衛(wèi)星通信系統(tǒng)的星地一體對(duì)抗技術(shù)

楊松楠

（天津光電豐泰科技有限公司 天津市 300211）

研究表明，在科技發(fā)展速度極快的當(dāng)下，戰(zhàn)爭(zhēng)模式也與以往不同，未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的性質(zhì)將逐漸向信息戰(zhàn)靠攏，強(qiáng)調(diào)基于多時(shí)空及多空間信息進(jìn)行較量，要想取得戰(zhàn)爭(zhēng)的勝利，前提便是在信息領(lǐng)域處于主導(dǎo)地位。由此可見(jiàn)，圍繞衛(wèi)星通信延伸出對(duì)抗技術(shù)展開(kāi)討論，有助于國(guó)家在信息戰(zhàn)中掌握主動(dòng)權(quán)并占據(jù)上風(fēng)，其現(xiàn)實(shí)意義有目共睹。

1 星地一體系統(tǒng)介紹

對(duì)星地一體系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)，其側(cè)重點(diǎn)體現(xiàn)在兩個(gè)方面，分別是地面組網(wǎng)與空間組網(wǎng)，只有做到雙管齊下，才能確保所形成網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可跨越不同平臺(tái)。

作為實(shí)施干擾以及偵查的主體，星載系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)傳送目標(biāo)態(tài)勢(shì)信息，待管理中心獲取相關(guān)信息，并根據(jù)分析得出攻擊目的后，再將攻擊目的告知星載系統(tǒng)，真正做到借助平臺(tái)所具有位置優(yōu)勢(shì)，對(duì)資源配置和利用效能進(jìn)行提升。

關(guān)于軌道設(shè)計(jì)，目前共有兩種設(shè)計(jì)方法，分別是伴星軌道、組網(wǎng)軌道，上述方法均可做到快速獲取目標(biāo)傳輸信息，憑借自身優(yōu)勢(shì)落實(shí)偵查鏈路的相關(guān)工作，使態(tài)勢(shì)信息更加完整[1]。

2 常見(jiàn)攻擊技術(shù)

2.1 持續(xù)干擾

眾所周知，無(wú)線通信網(wǎng)傳輸所依托載體為電磁波，若某區(qū)域被電磁波完全覆蓋，通常會(huì)帶來(lái)傳輸內(nèi)容被獲取的問(wèn)題。以攻擊類(lèi)型為依據(jù)，無(wú)線通信攻擊常見(jiàn)類(lèi)型，主要有主動(dòng)攻擊、被動(dòng)攻擊，前者又可細(xì)分成欺騙攻擊、持續(xù)干擾和智能干擾等。后者指的是攻擊者并未做出明顯的攻擊行為，其進(jìn)行攻擊的最終目標(biāo)為獲取所需信息，而非破壞網(wǎng)絡(luò)。目前，常見(jiàn)的被動(dòng)攻擊形式主要為電話竊聽(tīng)，還有基于目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)對(duì)無(wú)線鏈路狀態(tài)進(jìn)行分析，從而獲得所需信息。而從本質(zhì)上說(shuō)，持續(xù)干擾強(qiáng)調(diào)用大功率進(jìn)行壓制干擾。由于無(wú)線通信所依托載體多為電磁波，通常只需利用大功率設(shè)備，便能夠使鏈路受到不間斷的持續(xù)干擾，干擾者目標(biāo)隨之實(shí)現(xiàn)，即：使傳輸效率得到降低，待效率達(dá)到下限，通信便會(huì)面臨被阻斷的問(wèn)題。對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行發(fā)射時(shí)，若目標(biāo)端所接收信號(hào)與最大標(biāo)準(zhǔn)間存在較大差距，接收端將無(wú)法做到準(zhǔn)確破譯信息，干擾目的達(dá)成。

2.2 欺騙攻擊

無(wú)線通信用戶(hù)要想進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)交互，通常要借助無(wú)線鏈路，而無(wú)線鏈路所表現(xiàn)出開(kāi)放性決定，若攻擊者選擇以竊聽(tīng)所掌握用戶(hù)信息為依據(jù)，對(duì)其身份進(jìn)行仿冒，通常無(wú)需借助其他方法，便可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行攻擊。對(duì)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)而言，該方式的顯著特點(diǎn)為欺騙性，可同時(shí)做到欺騙并干擾，即：以欺騙攻擊為表征，在對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進(jìn)行竊取的基礎(chǔ)上，由攻擊者對(duì)系統(tǒng)用戶(hù)進(jìn)行反向欺騙，從而獲取更多自己所需信息[2]。

