做接收机的小编不是周杰伦的粉丝，却被他的“信号接收与分析能力”所折服。2015年《最强大脑》第二季节目中，现场演奏者随机从他的数百首歌曲中，逆向弹奏，他通过识别出G调等关键特征，成功判断出原曲是《晴天》。虽然理论上说，倒弹的曲子也唯一映射了原曲，但对于几乎所有普通人而言，参加叮叮咚咚的《开门大吉》都难，这种逆向分析可以说是难于上青天。

图1 周杰伦参加《最强大脑》第二季节目录制

我们不是明星，但对于做信号分析的小伙伴来说，我们也有自己的绝技，可以分辨几乎一模一样的电子设备，它就是电磁指纹。

我们坚信，世上没有两片一样的树叶。上升到“上帝之眼”的高度：世间万物，就没有两个可以完全一样。如此，我们有理由相信，人类工业生产的任何两台电子设备也不可能完全一样，即使它们来自同一间工厂、同一个型号、同一个批次。

图2 即使同一批次生产的电路板也一定存在细微差异

对于用频设备而言，任何两台设备发射出来的电磁信号也不可能完全一样，每一个设备独一无二的电磁发射特征，就是其电磁指纹。

在电子战对抗、物联网设备溯源、工业系统安防等关键领域，电磁指纹分析技术有着令人神往的前景。该技术通过捕捉用频设备因硬件公差、电路结构差异产生的独特电磁信号特征，实现设备个体识别、故障预警与定位追踪。例如，战场中可通过雷达等信号指纹锁定特定作战平台，构建 "信号即情报" 的多维感知体系，预测敌方作战单元部署规律与战术意图，辅助战场态势研判，工业场景下能依据电机电磁特征判断轴承磨损状态。

本质而言，电磁指纹识别技术可行的前提是：观测与分析能力必须要超越被识别对象的差异水平。在《最强大脑》节目中，周杰伦面对钢琴师倒着弹奏的旋律，成功判断出原曲。这个案例中，普通听众因为不具备周杰伦那样强大且敏锐的音乐感知力，所以听到的就是一串乱音，而周杰伦则像是开了“上帝之眼”，是因为他具备了分辨这种差异的能力。

这正好能体现观测分析能力与识别对象差异水平之间的关系：即，差异就在那儿，就看你的分辨力行不行？

图3 差异性与辨别能力之间的角力，是能否实现电磁指纹识别的关键

那么，进行电磁指纹分析要可行需要怎样的条件呢？一是对电磁指纹信号全面的捕获能力，二是对信息的强大分析能力。而本文将专注分析：如果要全面地捕获电磁指纹信号，对接收设备有何要求？

本文将基于"电磁信号源 - 传输信道 - 接收机"过程逻辑，拆解电磁指纹全链路特性，明确接收机关键技术指标需求。

图4 本文分析的“三大件”

我们知道，任何信息都是需要占用“频谱带宽”来传递的，用频设备的正常工作带宽由其业务属性决定——如WiFi设备多工作在2.4GHz或5.8GHz频段，带宽通常在 20-80MHz之间。那传递设备电磁指纹的信息占用的带宽有多宽呢？电磁指纹常常源于设备内部电路的固有特性，其信号成分可能远超常规业务带宽范围，如图5。

