现代社会在无线通信技术的支持下快速发展,但由于无线通信特有的开放性导致其也容易受到恶意攻击和欺诈攻击的威胁。在严峻的安全性需求推动下,人们对如何从复杂的无线电环境中找到所需信号并避免欺诈信号干扰通信提出越来越高的要求。同时人们对卫星定位等现有定位系统无法实现的新型室内定位服务的需求也在日益增长。射频信号的物理层特征包含了发射设备的固有特征和当前信道的有效特征,分别在目标识别和室内定位领域有着优秀的应用前景。在目标识别领域,物理层特征中的设备指纹具备唯一性、独立性、不可模仿性等性质,且其特征来源于发射设备而不受信号传输内容影响,能很好地弥补密码学识别方法依赖密钥、易被仿造的缺点,必将在未来的无线接入安全检验中扮演重要角色。而在区域定位领域,基于信道特征设计的室内指纹定位应用弥补了高性能的卫星定位系统在室内或地下场景无法正常工作的盲区,为未来完整的室内外定位服务衔接提供良好的可行选择。本文主要对信号的物理层特征在识别和定位领域的应用可行性进行研究。为验证物理层特征的应用价值,本文分别基于现有条件设计了实验,并根据实测结果的处理分析得出结论。本文的主要工作包括:(1)从理论出发分析了射频指纹的来源机理,并根据应用场景需求的不同将射频指纹分为来源于设备差异的识别指纹和来源于信道变化的定位指纹。然后从特征提取角度按射频指纹技术的发展过程顺序依次对特征选择的依据进行梳理。针对两种指纹的差异,分别阐述了信号特征被选为识别指纹应当满足的条件和定位指纹的选取原则。(2)从实际应用角度出发,在分析规划射频指纹识别系统算法工作流程的基础上,提出了将频谱幅度波形作为识别指纹的算法,并通过设计实验对算法可行性进行验证。实验分成非同型号设备和同型号设备两组进行,将测试集样本的分类准确率作为算法识别性能的考察指标。实验结果显示频谱幅度波形能很好地区分不同型号设备的差异,而在识别差异较小的同型号设备方面具备值得期待的潜力。(3)利用基于接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)指纹在定位领域的优势,通过理论分析及采样测试验证了功率谱波形作为定位指纹的可行性,并在此基础上提出了一种二重加权的指纹定位算法。该算法是对原RSS指纹定位算法的改进,将功率谱波形特征与采样点位置进行配对,通过波形差异度的量化比较结果对RSS定位的结果进行二次加权修正。实测数据处理结果证明了功率谱波形具备优化RSS指纹定位精度的能力,该算法能有效降低定位误差,比其他常规定位算法具有更好的定位性能。