2.3 通信網(wǎng)干擾

衛(wèi)星通信的特點(diǎn)突出，例如：

（1）具有較大的覆蓋面積，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。

（2）可對(duì)數(shù)據(jù)、語(yǔ)言和圖像進(jìn)行傳輸。

（3）可靠度及廣播性能理想，可為通信質(zhì)量提供保證。

結(jié)合衛(wèi)星對(duì)象構(gòu)成可知，空間系統(tǒng)對(duì)抗涉及內(nèi)容較多，不同對(duì)抗往往對(duì)應(yīng)不同對(duì)象，例如，衛(wèi)星、用戶(hù)裝備、星載傳感器等。最應(yīng)當(dāng)引起重視的對(duì)象，應(yīng)屬通信鏈路，該對(duì)抗強(qiáng)調(diào)以交換鏈路、通信衛(wèi)星和衛(wèi)星星間為依托，通過(guò)干擾信息交換、降低成功率的方式，最大程度減弱航天信息保障所帶來(lái)優(yōu)勢(shì)。關(guān)于同步軌道系統(tǒng)，該系統(tǒng)往往由小站、中心站和轉(zhuǎn)發(fā)器組成，對(duì)其可能被攻擊的節(jié)點(diǎn)、鏈路還有注入點(diǎn)進(jìn)行分析，可得出如表1 所示的結(jié)論：

表1：系統(tǒng)攻擊情況分析

2.4 無(wú)線竊聽(tīng)

無(wú)線通信對(duì)信息進(jìn)行傳遞的途徑以無(wú)線信道為主，若以有線信道為參照，無(wú)線信道的特點(diǎn)，主要是信道鏈路有極高的開(kāi)放程度，這也帶來(lái)了截取傳輸內(nèi)容難度較低的問(wèn)題。攻擊者只需借助信息設(shè)備，便能對(duì)信息進(jìn)行成功竊聽(tīng)與截取。例如，某攻擊者僅對(duì)商用無(wú)線通信進(jìn)行了竊聽(tīng)，就對(duì)用戶(hù)消費(fèi)、身份信息和賬戶(hù)登錄秘鑰有了系統(tǒng)掌握。如果竊聽(tīng)對(duì)象為國(guó)家無(wú)線通信，不僅能夠掌握基礎(chǔ)信息，還有一定可能了解國(guó)家機(jī)密部署，進(jìn)而給國(guó)家安全造成威脅[3]。

2.5 智能干擾

電磁狀態(tài)及所處環(huán)境均較為復(fù)雜，隨著技術(shù)的發(fā)展，信號(hào)擁堵的次數(shù)明顯增多，這也是無(wú)線竊聽(tīng)效果難以達(dá)到預(yù)期的主要原因。而信號(hào)日益增強(qiáng)的防御能力，給靈巧干擾所帶來(lái)影響不言而喻。基于認(rèn)知電子、人工智能所研發(fā)出全新干擾技術(shù)——智能干擾，現(xiàn)已為越來(lái)越多人所熟知。

2.6 其他要點(diǎn)

現(xiàn)階段，關(guān)于靈巧干擾定義的討論，仍未得出準(zhǔn)確結(jié)果，為大多數(shù)人所認(rèn)可的定義為：以目標(biāo)系統(tǒng)所展現(xiàn)出特性為依據(jù)，借助現(xiàn)有干擾樣式，在保證干擾效果符合預(yù)期的前提下，使干擾功率得到顯著節(jié)約的方法，即為靈巧干擾。研究表明，持續(xù)干擾的特點(diǎn)之一，便是不對(duì)通信所表現(xiàn)出過(guò)程性特征加以考慮，強(qiáng)調(diào)以覆蓋信號(hào)為前提，確保通信得到壓制。由于正常情況下，通信特征均處于不斷變化的狀態(tài)，要想做到有效干擾，僅憑借持續(xù)干擾所能取得效果有限，有關(guān)人員提出可開(kāi)展針對(duì)性干擾，這便是靈巧干擾的基礎(chǔ)。

對(duì)靈巧干擾進(jìn)行科學(xué)應(yīng)用，通常會(huì)取得較為突出的效果，但干擾過(guò)程要匹配目標(biāo)系統(tǒng)，對(duì)其加以應(yīng)用的難度較大。該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下方面：首先是有極強(qiáng)的隱蔽性，其干擾功率較持續(xù)干擾略小，靈巧干擾使功率作用得到弱化，這也是其表現(xiàn)出理想安全保障性與不易察覺(jué)性特點(diǎn)的主要原因。其次是有良好的機(jī)動(dòng)靈活性，靈巧干擾所帶來(lái)直接影響，便是干擾功率及成本被降低，設(shè)備尺寸較之前有明顯減小，這對(duì)干擾網(wǎng)絡(luò)的高效形成有積極作用。最后是多樣的干擾信號(hào)類(lèi)型，賦予其較其他干擾更強(qiáng)的針對(duì)性。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，靈巧干擾可根據(jù)過(guò)程特點(diǎn)對(duì)信號(hào)類(lèi)型加以選擇，例如，對(duì)同步過(guò)程進(jìn)行干擾或?qū)?dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行干擾，但要注意一點(diǎn)，就是靈巧干擾的實(shí)施目標(biāo)固定。

