卫星 RF 指纹可识别性的 Fisher 信息极限用于认证
信号处理
2026-04-01 v1
摘要
RF 指纹识别通过利用硬件特定的信号损伤来认证卫星发射器，但现有方法缺乏理论性能保证。我们推导了同相/正交 (IQ) 不平衡与功率放大器 (PA) 非线性参数联合估计的 Fisher 信息矩阵 (FIM)，建立了其结构依赖于星座矩的 Cramér-Rao 下界 (CRBs)。全 IQ 可识别性的必要条件是识别因子 β 大于零；对于二进制相移键控 (BPSK)，β = 0 导致 FIM 秩亏，使 IQ 参数不可识别。这为 OrbID 在 Orbcomm 上接近随机性能（受试者工作特征曲线下面积 AUC ≈ 0.53）提供了一个合理的理论解释。从 FIM 中，我们定义了一个判别指标，用于预测给定调制下哪些硬件参数主导认证。对于恒模 PSK 信号，预测 PA 非线性特征占主导地位而 IQ 特征无效。我们在 24 颗 Iridium 卫星上使用两次录制活动验证了该框架，实现了跨文件 PA 指纹相关系数 r = 0.999，并确认了所有四个 CRB 预测。判别比率加权 (DR 加权) 认证测试从六个特征获得了 AUC ≈ 0.934，而等权加权为 0.807，在相同数据上优于机器学习分类器 (AUC ≤ 0.69)。
引用
@article{arxiv.2603.29766,
title = {Fisher Information Limits of Satellite RF Fingerprint Identifiability for Authentication},
author = {Haofan Dong and Ozgur B. Akan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.29766},
year = {2026}
}