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稱。隨著信息化的發展，網電空間作為一個獨立作戰領域登上了歷史舞臺［1］。美軍高度重視網電空間作戰，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斗”的口號。

海灣戰爭中，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，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動的“奧德賽黎明”軍事打擊中，美軍使用了“舒特”系統壓制利比亞防空火力。此外，美軍通過一項“小企業創新研究”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防空體系帶來了新挑戰，對傳感器系統、通信系統、指揮控制系統和攔截打擊系統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實意義。

1 網電攻擊典型作戰樣式及反制策略分析

分析空襲防空網電攻擊典型作戰樣式，是研究防空體系反制網電攻擊策略的基礎?！笆嫣亍毕到y是典型網電作戰裝備，通過分析可得到3種典型作戰樣式: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 網電攻擊典型作戰樣式

“舒特”系統是典型的網電攻擊裝備，由數據植入模塊、監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戰斗機平臺實施作戰任務［5－6］?！笆嫣亍毕到y有 3 種可供選擇的攻擊方式，一是通過數據鏈將目標信息傳遞給F－16CJ戰斗機，對目標實施反輻射攻擊或精確打擊;二是通過數據鏈將目標信息傳遞給EA－6B，EA－18G等電子戰飛機，對目標實施電子干擾;三是通過數據鏈將目標信息傳遞給EC－130H電子戰飛機，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、傳感器系統及通信系統等裝備的可靠性或中斷可用的數據信息，攻擊主要以軍用信息網絡為目標、以硬殺傷為主要手段，以常規物理方式直接破壞、摧毀防空信息網絡系統的實體，完成對指揮控制中心、關鍵節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。以空襲電子戰力量，截獲防空系統電子設備工作頻率、工作方式和使用的戰術手段，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境，以信息網絡為主要作戰對象，以先進的網絡攻擊技術為基本手段，圍繞“制網絡權”的爭奪，以達到贏得戰爭的勝利為最終目的。網絡攻擊通常以防空體系雷達系統、通信系統和信息處理設備等薄弱環節進入防空體系，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樣式、攻擊目標及作戰特點等，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、規范化、結構化、文檔化的面向對象的系統成為可能。UML共包括9類視圖——類圖、對象圖、狀態圖、活動圖、順序圖、協作圖、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“聯合防空”指導思想［9－10］，依據防空力量作戰任務的區別，在聯合防空指控中心下分別設立反導作戰指控中心、反衛作戰指控中心、航空兵作戰指控中心、防空作戰單元指控中心和信息融合與分發中心。偵察預警系統通過各種網絡、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中心，生成空防作戰態勢;聯合防空指控中心依據戰場態勢向反導、反衛、航空兵以及防空作戰單元指控中心下達作戰任務，信息融合與分發中心為作戰實施提供必要信息支援。在此，論文重點探索隸屬防空作戰單元的防空作戰力量的結構、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、異步特征系統的有效工具［11］。在防空體系反制網電攻擊作戰行動中，將每一步事件發生的前后狀態用Petri網的庫所表示，每一步事件的發生用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，有利于對系統功能的理解、分析和設計的優點，但卻存在難以描述系統的動態特性等缺點;而Petri網有利于描述具有分步、并發、異步特征的離散事件動態系統，但存在難于描述系統的組成結構等系統特征。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，給傳統防空體系帶來全面的挑戰。論文經深入分析典型網電攻擊裝備——“舒特”系統，得到了網電攻擊3種作戰樣式，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、作戰結構、作戰步驟等問題。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。

［1］ 李為民，陳剛，王穎龍，等．空天防御概論［M］．北京:國防大學出版社，2010．

［2］ 呂登明．信息化戰爭與信息化軍隊［M］．北京:解放軍出版社，2004．

［3］ 姚紅星，溫柏華．美軍網絡戰研究［M］．北京:國防大學出版社，2010．

［4］ 李雄偉．網絡對抗系統及其關鍵技術研究［D］．北京:北京郵電大學，2005．

［5］ 張菊榮，周俊佑．美國“舒特”機載戰場網絡攻擊系統透視［R］．西安:空軍工程大學，2010．

［6］ 郭慶豐．透過美國空軍“舒特”計劃探析戰場網絡戰［J］．空軍裝備研究，2010，2(4):58 －61．

［7］ 王鳳山，王福田．防空信息戰概論［M］．北京:航空工業出版社，2002．

［8］ 王杏林，曹曉東．概念建模［M］．北京:國防工業出版社，2007．

［9］ 陳鴻猷，王鳳山，王穎龍．防空戰略學［M］北京:解放軍出版社，1999．

［10］ 王鳳山，李孝軍．現代防空學［M］．北京:航空工業出版社，2008．

［11］ 羅小明，楊娟，賀平，等．彈道導彈攻防對抗的建模與仿真［M］．北京:國防工業出版社，2009．

［12］ 劉天坤，熊新平，趙育善．基于Petri網的網絡化防空導彈體系作戰效能評估［J］．地面防空武器，2006，(4):46－49．