圖1：靈巧干擾架構(gòu)

圖1 為靈巧干擾架構(gòu)，干擾流程如下：第一步，通過(guò)偵收信號(hào)的方式，對(duì)其參數(shù)特征進(jìn)行提取；第二步，基于信號(hào)特征展開(kāi)引導(dǎo)，在對(duì)樣式不同的干擾進(jìn)行設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，獲得可發(fā)送干擾信號(hào)。在此期間，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合先驗(yàn)知識(shí)，不斷優(yōu)化引導(dǎo)、生產(chǎn)信號(hào)的效果，確保所發(fā)射信號(hào)涵蓋過(guò)程、時(shí)間等維度[4]。

3 對(duì)抗技術(shù)說(shuō)明

3.1 星地一體

在設(shè)計(jì)該對(duì)抗系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可選擇參考他國(guó)關(guān)于感知空間態(tài)勢(shì)的經(jīng)驗(yàn)，例如，通過(guò)加設(shè)任務(wù)處理器的方式，賦予監(jiān)視系統(tǒng)處理星上圖像的功能，隨著數(shù)據(jù)傳輸量減少，后續(xù)工作效率自然有所提高。衛(wèi)星所采用星上軟件的特點(diǎn)是能夠在線編程，可自動(dòng)升級(jí)在軌性能，以此來(lái)達(dá)到減弱衛(wèi)星運(yùn)行所面臨風(fēng)險(xiǎn)的目的。另外，現(xiàn)階段獲得國(guó)際社會(huì)認(rèn)可的感知計(jì)劃，強(qiáng)調(diào)基于近地球軌道對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行部署，充分利用同步軌道所具有相對(duì)漂移特性，實(shí)時(shí)監(jiān)視同步軌道情況，借助光電探測(cè)載荷，對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)既有特點(diǎn)和相關(guān)數(shù)據(jù)加以獲取，確保觀測(cè)結(jié)果能夠第一時(shí)間并入監(jiān)視網(wǎng)，為日后工作的開(kāi)展提供參考。

對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)展與完善，既要做到地面組網(wǎng)，還要對(duì)空間組網(wǎng)引起重視，通過(guò)打造跨平臺(tái)協(xié)議的方式，使基于星地一體所延伸出對(duì)抗系統(tǒng)，最大程度滿足行業(yè)要求。若以軌道為依據(jù)對(duì)系統(tǒng)衛(wèi)星進(jìn)行劃分，可將其劃分成同步衛(wèi)星、靜止衛(wèi)星，除特殊情況外，覆蓋全球僅需3 顆衛(wèi)星即可，但要保證衛(wèi)星分布均勻。由諸多衛(wèi)星所構(gòu)成低軌衛(wèi)星，要想覆蓋全球，關(guān)鍵是基于無(wú)線鏈路將其星間互通。除此之外，對(duì)星載系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可選擇借助無(wú)線電軟件，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星技術(shù)重構(gòu)目標(biāo)。事實(shí)證明，以傳統(tǒng)設(shè)計(jì)為參照，上述方案的優(yōu)點(diǎn)，主要是能夠在軌升級(jí)或是加載，真正做到基于所給出功能框架，結(jié)合目標(biāo)系統(tǒng)特點(diǎn)制定相應(yīng)干擾策略，其應(yīng)用廣泛性有目共睹。下文將對(duì)此做詳細(xì)介紹，供相關(guān)人員參考。

3.2 猝發(fā)通信

隨著空間中信號(hào)傳播時(shí)間的增加，敵方成功偵收相關(guān)信號(hào)的概率也會(huì)有所增加。猝發(fā)通信指的是以發(fā)射端為載體，通過(guò)加設(shè)可轉(zhuǎn)變串并的裝置的方式，確保單路串行信號(hào)能夠被盡數(shù)向多路并行碼進(jìn)行轉(zhuǎn)變，待并行碼經(jīng)過(guò)相應(yīng)處理后，便可進(jìn)行多路并發(fā)。而接收端的任務(wù)，主要是對(duì)并行碼做解調(diào)處理，借助并串技術(shù)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確還原，從而達(dá)到對(duì)收發(fā)報(bào)通信進(jìn)行壓縮的目的。現(xiàn)階段，該技術(shù)所具有優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

（1）通過(guò)壓縮發(fā)報(bào)時(shí)間的方式，將信息被敵方偵收的概率降至最低；

（2）通過(guò)對(duì)信號(hào)做二次加密處理的方式，增加敵方破譯所偵收信息的難度。

3.3 無(wú)線電技術(shù)

