口 Wi，获 取其对应的形状特征*%: ? 改变所述IQ信号的采样率R，重复步骤(2)和步骤(3)，对于一采样率Ri，获取其对应的形 状特征 进入步骤(4)。3. 根据权利要求1所述的基于星座轨迹图像特征的设备指纹提取及设备识别方法，其 特征在于，步骤(2)中所述阶梯化处理是指在任意两个星座点（xi，yi)，（X2，y2)中增加(XI， y2)，将星座图中的（xi，yi)先连接(xi，y2)再连接(X2，y2)得到所述的星座轨迹图。4. 根据权利要求1所述的基于星座轨迹图像特征的设备指纹提取及设备识别方法，其 特征在于，步骤(3)中提取所述星座轨迹图的内、外轮廓的形状特征S，包括W下步骤： 确定坐标：W坐标(〇,〇)为原点，W过原点的水平线为横坐标，W过原点且与横坐标垂 直的竖直线为纵坐标，横、纵坐标将所述星座轨迹图划分为四个部分作为四个象限； 确定星座轨迹图外轮廓的标准形状所述星座轨迹图的外轮廓为外轮廓的初始形 状，对所述外轮廓的初始形状上各点求幅度值，分别获取四个象限内幅度值的极值点，当某 一象限上出现极值相同的点时，则取运些点的几何中点作为极值点；按顺时针或逆时针依 次连接所获取到的极值点，形成一个四边形作为星座轨迹图外轮廓的标准形状； 确定星座轨迹图内轮廓的标准形状所述星座轨迹图的中屯、最大空白区域作为内轮 廓的初始形状，在内轮廓中选取4个点，按顺时针或逆时针依次连接运4个点形成一个四边 形作为星座轨迹图的内轮廓的标准形状;所述4个点为:横坐标最大值对应的点，横坐标最 小值对应的点、纵坐标最大值对应的点、纵坐标最小值对应的点； 确定形状特征S :所述形状特征S为集合S ={ Soli、S〇12、S〇13、Sou、Sodl、S〇d2、C。、Soa、Sos、 Sill、Sil2、Sil3、Sil4、Sidl、Sid2、Ci、Sia、Sis }，其中，Soli、Sol2、Sol3、Sol4分别为外轮廓的标准形状 的各边边长，ScKll、ScKl2分别为外轮廓的标准形状的各对角线长度，Sea为外轮廓的两条对角线 夹角角度，C。为外轮廓的中屯、点，Sds为外轮廓的不对称度;5111、5112、5113心14分别为内轮廓 的标准形状的各边边长，Sidl、Sid2分别为内轮廓的标准形状的两个对角线的长度，Cl为内轮 廓的中屯、点，Sia为内轮廓的两条对角线夹角角度;Sis为内轮廓的不对称度。5. 根据权利要求4所述的基于星座轨迹图像特征的设备指纹提取及设备识别方法，其 特征在于， 所述外轮廓的不对称度Sds的定义为：W角度1°为间隔，分别从原点引出360条线，求取 运360条线与所述星座轨迹图外轮廓的初始形状及外轮廓的标准形状的两个交点的幅度 差，各幅度差依次排列所形成的向量； 所述内轮廓的不对称度Sis的定义为：W角度1°为间隔，分别从原点引出360条线，求取 运360条线与所述星座轨迹图内轮廓的初始形状及内轮廓的标准形状的两个交点的幅度 差，各幅度差依次排列所形成的向量。6. 根据权利要求4所述的基于星座轨迹图像特征的设备指纹提取及设备识别方法，其 特征在于， 所述外轮廓的不对称度Sds的定义为：W角度1°为间隔，分别从原点引出360条线，求取 运360条线与所述星座轨迹图外轮廓的初始形状及外轮廓的标准形状的两个交点的幅度 差，W每个象限为一个分组，对所述幅度差进行分组求和，得到四维不对称度； 所述内轮廓的不对称度Sis的定义为：W角度1°为间隔，分别从原点引出360条线，求取 运360条线与所述星座轨迹图内轮廓的初始形状及内轮廓的标准形状的两个交点的幅度 差，W每个象限为一个分组，对所述幅度差进行分组求和，得到四维不对称度。
【专利摘要】本发明公开了一种基于星座轨迹图像特征的设备指纹提取及设备识别方法，认证判断设备获得合法设备的发射信号并建立星座图，再通过对星座点的阶梯化处理产生星座轨迹图，利用星座轨迹图的轮廓提取其中的形状特征，当采集样本数达到系统要求即可建立设备指纹，将设备指纹存储在样本库中，最后利用样本库中的设备指纹对接入设备进行合法性验证。本发明方法从设备发射信号的星座轨迹图中提取图像特征作为设备指纹，可以快速实现设备指纹特征的提取及身份识别，为设备指纹特征提取方法提供了新思路。
【IPC分类】G06F21/44
【公开号】CN105550569
【申请号】CN201610080947
【发明人】姜禹, 胡爱群, 彭林宁
【申请人】东南大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年2月4日