海洋空間信息安全技術(shù)研究

黃漢文

（上海衛(wèi)星工程研究所，上海200240）

0 引言

海洋空間是指海水占據(jù)的自然空間，以及與海水相連的環(huán)境空間，主要由海洋、海岸、海底、島礁和海空（海域上空）等組成。海洋空間的首要特點(diǎn)是范圍大，因此，海洋空間的劃界很復(fù)雜，既有屬國家主權(quán)的大陸架、領(lǐng)海、專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)，又有屬人類共有的公海；雖然對(duì)于海洋空間的管理和控制有很多國際法規(guī)，但是有關(guān)海洋空間的國際爭端層出不窮。另一方面，海洋空間以海水為主體，背景單一，形成獨(dú)特的海洋氣象和海況環(huán)境，海上風(fēng)暴頻繁，變化莫測(cè)，而且直接影響陸地空間的氣候；在海水背景下對(duì)海洋目標(biāo)被動(dòng)探測(cè)時(shí)，單一背景對(duì)目標(biāo)的提取具有優(yōu)勢(shì)。

上世紀(jì)電子技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展，開創(chuàng)了一個(gè)全新的信息化時(shí)代，由相互依賴的信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)組成全球網(wǎng)絡(luò)，包括互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及嵌入式處理器和控制器等；信息環(huán)境已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全球領(lǐng)域的互聯(lián)互通，信息化正在前所未有地影響著政治、軍事、經(jīng)濟(jì)和文化的各個(gè)領(lǐng)域，信息安全已經(jīng)成為國家安全、社會(huì)穩(wěn)定的重要組成部分，而且正面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。海洋空間信息安全是指發(fā)生在海洋空間，以海洋技術(shù)與信息安全技術(shù)結(jié)合為手段，以維護(hù)海洋信息安全為目的的信息防御技術(shù)。由于海洋空間獨(dú)特的地理?xiàng)l件，全球化蘊(yùn)含著對(duì)海洋的巨大依賴，海權(quán)已經(jīng)是國家總體戰(zhàn)略能力重要組成部分，研究海洋空間信息安全特點(diǎn)、發(fā)展海洋空間信息安全技術(shù)不僅具有緊迫性，而且具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。

1 國外海洋空間信息安全威脅研發(fā)概況

1.1 概述

可以說，自從人類走向海洋以來，海洋空間信息安全威脅也就誕生了。最早是從海上電子偵察艦船開始，通常在艦船上裝載大量不同形狀的天線，并配有各種接收機(jī)、干擾設(shè)備、終端顯示和處理設(shè)備等，利用海洋范圍大、可以“航行自由”合法地深入遠(yuǎn)洋、接近目標(biāo)、進(jìn)行長時(shí)間跟蹤探測(cè)的特點(diǎn)，對(duì)目標(biāo)實(shí)施無線電信號(hào)截獲、測(cè)量和監(jiān)聽等電子偵察技術(shù)手段，獲取各種軍事技術(shù)情報(bào)，研究敵方軍事斗爭動(dòng)向，發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)爭征候。電子偵察艦船無論是在平時(shí)、戰(zhàn)時(shí)及冷戰(zhàn)時(shí)期，都立下了赫赫戰(zhàn)功，因此，在美、蘇／俄海軍中都得到了迅速發(fā)展，從民用船改裝偵察船，到種類繁多的各種專用偵察艦船，包括海洋測(cè)量船、海洋監(jiān)視船、緝毒情報(bào)船、潛艇支援船、聲納研究船、海底電纜修復(fù)船、潛艇導(dǎo)航試驗(yàn)船和洲際導(dǎo)彈試驗(yàn)船等等，有時(shí)表面打著民用旗號(hào)，掩飾真實(shí)軍事身份；從排水量不足500t的偵察艇，發(fā)展到排水量超過1萬噸的巨型核動(dòng)力偵察船；偵察頻段已經(jīng)覆蓋30kHz～100GHz，對(duì)各種雷達(dá)信號(hào)和通信信號(hào)進(jìn)行偵收、測(cè)量，完成測(cè)向和竊聽；美、蘇／俄都走過了三代電子偵察艦船的發(fā)展之路。

