戰(zhàn)場賽博空間中的電子戰(zhàn)系統(tǒng)綜合效能評估

朱 斌

(中國飛行試驗研究院，陜西 西安 710089)

1 引 言

電子戰(zhàn)裝備在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中發(fā)揮著越來越重要的作用，不論是對各平臺自身，還是對作戰(zhàn)編隊，抑或是整個攻防體系的生存能力都至關(guān)重要。各軍事強(qiáng)國在電子戰(zhàn)裝備技術(shù)研發(fā)上投入了大量的精力，也大大推進(jìn)了電子戰(zhàn)技術(shù)的發(fā)展。電子戰(zhàn)裝備由以前的分立式裝備，變得越來越能和系統(tǒng)其他裝備協(xié)調(diào)工作，形成了能發(fā)揮平臺整體作戰(zhàn)效能的電子戰(zhàn)系統(tǒng)。

近年來，電子戰(zhàn)系統(tǒng)逐漸實現(xiàn)了平臺級一體化，并隨著信息技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，開始向多平臺組網(wǎng)化方向邁進(jìn)。未來戰(zhàn)爭中，平臺級電子戰(zhàn)系統(tǒng)將是整個作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點，電子戰(zhàn)與賽博空間的關(guān)系將變得難分難解，電子戰(zhàn)依托賽博空間實現(xiàn)信息整合融合，賽博空間的指令信息又依托電子戰(zhàn)實現(xiàn)其效能。

本文對賽博空間中電子戰(zhàn)系統(tǒng)的綜合效能評估進(jìn)行了分

析說明，著重分析了作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)在遭受到網(wǎng)絡(luò)攻擊后，依托賽博空間的電子戰(zhàn)系統(tǒng)效能下降的量化評估方法。該評估方法可以有效濃縮電子戰(zhàn)系統(tǒng)復(fù)雜的關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)，形成簡單直觀的評估結(jié)果。該方法可評估不同電子戰(zhàn)系統(tǒng)在遭受到多種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)攻擊后的系統(tǒng)效能下降。

2 背景知識

2.1 電子戰(zhàn)系統(tǒng)

電子戰(zhàn)系統(tǒng)[1-3]分為電子攻擊(Electronic Attack，EA)、電子支援(Electronic Support，ES)、電子防護(hù)(Electronic Protection，EP)三類。

EA指的是利用電磁能、定向能、反輻射武器等發(fā)起的攻擊性行為，通過摧毀、破壞敵方人員、設(shè)施、裝備等或使敵方人員、設(shè)施、裝備等降級的手段來降低敵方戰(zhàn)斗力。EA根據(jù)攻擊類型的不同，可分為破壞性活動、非破壞性活動等類型，如表1所示。

表1 EA(電子攻擊)的類型

ES指的是搜索、截獲、定位、識別與分析敵方電子設(shè)備輻射的電磁能量，并為實施電子對抗、電子反對抗、威脅告警、回避、目標(biāo)截獲和尋的提供所需電子戰(zhàn)信息的措施，也稱為電子支援措施(ESM, Electronic Support Measure)。ES通過表2所示步驟來實現(xiàn)ES的最終目的。

表2 ES獲取戰(zhàn)術(shù)信息的步驟

EP指的是保護(hù)友方電子設(shè)施的行動，可分為反EA和反ES。EP包括電磁輻射控制、屏蔽和通信安全。電磁輻射控制指的是在敵方進(jìn)行ES活動時，盡可能低地減小己方不必要的電磁輻射，以降低敵方獲取電磁情報的能力。

電子戰(zhàn)裝備可分為分立式、聯(lián)合式、集成式三類。獨的雷達(dá)告警器就是分立式的，可實現(xiàn)簡單的告警自衛(wèi)功能。在進(jìn)行電子信息傳輸時，為雷達(dá)告警器配備數(shù)據(jù)鏈裝備，雷達(dá)告警器就有可能實現(xiàn)對遠(yuǎn)距離威脅目標(biāo)的探測和識別。集成式電子戰(zhàn)裝備指的是平臺上所有的電子戰(zhàn)裝備和電子設(shè)施共享資源和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合，為決策者提供更全面、更易理解的電磁環(huán)境信息，此時，上述的雷達(dá)告警器就作為眾多傳感器中的一個加入到整個作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)中來。