图5 业务信号频谱与非主观发射的信号频谱示意

例如，几乎所有射频电路都普遍使用了开关器件。射频开关的“开关特性”会产生显著的额外频谱占用，这种频谱宽度与信号上升时间直接相关。根据一阶系统的经典经验公式：

带宽（BW）≈ 0.35/上升时间（Tr）

不同上升时间对应的频谱宽度差异悬殊：

1.PIN二极管开关上升时间通常在纳秒（ns）量级，例如某些高性能PIN二极管开关上升时间约为5ns，代入公式可得其对应带宽约为70MHz；

2.场效应晶体管（FET）开关的上升时间更短，一些GaAs FET开关的上升时间能达到亚纳秒级别，如0.5ns，对应的带宽则高达700MHz。

这意味着高速开关器件产生的电磁指纹可能扩散到数百兆赫兹的带宽范围。所以，接收机需要百MHz级带宽，否则这些关键的指纹成分将被直接滤除或产生混叠失真。

同时，开关动作的瞬时性决定了电磁指纹具有极强的时间动态性，需接收机具备极短的100%POI（截获概率）能力，比如低至ns级。

电磁指纹信号在空间传输中面临三重核心挑战，直接决定了接收机的性能底线：

（一）小信号+高频=微弱信号

无意识的发射常常是非常微弱的信号，而这些信号特征往往分布在较高的频率范围内，根据自由空间路径损耗公式：

L = 32.5+20lgF(MHz)+20lgD (km)

频率每提升10倍，传输损耗增加20dB。这种剧烈衰减使得到达接收机的指纹信号往往极为微弱，综合而言，要求接收设备具备极高的灵敏度。

（二）多径传播干扰

空间中的建筑物、地形等会导致信号发生反射、折射，形成多径传播。不同路径的信号叠加会造成指纹特征的畸变，如脉冲波形展宽、相位偏移等。这就需要接收机具备解析多径信号的能力，通过信号分离还原原始指纹特征。

（三）带外干扰叠加

空间中，不仅仅有目标设备自己的辐射的信号，也有大量正常的无线电信号，如在2.4GHz的ISM频段，蓝牙、Wi-Fi、Zigbee 等多种无线设备同时工作，微波炉等设备在工作时也会在此频段产生强烈干扰，更不用说空中基站信号，卫星信号等，这些信号可能会简单地叠加，也可能会落入特定的干扰频点，这种复杂的电磁环境会掩盖住微弱的设备指纹信号，因此，要求接收机必须具备优异的干扰抑制能力和信号选择能力。

应对上述挑战，接收机需同时满足高灵敏度、强干扰抑制、多径分析三大核心需求。

当无线电指纹信号历经千辛万苦到达接收机时，我们一定不希望接收机自身的干扰叠加到这些“宝贵又微弱”的信号上面去，如图6。

常见的零中频、低中频接收机存在致命缺陷：其简易结构会产生大量内部假信号，如直流偏移、本振泄漏、时钟相关杂散等。在接收已知信号时，可通过先验知识筛选剔除这些干扰，但面对未知、微弱的宽频指纹信号，这些内部假信号将直接掩盖真实特征。

图6 接收机自身假信号与空中电磁信号叠加示意

相比之下，通过《SDR就是零中频接收机吗？》，我们知道，采用多级变频结构的超外差式无线电监测接收机能够完美解决这一问题：

1. 通过预选滤波器实现初步的带外干扰抑制；

2. 经多级变频将高频信号转换为固定中频，既便于高增益放大提升灵敏度，又能通过中频滤波器进一步滤除杂波；

3. 二次变频设计可大幅提高镜频抑制能力，将内部假信号控制在极低水平；

这种架构的高动态范围与低假信号特性，使其成为电磁指纹分析的理想选择。                                  

综合信号源、传输信道与接收机结构的特性分析，用于电磁指纹分析的接收机必须具备“六高” 核心性能：

1.大带宽：匹配指纹信号的宽频扩散特性，避免特征丢失；

2.高度实时：捕捉开关动作等瞬时特征，实现无遗漏监测；

3.高灵敏度：抵消高频传输衰减，接收微弱指纹信号；

4.智能分析能力：解析多径信号，还原畸变的指纹特征；

5.高自身假信号抑制能力：通过多级变频架构降低内部干扰；

6.高带外抑制能力：滤除空间中的无关干扰信号。

满足这些要求的超外差式接收机，可以在复杂电磁环境中精准捕捉设备的“电磁 DNA”，为指纹分析提供可靠的信号基础。但有效的且全面的接收还仅仅是基础，要想成为电磁信号分析领域的“周杰伦”，我们还必须要练就强大的信号分析算法，于一丝一毫间把握设备独一无二的特征，让设备的隐形指纹像人类指纹一样可见、可靠。

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祯仪科技，专业从事宽频段无线电信号接收，适用于无线电管理、信号侦查与分析、通用频谱分析、卫星导航监测、低空复杂电磁环境感知等。