隨著空間技術(shù)的應(yīng)用，20世紀(jì)60年代起天基海洋空間信息收集系統(tǒng)開始研發(fā)，它利用衛(wèi)星平臺(tái)對(duì)海洋的各類艦船活動(dòng)態(tài)勢(shì)實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)視和竊聽，即應(yīng)用衛(wèi)星運(yùn)行進(jìn)行掃描探測(cè)，完成對(duì)海面目標(biāo)和水下潛艇目標(biāo)等的發(fā)現(xiàn)、定位、識(shí)別和跟蹤；有效識(shí)別目標(biāo)特性，以及監(jiān)視艦船編隊(duì)隊(duì)形、航向和航速等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，為軍事斗爭提供關(guān)注海域或全球海域的海洋目標(biāo)活動(dòng)態(tài)勢(shì)，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)軍事危機(jī)和戰(zhàn)爭的征候。美國海軍從1968年開始研究衛(wèi)星海洋監(jiān)視系統(tǒng)的可行性，發(fā)展“白云”系列衛(wèi)星，采用大視場的電子偵察技術(shù)和多星時(shí)差定位體制，實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)、跟蹤、定位和識(shí)別；1976年開始發(fā)射并取得成功，已經(jīng)經(jīng)歷第一代“白云”海洋監(jiān)視系統(tǒng)（1976～1991）、第二代“天基廣域監(jiān)視系統(tǒng)”（1990～2000年）和第三代“聯(lián)合天基廣域監(jiān)視系統(tǒng)”的發(fā)展過程。

前蘇聯(lián)的海洋監(jiān)視衛(wèi)星計(jì)劃始于20世紀(jì)60年代，可分為2個(gè)階段，1965～1973年為試驗(yàn)階段，1974年5月開始進(jìn)入實(shí)用階段。其海洋監(jiān)視衛(wèi)星分為核動(dòng)力雷達(dá)型海洋監(jiān)視衛(wèi)星系列（US－A）和電子型海洋監(jiān)視衛(wèi)星系列（US－P）。前者使用功率為幾千瓦的雷達(dá)探測(cè)海面艦艇，后者是通過接收艦載無線電設(shè)備和雷達(dá)發(fā)射的信號(hào)對(duì)海洋目標(biāo)探測(cè)；電子型海洋監(jiān)視衛(wèi)星不帶核燃料。這兩類衛(wèi)星均混編在“宇宙”號(hào)（COSMOS）衛(wèi)星系列中，兩類衛(wèi)星可以單獨(dú)工作，也可以協(xié)同工作，1978年整個(gè)系統(tǒng)投入使用。1981年以后，US－A和US－P與天基導(dǎo)航通信系統(tǒng)、艦（包括潛艇）載反艦武器開始聯(lián)通運(yùn)行；US－P也經(jīng)歷了US－PM（第二代）和US－PU（第三代）的發(fā)展過程。20世紀(jì)90年代俄羅斯又構(gòu)想發(fā)展新型電子偵察通用衛(wèi)星系統(tǒng)，替代海洋監(jiān)視和陸地監(jiān)視。

1.2 發(fā)展趨勢(shì)

1）海洋空間信息安全威脅向立體化發(fā)展

海洋空間是以海洋為核心的立體空間，包含海底、深海、淺海、海面、海空等不同特性的空間。隨著技術(shù)的發(fā)展，海洋空間信息安全威脅從海洋空間向臨近空間、外層空間拓展，針對(duì)不同的層次空間特征，包括不同的信息環(huán)境和自然條件，采用不同的方案，形成多層次、立體化體系，實(shí)現(xiàn)多源信息融合、多功能冗余互補(bǔ)，海洋空間信息安全令人擔(dān)憂。