在設(shè)計(jì)星載系統(tǒng)時(shí)，可供設(shè)計(jì)人員使用的技術(shù)，主要為無(wú)線電技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可利用相關(guān)軟件，通過(guò)重構(gòu)衛(wèi)星系統(tǒng)的方式，使繼續(xù)干擾目標(biāo)系統(tǒng)的設(shè)想成為現(xiàn)實(shí)。關(guān)于系統(tǒng)軌道，現(xiàn)階段，多數(shù)設(shè)計(jì)人員均將組網(wǎng)視為第一選擇，在獲取傳輸信息的基礎(chǔ)上，結(jié)合觀察所掌握星間鏈路特點(diǎn)，明確系統(tǒng)所處運(yùn)行狀態(tài)。

3.4 擴(kuò)頻處理

該技術(shù)強(qiáng)調(diào)以高頻信號(hào)為依托，通過(guò)將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)變成寬頻頻帶的方式，確保基帶信號(hào)所帶能量，可向?qū)掝l頻帶進(jìn)行擴(kuò)展，信號(hào)整體強(qiáng)度隨之變?nèi)酰S著信號(hào)編碼的加入，有用信號(hào)被噪聲所淹沒(méi)的概率大幅提升。若將該技術(shù)用于通信，可確保即便信號(hào)被敵方所偵收，由于噪聲的存在，敵方仍無(wú)法做到對(duì)自己所需信息進(jìn)行快速且精準(zhǔn)的提取。事實(shí)證明，擴(kuò)頻使電磁干擾所造成問(wèn)題迎刃而解，這是因?yàn)閿U(kuò)頻的對(duì)象以未發(fā)射天線為主，一方面要引入相應(yīng)擴(kuò)頻碼，另一方面要對(duì)接收端進(jìn)行解擴(kuò)處理，確保擴(kuò)頻碼可被盡數(shù)去除[5]。對(duì)沒(méi)有經(jīng)歷擴(kuò)頻處理的干擾信號(hào)而言，僅憑借接收端，便可使其得到有效抑制。

3.5 空間組網(wǎng)

星地一體的組網(wǎng)載體，主要有地面和空間。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)星載系統(tǒng)加以使用的情形，主要是告饒、偵收。作為負(fù)責(zé)實(shí)施干擾及偵察接收的主體，星載系統(tǒng)可確保第一時(shí)間向控制中心提供系統(tǒng)態(tài)勢(shì)相關(guān)信息，通過(guò)向星載系統(tǒng)實(shí)時(shí)反饋控制中心所表現(xiàn)出攻擊意圖的方式，確保星載平臺(tái)在地理位置方面所具有優(yōu)勢(shì)得到最大程度發(fā)揮，在使應(yīng)用效能接近預(yù)期的基礎(chǔ)上，為地面系統(tǒng)既有資源的優(yōu)化配置與利用奠定基礎(chǔ)。例如，對(duì)智能干擾而言，在地面搭建數(shù)據(jù)庫(kù)，用來(lái)存放相關(guān)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，確保星載系統(tǒng)能夠以自身所獲得干擾為依據(jù)，及時(shí)做出自主干擾的反映，若出現(xiàn)缺少有效策略的情況，則可以先向地面系統(tǒng)傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)，再由學(xué)習(xí)模塊通過(guò)學(xué)習(xí)的方式，給出切實(shí)可行的干擾策略。

3.6 其他要點(diǎn)

自適應(yīng)天線的特點(diǎn)是能夠自行調(diào)整輻射方向，確保輻射方向與電臺(tái)完全重合，經(jīng)由波瓣零位，達(dá)到對(duì)電臺(tái)進(jìn)行干擾的目的。若以常規(guī)天線陣為參照，由自適應(yīng)天線所組成天線陣的特點(diǎn)，主要是零點(diǎn)處于干擾方向，即便局部區(qū)域無(wú)干擾信號(hào)存在，仍有極大可能形成高旁瓣，常規(guī)天線陣更依賴(lài)低旁瓣，需要借助低旁瓣的力量，確保主瓣以外輻射得到有效控制。

4 結(jié)論

從位置上來(lái)看，星載系統(tǒng)所占據(jù)優(yōu)勢(shì)極為突出，與此同時(shí)，該系統(tǒng)的弱勢(shì)也有目共睹，例如，無(wú)法做到實(shí)時(shí)傳輸并高效處理信息。要想使衛(wèi)星通信得到快速發(fā)展，關(guān)鍵是盡快將星地一體對(duì)抗提上日程，借助星間鏈路、微波組陣等技術(shù)，通過(guò)充分利用既有硬件資源的方式，為星地協(xié)同設(shè)想的實(shí)現(xiàn)提供支持。未來(lái)，上述技術(shù)仍然是研究的重點(diǎn)，有關(guān)人員應(yīng)對(duì)此引起重視。