防空體系反制網電攻擊的UML與Petri網模型*

黃仁全，李為民，王春陽，賀筱軍

(空軍工程大學導彈學院，陜西三原 713800)

0 引言

網電空間，即網絡電磁空間，是對網絡空間與電磁空間的統(tǒng)稱。隨著信息化的發(fā)展，網電空間作為一個獨立作戰(zhàn)領域登上了歷史舞臺［1］。美軍高度重視網電空間作戰(zhàn)，并于2009－06－23成立了“網電司令部”(cyber command)，美國空軍提出了“在空中、太空與網電空間翱翔與戰(zhàn)斗”的口號。

海灣戰(zhàn)爭中，美國特工把攜帶計算機“病毒”的芯片安裝到伊拉克的打印機中，并通過無線遙控將病毒激活，致使伊方防空指揮系統(tǒng)陷入癱瘓［2］;2007－09－06傍晚，以色列空軍運用美軍研制的“舒特”系統(tǒng)，成功躲過敘利亞軍隊苦心經營多年的防空體系，對敘方縱深100 km內的所謂“核設施”目標實施了毀滅性突擊［3］;據有關媒體報道，2011－03－19日法國、美國、英國等西方國家對利比亞發(fā)動的“奧德賽黎明”軍事打擊中，美軍使用了“舒特”系統(tǒng)壓制利比亞防空火力。此外，美軍通過一項“小企業(yè)創(chuàng)新研究”計劃，正在研制更有效的，能通過有線/無線方式注入敵方計算機系統(tǒng)的計算機病毒，其中包括通過天線電磁波輻射注入病毒和利用衛(wèi)星進行輻射式注入病毒等;美軍還在研究能遠程注入計算機病毒的“病毒炮”，計劃用10年的時間研制出“病毒炮彈”［4］?？找u方采用網電攻擊給傳統(tǒng)防空體系帶來了新挑戰(zhàn)，對傳感器系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)和攔截打擊系統(tǒng)提出了全面的嚴峻威脅。因此，信息化條件下，開展防空體系反制空襲方網電攻擊的研究，建立相關軍事概念模型，具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

1 網電攻擊典型作戰(zhàn)樣式及反制策略分析

分析空襲防空網電攻擊典型作戰(zhàn)樣式，是研究防空體系反制網電攻擊策略的基礎?！笆嫣亍毕到y(tǒng)是典型網電作戰(zhàn)裝備，通過分析可得到3種典型作戰(zhàn)樣式:物理摧毀、電子攻擊和網絡攻擊。為此，分別從物理層次、能量層次和網絡層次探索反制網電攻擊的對策。

1．1 網電攻擊典型作戰(zhàn)樣式

“舒特”系統(tǒng)是典型的網電攻擊裝備，由數(shù)據植入模塊、監(jiān)視輸出模塊和時敏控制模塊構成，并主要由RC－135V/W，EC－130H和 F－16CJ戰(zhàn)斗機平臺實施作戰(zhàn)任務［5－6］?！笆嫣亍毕到y(tǒng)有 3 種可供選擇的攻擊方式，一是通過數(shù)據鏈將目標信息傳遞給F－16CJ戰(zhàn)斗機，對目標實施反輻射攻擊或精確打擊;二是通過數(shù)據鏈將目標信息傳遞給EA－6B，EA－18G等電子戰(zhàn)飛機，對目標實施電子干擾;三是通過數(shù)據鏈將目標信息傳遞給EC－130H電子戰(zhàn)飛機，對目標實施網絡攻擊。因此，網電攻擊裝備打擊防空體系的典型作戰(zhàn)樣式主要包括:物理摧毀、電子攻擊和網絡攻擊3種。

物理摧毀主要是破壞防空體系指控系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)及通信系統(tǒng)等裝備的可靠性或中斷可用的數(shù)據信息，攻擊主要以軍用信息網絡為目標、以硬殺傷為主要手段，以常規(guī)物理方式直接破壞、摧毀防空信息網絡系統(tǒng)的實體，完成對指揮控制中心、關鍵節(jié)點和重要鏈路目標的打擊和摧毀任務。

電子攻擊的實質是電磁領域的斗爭，是空襲方為爭奪電磁頻譜的控制權(即制電磁權)所展開的斗爭。以空襲電子戰(zhàn)力量，截獲防空系統(tǒng)電子設備工作頻率、工作方式和使用的戰(zhàn)術手段，采取軟、硬結合的方式，干擾、壓制或摧毀防空信息系統(tǒng)電子設備。電子攻擊主要運用電子干擾、電子欺騙或定向能武器，削弱、壓制和摧毀防空體系電子戰(zhàn)能力，或采用反輻射武器直接攻擊防空電磁輻射源。