2）海洋空間信息安全威脅向一體化發(fā)展

隨著高科技的發(fā)展，未來戰(zhàn)爭對(duì)空間的依賴越來越強(qiáng)，海戰(zhàn)將從?？找惑w戰(zhàn)拓展到深海、太空及網(wǎng)絡(luò)，信息安全威脅將以體系形式出現(xiàn)，因此，海洋空間信息安全威脅正在向一體化發(fā)展，跨越陸、海、空、天、賽博五維空間，適應(yīng)聯(lián)合作戰(zhàn)的需求。另一方面，信息安全威脅手段也從單種方式（如電子或網(wǎng)絡(luò)等）向網(wǎng)電一體化綜合威脅（即網(wǎng)電一體）發(fā)展。

3）海洋空間信息安全威脅向無人化發(fā)展

隨著微電子、計(jì)算機(jī)、人工智能、小型導(dǎo)航設(shè)備、指揮控制硬件和軟件的發(fā)展，在海洋空間信息安全威脅中，無人化技術(shù)發(fā)展很快，海上無人機(jī)已經(jīng)用于海洋信息偵察；水下無人航行器正在迅速發(fā)展，也應(yīng)用于水下的信息獲取，包括海洋戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)收集、水下目標(biāo)搜索和偵察等。無人化海洋信息獲取手段使用靈活，功能多，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，風(fēng)險(xiǎn)低，大大提升了海洋空間信息安全威脅效能。

2 海洋空間信息安全軍事需求

1）海洋空間信息安全是維護(hù)海權(quán)和國家安全的必需手段

當(dāng)今世界最引人矚目的特征是全球化，表現(xiàn)為商品、資本、技術(shù)、人員、信息、觀念文化等社會(huì)要素全球流動(dòng)，以及各種事物相互影響的全球關(guān)聯(lián)性。全球化顯著改變著人類社會(huì)的總體面貌，孕育著對(duì)海洋的巨大依賴。海洋作為天然通道不僅是經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈，也是方便快捷的軍事交通線和廣闊的戰(zhàn)略機(jī)動(dòng)空間，軍事大國利用海洋對(duì)別國安全構(gòu)成威脅。國家生存安全和發(fā)展安全都與海洋密切相關(guān)，維護(hù)海洋安全、掌控國家海權(quán)是一種舉足輕重的國家戰(zhàn)略手段；隨著信息化戰(zhàn)爭轉(zhuǎn)型，海洋空間信息安全是維護(hù)海權(quán)和國家安全的必需手段。

2）海洋空間信息安全是全軍信息安全的重要組成部分

海洋空間占據(jù)地球空間的絕大部分，軍事大國借助海洋公共通道和戰(zhàn)略空間部署投放軍事力量，對(duì)世界局勢(shì)造成嚴(yán)重影響。海洋空間往往是覺察軍事行動(dòng)和戰(zhàn)爭征候最有效的空間之一，然而海洋空間人煙稀少，海洋信息系統(tǒng)復(fù)雜，海洋空間信息安全既具有獨(dú)特性，又是全軍信息安全的重要組成部分。

3 海洋空間信息系統(tǒng)特點(diǎn)

由于海洋空間浩瀚無際，人煙稀少，海洋信息來源比較少，隨著人們海洋活動(dòng)日益頻繁，對(duì)海洋空間信息的需求與日俱增，因此海洋空間信息系統(tǒng)也越來越復(fù)雜，通常包括海洋氣象環(huán)境和海況信息系統(tǒng)，海洋通信系統(tǒng)，海洋導(dǎo)航系統(tǒng)，海洋警戒、預(yù)警系統(tǒng)，敵我識(shí)別系統(tǒng)，指揮控制系統(tǒng)等。

海洋空間信息系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

1）海洋空間信息系統(tǒng)對(duì)外層空間的依賴密切

海洋空間信息系統(tǒng)通常離不開天基的支持，海洋空間信息系統(tǒng)是空間信息系統(tǒng)的組成部分之一，因此海洋空間信息系統(tǒng)也具有空間通信的暴露性、脆弱性、鏈路距離長、誤碼率高等特點(diǎn)，海洋空間信息安全可借鑒空間信息安全技術(shù)。

2）海洋空間信息系統(tǒng)移動(dòng)性大

由于海洋目標(biāo)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此海洋信息鏈路的建立和保持通常是動(dòng)態(tài)的，具有移動(dòng)通信的特點(diǎn)，即海洋空間信息系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)變化中，從而使得海洋空間信息安全技術(shù)復(fù)雜多變，難度大。