復(fù)雜電磁環(huán)境中的電子戰(zhàn)系統(tǒng)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中扮演的角色至關(guān)重要。電子戰(zhàn)系統(tǒng)能否在戰(zhàn)爭中獲取有利地位，其綜合效能評估是一個關(guān)鍵因素。

2.2 賽博空間及電子戰(zhàn)系統(tǒng)

當(dāng)代大量武裝力量都是在賽博空間、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用，更多地使用越來越擁擠的電磁頻譜。由于賽博戰(zhàn)和電子戰(zhàn)的用途比較類似，都是通過對電磁頻譜的操縱，來實現(xiàn)自己的戰(zhàn)略意圖，所以一般將此類活動稱為賽博空間電磁活動。賽博空間電磁活動可大致分為三類：賽博空間活動、電子戰(zhàn)(EA、EP、ES)、頻譜管理活動,包括了通信網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)等。軍方經(jīng)常會面對多種、同時、連續(xù)的賽博空間威脅，表3給出了一些賽博空間和電子戰(zhàn)的威脅能力[4]。

表3 賽博空間和電子戰(zhàn)系統(tǒng)的威脅能力示例

由于信息通信技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在及未來的電子戰(zhàn)系統(tǒng)越來越趨向于關(guān)聯(lián)化、整合化，而不再是單一的電子戰(zhàn)系統(tǒng)，其通過共享網(wǎng)絡(luò)設(shè)施來進(jìn)行信息交流與融合，電子戰(zhàn)系統(tǒng)與賽博空間的關(guān)系將越來越緊密。本文著重研究賽博空間中的行動對電子戰(zhàn)系統(tǒng)的影響。

3 想定評估場景

戰(zhàn)術(shù)指揮控制網(wǎng)是現(xiàn)代戰(zhàn)爭活動中至關(guān)重要的一個要素，出于指揮官的決策為聯(lián)合行動提供收集、處理、創(chuàng)造、顯示、共享信息的能力。戰(zhàn)術(shù)指揮控制網(wǎng)使用了數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)頁、郵件鏈接、戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈等軟硬件設(shè)施。本文中，預(yù)設(shè)了對賽博空間中的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈實施一次惡意的網(wǎng)絡(luò)穿透。預(yù)設(shè)電子戰(zhàn)飛機(jī)使用了多種電子戰(zhàn)系統(tǒng)，可利用戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈與戰(zhàn)術(shù)指揮控制網(wǎng)進(jìn)行信息交互。賽博空間和電子戰(zhàn)系統(tǒng)效能評估場景[5]如表4所示。

表4 賽博空間和電子戰(zhàn)系統(tǒng)效能評估場景

在電子戰(zhàn)飛機(jī)設(shè)計制造過程中，存在一些不受控的公司。敵方黑客可通過攻入該類公司網(wǎng)絡(luò)，在電子戰(zhàn)飛機(jī)軟硬件中植入后門及惡意代碼，在電子戰(zhàn)飛機(jī)投入使用后展開網(wǎng)絡(luò)攻擊。本文評估場景按依托賽博空間的電子戰(zhàn)系統(tǒng)在受到網(wǎng)絡(luò)攻擊后的效能下降進(jìn)行評估，該評估場景為本文評估方法的一個范例，評估方法可用于其他場景下的電子戰(zhàn)系統(tǒng)效能評估。

4 效能評估方法

電子戰(zhàn)系統(tǒng)效能評估[6]是通過MOP(measure of performance)函數(shù)來計算的。尋找MOP函數(shù)影響因子、計算MOP函數(shù)值的過程就是對電子戰(zhàn)系統(tǒng)進(jìn)行效能評估的過程。

4.1 MOP函數(shù)影響因子確定

評估前需要確定MOP函數(shù)影響因子項，本文評估場景下常用的MOP函數(shù)影響因子項如表5所示。

表5 電子戰(zhàn)系統(tǒng)MOP函數(shù)影響因子項

4.2 MOP函數(shù)影響因子權(quán)重矩陣確定

通過下式確定MOP函數(shù)影響因子的權(quán)重矩陣F：

(1)

