本发明公开了一种基于射频信号精细画像的多级特征提取方法，包括以下步骤：S01：采集待识别的通信辐射源个体的射频基带信号；S02：根据通信辐射源个体的分级，对射频基带信号进行功率谱函数求解；S03：根据功率谱函数计算特征向量，将所述特征向量作为通信辐射源个体的射频指纹，并生成射频基因库；S04：利用智能分类器识别所述射频基因库的射频基因特征，输出识别结果，完成通信辐射源个体识别。本发明的实质性效果包括：对设备进行分级特征提取，并求解函数即精细画像，再通过智能分类器，能够针对具有不同厂家、型号、批次的待识别信号，根据待分类特征数据的难易程度，对于提取到的信号特进行识别，实现物理层的设备识别。