3）海洋鏈路通信方式多

海洋鏈路既有無線傳輸，又有電纜和光纜傳輸，無線傳輸使用的頻譜寬，從聲波到光波，傳輸介質(zhì)從海水到外層空間，都有涵蓋，傳輸特性千變?nèi)f化。由于海洋目標(biāo)姿態(tài)變化大，一般天線波束較寬，鏈路暴露性、開放性突出，海洋空間信息安全途徑擬采用聲納安全、電子安全、光電安全等手段。

4）海洋空間信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分散、規(guī)模小

由于海洋范圍大，數(shù)據(jù)采集通常采用分散的數(shù)據(jù)收集平臺(tái)（含浮標(biāo)等），數(shù)據(jù)率不高，而海洋艦船編隊(duì)相對(duì)規(guī)模也不大，網(wǎng)絡(luò)鏈路層比較脆弱，海洋空間通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有一定特殊性，因此海洋空間網(wǎng)絡(luò)安全需要專門研究。

5）海洋空間信號(hào)環(huán)境密度較低

由于海洋范圍廣闊，海洋目標(biāo)密度相對(duì)稀少，電磁信號(hào)的背景環(huán)境不像陸地那樣復(fù)雜，海洋上無線電干擾源很少，幾乎不存在工業(yè)干擾、無意干擾。無線電信號(hào)密度較低，電磁信號(hào)環(huán)境比較“凈”，信號(hào)安全相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。

6）海洋空間信息系統(tǒng)開放性大

海洋空間信息系統(tǒng)民用比例較大，有時(shí)軍、民交織，開放性較大，同時(shí)海洋的國際法規(guī)多，因此，海洋空間信息安全擬采用軍民結(jié)合、平戰(zhàn)結(jié)合、寓軍于民的策略。

4 海洋空間信息安全技術(shù)途徑

海洋空間信息安全的任務(wù)可分為海洋空間的信息防御和信息支援。信息防御是指海洋空間信息系統(tǒng)所采用的旨在保持、保護(hù)、恢復(fù)和重構(gòu)己方（含友方）信息系統(tǒng)的措施，可分為主動(dòng)防御和被動(dòng)防御。信息支援是為信息防御提供技術(shù)支持，也包括為軍事行動(dòng)快速?zèng)Q策、提供近實(shí)時(shí)威脅識(shí)別而采取的行動(dòng)。

海洋空間信息安全技術(shù)途徑可分為陸基、海基、空基、臨近空間和天基海洋安全系統(tǒng)。

陸基海洋空間信息安全系統(tǒng)是利用海岸、島礁構(gòu)建的海洋空間信息安全系統(tǒng)。陸基海洋空間信息安全的繼承性和技術(shù)可行性較好，因?yàn)殛懟O(shè)備的體積、質(zhì)量和功耗可以不受限制，天線可以做大，所以既能接收微弱信號(hào)，也能發(fā)射大功率信號(hào)，但是由于受地球曲率和海況影響，其作用距離有限。

海基海洋空間信息安全系統(tǒng)是利用艦船和水下航行器等構(gòu)建的海洋空間信息安全系統(tǒng)。通常繼承性和技術(shù)可行性也較好，但是技術(shù)條件還要受到平臺(tái)一定的制約；?；畔踩到y(tǒng)活動(dòng)范圍大，可利用公海海域、水上、水下完成海洋空間信息安全任務(wù)，可以擴(kuò)大海洋空間信息安全的覆蓋范圍。

空基海洋空間信息安全系統(tǒng)是以飛機(jī)或氣球?yàn)槠脚_(tái)構(gòu)建的海洋空間信息安全系統(tǒng)。由于設(shè)備受到平臺(tái)技術(shù)條件限制，技術(shù)難度較大；而且飛機(jī)的活動(dòng)范圍往往受到領(lǐng)空限制；另一方面，飛機(jī)的飛行速度快，駐留時(shí)間短，效能較低。