權(quán)重矩陣是通過咨詢專家系統(tǒng)確定的。專家系統(tǒng)選擇的專家為經(jīng)驗豐富的電子戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)指揮官。權(quán)重矩陣F的元素fmn是第n位專家對第m個影響因子的權(quán)重打分值。fmn的取值范圍為[0,1],0表示該影響因子對最終效能評估結(jié)果無影響，1表示該影響因子對最終效能評估結(jié)果的影響為100%。

其中：

(2)

將專家系統(tǒng)中的不同專家對每個影響因子的權(quán)重估值求平均，可得該影響因子的最終權(quán)重估值，式(3)所示為第m個影響因子的權(quán)重估值。

(3)

4.3 MOP函數(shù)的計算

MOP函數(shù)影響因子分為主類和子類，分別用來計算各主類或子類的電子戰(zhàn)系統(tǒng)MOP函數(shù)值。MOP函數(shù)通過式(4)-式(6)定義：

(4)

(5)

(6)

式中，Msys和Msub為各主類和子類的MOP值加權(quán)和；Measured為MOP條目指標(biāo)實現(xiàn)度歸一化值，為系統(tǒng)參數(shù)實際表現(xiàn)值與系統(tǒng)指標(biāo)值之比；w為各主類、子類和MOP條目的權(quán)重值，可通過上文介紹的方法得到；I、J、K為各主類、子類和MOP條目的數(shù)目。計算子類MOP值時，將該子類看成一個權(quán)重分配整體來計算，即該子類的所有MOP條目權(quán)重之和為1。主類MOP值通過同樣的方法來計算。

獲得賽博攻擊前系統(tǒng)綜合效能檢查值MOP1及賽博攻擊后系統(tǒng)綜合效能評估值MOP2,可通過式(7)來計算系統(tǒng)綜合效能下降比μ。

(7)

5 效能評估步驟

電子戰(zhàn)系統(tǒng)在受到賽博攻擊后，系統(tǒng)綜合效能評估流程如圖1所示。

圖1 電子戰(zhàn)系統(tǒng)在賽博攻擊后的系統(tǒng)綜合效能評估流程

(1)在賽博攻擊前進(jìn)行系統(tǒng)效能關(guān)鍵參數(shù)提取，并根據(jù)系統(tǒng)表現(xiàn)，利用MOP函數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)綜合效能檢查；

(2)探測到賽博攻擊后，系統(tǒng)對賽博攻擊進(jìn)行歸類，進(jìn)行賽博攻擊初步影響分析；

(3)進(jìn)行系統(tǒng)效能損傷評估初始報告；

(4)利用MOP函數(shù)，對系統(tǒng)受到賽博攻擊后綜合效能下降進(jìn)行準(zhǔn)確量化評估；

(5)形成該賽博攻擊對預(yù)設(shè)電子戰(zhàn)系統(tǒng)綜合效能影響的最終報告。

在本文場景下，電子戰(zhàn)系統(tǒng)在賽博攻擊前的系統(tǒng)效能檢查結(jié)果如表6所示。系統(tǒng)綜合效能檢查最終值MOP1=1.0355。

在本文場景下，電子戰(zhàn)系統(tǒng)在賽博攻擊后的系統(tǒng)效能評估結(jié)果如表7所示。系統(tǒng)綜合效能評估最終值MOP2=0.9437。

表6 賽博攻擊前電子戰(zhàn)系統(tǒng)效能檢查結(jié)果

表7 賽博攻擊后電子戰(zhàn)系統(tǒng)效能評估結(jié)果

預(yù)設(shè)場景中的電子戰(zhàn)系統(tǒng)在遭受到賽博攻擊后，系統(tǒng)綜合效能下降比μ為8.87%。此系統(tǒng)綜合效能下降比可作為網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)電子戰(zhàn)指揮官決策時的參考。

6 結(jié) 語

本文預(yù)設(shè)了一個評估場景，并以此為例，對賽博空間中電子戰(zhàn)系統(tǒng)的綜合效能評估方法進(jìn)行了說明，相關(guān)試驗數(shù)據(jù)表明了該評估方法的有效性。文中的試驗方法適用于不同電子戰(zhàn)系統(tǒng)與賽博空間的結(jié)合體，適用于不同賽博攻擊對電子戰(zhàn)系統(tǒng)的影響。本文的評估方法簡單有效，可與不同的系統(tǒng)框架結(jié)合，為更進(jìn)一步的電子戰(zhàn)系統(tǒng)損傷評估奠定了基礎(chǔ)。