網絡攻擊是空襲方針對防空體系可資利用的信息網絡環(huán)境，以信息網絡為主要作戰(zhàn)對象，以先進的網絡攻擊技術為基本手段，圍繞“制網絡權”的爭奪，以達到贏得戰(zhàn)爭的勝利為最終目的。網絡攻擊通常以防空體系雷達系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和信息處理設備等薄弱環(huán)節(jié)進入防空體系，對防空信息網絡進行刺探、破壞和擾亂。

1．2 防空體系反制網電攻擊策略

針對網電攻擊典型作戰(zhàn)樣式、攻擊目標及作戰(zhàn)特點等，防空體系可分別從物理層次、能量層次和網絡層次綜合采取反制措施［1－7］，如表1所示。

表1 防空體系反制網電攻擊策略Table 1 Strategies of the ADSCCA

2 防空體系反制網電攻擊的UML模型

統(tǒng)一建模語言(unified modeling language，UML)是一種定義良好、易于表達、功能強大且普遍適用的面向對象建模語言，代表了先進的面向對象理論。UML統(tǒng)一了面向對象建模的基本概念、術語及其圖形符號，為人們建立了便于交流的共同語言，使得建立一個可視化、規(guī)范化、結構化、文檔化的面向對象的系統(tǒng)成為可能。UML共包括9類視圖——類圖、對象圖、狀態(tài)圖、活動圖、順序圖、協(xié)作圖、用例圖、組件圖以及配置圖，其中用例圖主要用于描述系統(tǒng)的功能［8］。為此，采用UML的用例圖研究防空體系反制網電攻擊策略，以描述系統(tǒng)結構、行為和功能3個方面內容，如圖1所示。信息化條件下的防空必須貫徹“聯(lián)合防空”指導思想［9－10］，依據防空力量作戰(zhàn)任務的區(qū)別，在聯(lián)合防空指控中心下分別設立反導作戰(zhàn)指控中心、反衛(wèi)作戰(zhàn)指控中心、航空兵作戰(zhàn)指控中心、防空作戰(zhàn)單元指控中心和信息融合與分發(fā)中心。偵察預警系統(tǒng)通過各種網絡、電子偵察手段獲取目標信息，并將信息傳遞給信息融合與分發(fā)中心，生成空防作戰(zhàn)態(tài)勢;聯(lián)合防空指控中心依據戰(zhàn)場態(tài)勢向反導、反衛(wèi)、航空兵以及防空作戰(zhàn)單元指控中心下達作戰(zhàn)任務，信息融合與分發(fā)中心為作戰(zhàn)實施提供必要信息支援。在此，論文重點探索隸屬防空作戰(zhàn)單元的防空作戰(zhàn)力量的結構、行為、功能及相互關系。

圖1 防空體系反制網電攻擊UML用例圖Fig．1 UML figure of the ADSCCA

3 防空體系反制網電攻擊的Petri網模型

Petri網是經實踐驗證的一個非常有利于分析和建立分布、并行、隨機模型的方法和工具，是描述具有分布、并發(fā)、異步特征系統(tǒng)的有效工具［11］。在防空體系反制網電攻擊作戰(zhàn)行動中，將每一步事件發(fā)生的前后狀態(tài)用Petri網的庫所表示，每一步事件的發(fā)生用Petri網的變遷表示，條件為真時在所對應的庫所置入令牌，從而建立防空體系反制網電攻擊的Petri網模型［12］，如圖2所示。表2，3分別為防空體系反制網電攻擊作戰(zhàn)過程中的變遷、庫所及其對應的含義。

采用UML建模具有直觀，有利于對系統(tǒng)功能的理解、分析和設計的優(yōu)點，但卻存在難以描述系統(tǒng)的動態(tài)特性等缺點;而Petri網有利于描述具有分步、并發(fā)、異步特征的離散事件動態(tài)系統(tǒng)，但存在難于描述系統(tǒng)的組成結構等系統(tǒng)特征。因此，采用UML和Petri網對防空體系反制網電攻擊建模，可使兩種建模方法取長補短。

圖2 防空體系反制網電攻擊Petri網模型Fig．2 Petri net model of ADSCCA

表2 防空體系反制網電攻擊的變遷及含義Table 2 Transition and meaning of ADSCCA

表3 防空體系反制網電攻擊的庫所及含義Table 3 Place and meaning of ADSCCA

續(xù)表Continued table

4 結束語

網電攻擊是信息化條件下，防空體系面臨的新型威脅，給傳統(tǒng)防空體系帶來全面的挑戰(zhàn)。論文經深入分析典型網電攻擊裝備——“舒特”系統(tǒng)，得到了網電攻擊3種作戰(zhàn)樣式，并在此基礎之上探索防空體系反制網電攻擊策略。通過UML和Petri網建模，初步研究了防空體系反制網電攻擊的反制策略、作戰(zhàn)結構、作戰(zhàn)步驟等問題。但由于條件所限，僅從理論上探索了防空體系應對網電攻擊的對策及其反制策略，上述方法暫時無法通過實踐檢驗。

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