1.一种基于深度学习射频指纹的无人机身份识别方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:步骤1、无人机开机运行,并发射射频信号;
步骤2、天线接收空气中的射频信号,并将其传递给RF前端进行预处理,得到预处理后的射频信号;
步骤3、数字下变频处理,依次包括混频、低通滤波、抽取、生成IQ信号;
步骤4、计算得到IQ信号的幅度数据,幅度数据是接下来代入到网络进行训练或推理的原始数据;
步骤5、将幅度数据按设定固定长度划分,如果采集多个频段的射频信号,也就是同一时刻的射频信号有多个,则将多个一维幅度数据拼接在一起形成样本,即拼接后的幅度数据;
步骤6、按无人机的身份类别进行数据标注,标注采取独热编码,再按训练集测试集比例进行数据集的划分;
步骤7、样本代入到多尺度ViT网络中,整个ViT网络分为三个补丁形状不同的ViT块和一个加权求和层;
将样本按64个为一个批次代入到其中一个ViT块,首先通过卷积层提取划分为小块的特征,并将特征嵌入到高维空间,添加一个分类标记;添加位置编码,不改变维度;最终通过随机失活层进行正则化;
然后进入到Transformer编码器层,每个ViT块中有12个相同的Transformer编码器层,每一层包含自注意力机制和多层感知机MLP,并通过归一化层和残差连接提高训练效果;
将6个自注意力头的输出拼接在一起,与多头注意力层之前的归一化层的输入进行残差连接,通过随机深度层保留残差;再通过归一化层和多层感知机,多层感知机的输出与在此之前的归一化层之前的输入进行残差连接,再经过一个全连接层,输出向量维度与无人机身份类别数一致;
将三个ViT块的输出加权求和,输出向量即可推断无人机身份类别。
2.如权利要求1所述的一种基于深度学习射频指纹的无人机身份识别方法,其特征在于,所述步骤2中,所述RF前端包括天线、低噪声放大器、带通滤波器和前级放大器,无线电信号经过天线采集后,依次通过低噪声放大器、带通滤波器和前级放大器进行信号处理。
3.如权利要求1或2所述的一种基于深度学习射频指纹的无人机身份识别方法,其特征在于,所述步骤3中,混频是将预处理的射频信号与局部振荡器LO信号进行混频,以生成中频信号IF;低通滤波移除混频后产生的高频分量,只保留目标频段的低频分量;抽取是降低信号的采样率以减少数据量,同时保留主要的信息内容;生成IQ信号是指通过数字信号处理器DSP进行信号解调,分别提取信号的同相I和正交Q分量。
4.如权利要求1或2所述的一种基于深度学习射频指纹的无人机身份识别方法,其特征在于,所述步骤7中,自注意力机制有6个头学习不同特征,在每一个头中,已分块的序列使用三个不同的线性投影映射为查询Q、键K 和值V 向量,公式为,;
其中,WQ, WK, WV为权重矩阵,X为分块嵌入后的矩阵;
通过点积计算查询Q和键K之间的相似性,得到注意力得分矩阵 ,公式为,
;
其中,dk是投影维度,Softmax将括号中的矩阵的每一行的数值转换为概率分布,使得每一行的数值和为1,Softmax公式为,;
其中,[z1,z2,…,zn]为矩阵某一行的所有数值,zi表示某一行第i个数值,[y1,y2,…,yn]为Softmax转化后的概率分布,yi表示第i个概率值;
将注意力得分矩阵 与值向量V相乘,得到每个位置的自注意力输
出 ,公式为,
。
5.如权利要求4所述的一种基于深度学习射频指纹的无人机身份识别方法,其特征在于,在多尺度ViT网络的训练过程中,优化器为Adam,损失函数为分类交叉熵损失,公式为,;
其中,N是类别的数量,xi是该样本对应独热编码形式的标签中的代表不同无人机类别的分量,正确的类别位置下的分量xi为1,其余位置xi为0, 是模型预测的概率分布,即通过 Softmax 函数得到的每个类别的概率,log是对数函数,衡量指标是AUC和分类准确度。
6.如权利要求1或2所述的一种基于深度学习射频指纹的无人机身份识别方法,其特征在于,所述步骤7中,所述多层感知机的第一层输出维度为1024,第二层输出维度与输出矩阵的最后一维一致,激活函数类型为GELU,丢弃率为0。