臨近空間海洋信息安全系統(tǒng)是利用臨近空間飛艇構(gòu)建的海洋空間信息安全系統(tǒng)，由于臨近空間處于空天過渡區(qū)，在覆蓋、靈敏度和精度等多種性能上常常有恰到好處的特點(diǎn)，并且能在給定海域上空長期駐留，但飛艇的技術(shù)難度大，當(dāng)前還處于預(yù)先研究階段。

天基海洋空間信息安全系統(tǒng)是利用空間飛行器構(gòu)建的海洋空間信息安全系統(tǒng)，天基海洋空間信息安全系統(tǒng)瞬時(shí)覆蓋范圍大，效能高，不受地域、時(shí)域限制，與其它技術(shù)途徑相比，具有較大優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景；但天基系統(tǒng)載荷設(shè)備受到體積、質(zhì)量和功耗的嚴(yán)格限制，而且空間環(huán)境惡劣。

5 關(guān)鍵技術(shù)

1）海洋空間信息安全總體技術(shù)

分析研究海洋空間軍事信息威脅和信息環(huán)境背景，研究海洋空間信息安全系統(tǒng)任務(wù)功能、使命，研究海洋空間信息安全技術(shù)途徑，分析論證海洋空間信息安全體系構(gòu)架和發(fā)展戰(zhàn)略，研究海洋空間信息安全系統(tǒng)總體方案，并進(jìn)行可行性分析論證，分解關(guān)鍵技術(shù)。

2）海洋空間電子系統(tǒng)安全技術(shù)

研究海洋空間電子系統(tǒng)安全任務(wù)功能、總體方案、技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)行可行性分析論證，研究關(guān)鍵技術(shù)，包括海洋目標(biāo)高精度定位技術(shù)、海洋空間盲偵察技術(shù)、海洋空間電子防御技術(shù)、海洋空間電子干擾和抗干擾技術(shù)等。

3）海洋空間聲納安全技術(shù)

研究海洋空間聲納安全任務(wù)功能、總體方案、技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)行可行性分析論證，研究關(guān)鍵技術(shù)：海洋目標(biāo)高精度聲納定位技術(shù)，海洋空間聲納探測(cè)、識(shí)別和防御技術(shù)，海洋空間聲納干擾和抗干擾技術(shù)等。

4）海洋空間光電安全技術(shù)

研究海洋空間光電安全任務(wù)功能、總體方案、技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)行可行性分析論證，研究關(guān)鍵技術(shù)等。

5）海洋空間網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)

研究海洋空間網(wǎng)絡(luò)特性，研究海洋空間網(wǎng)絡(luò)安全任務(wù)功能、技術(shù)途徑、總體方案、技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)行可行性分析論證，研究關(guān)鍵技術(shù)等。

6）海洋空間一體化信息安全技術(shù)

研究信息化轉(zhuǎn)型，研究一體化聯(lián)合信息安全，研究信息安全指揮控制方案，研究信息安全數(shù)據(jù)融合和共享，研究信息安全一體化方案等。

7）海洋空間氣象海況信息安全技術(shù)

研究海洋空間氣象海況信息系統(tǒng)，研究海洋空間氣象、海況信息等關(guān)鍵技術(shù)。

8）海洋空間信息安全仿真、評(píng)估技術(shù)

研究海洋空間信息環(huán)境背景和模型，研究海洋空間信息安全模型，研究海洋空間信息安全指揮控制模型，研究海洋空間信息安全效果評(píng)估方法，構(gòu)建系統(tǒng)仿真、演示研究平臺(tái)。

9）新概念海洋空間信息安全技術(shù)

跟蹤研究信息安全技術(shù)發(fā)展，研究海洋空間信息安全新概念、新技術(shù)。

6 結(jié)束語

綜上所述，與外層空間相比，海洋空間是人類資源的第二大空間，且包含人類共享而又更易到達(dá)的公?？臻g。隨著經(jīng)濟(jì)全球化的加速發(fā)展，以及國際軍事格局的變遷和信息化的轉(zhuǎn)型，海洋空間信息安全必將是信息化時(shí)代的戰(zhàn)略高地，開展海洋空間信息安全頂層設(shè)計(jì)研究、加速發(fā)展海洋空間信息安全系統(tǒng)具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。■

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