基于分層結構的艦船信息對抗能力模型研究

李有才，鄭春弟，白 潔

(海軍陸戰學院，廣東 廣州 510430)

基于分層結構的艦船信息對抗能力模型研究

李有才，鄭春弟，白 潔

(海軍陸戰學院，廣東 廣州 510430)

艦船歷來是軍事強國海上進攻作戰、海上防御作戰、島礁封鎖作戰的重要移動平臺，而信息對抗能力是信息化戰爭衡量艦船作戰能力的主要標志。在構建艦船信息對抗能力指標體系與分層結構基礎上，明確了艦船信息對抗能力總目標、子目標的含義，并建立了衡量各目標能力強弱的數學模型。

信息對抗；數學模型；艦船作戰能力

0 引 言

隨著信息時代的到來，信息作戰將不為人的意志而轉移，成為信息化社會交戰雙方最重要的作戰樣式[1]。艦船信息對抗是艦船信息作戰的基本形式，如何擁有新型的艦船信息系統，如何遏制對方信息系統及信息化武器對艦船作戰能力的發揮，越來越引起各國海軍的高度重視。艦船信息對抗能力是指艦船圍繞信息獲取、傳輸、處理、利用，在網絡電磁空間采取的對抗措施及其行動的能力[2]。對于艦船信息對抗能力進行科學定量的分析，可以正確評估敵我雙方艦船信息對抗能力強弱，清晰掌握敵我雙方信息對抗各要素優劣，從而進一步研究艦船信息對抗的基本方法和基于信息對抗條件下的作戰指揮。

1 艦船信息對抗能力分層結構與能力模型

1.1 艦船信息對抗能力分層結構

信息作戰是指綜合運用電子戰、網絡戰、心理戰等形式打擊或抗擊敵方的行動，目的是在電磁網絡空間干擾、破壞敵方的信息或信息系統，影響、削弱敵方信息的獲取、傳輸、處理、利用和決策能力，保證己方信息系統穩定運行、信息安全和正確決策，主要包括信息作戰偵察、信息進攻和信息防御[3]。根據上述信息作戰的概念，再聯系當前艦船信息對抗運用實際，如果定義艦船信息對抗能力為總目標層，則子目標層可分為艦船信息偵察與監視能力、艦船信息進攻能力和艦船信息防御能力。其子目標層下的指標因子及其分層結構如圖1所示。

艦船信息偵察與監視能力。指艦船利用自身的信息對抗偵察裝備獲取或上級、友鄰通過各種途徑提供的敵方有關信息進行融合、綜合處理，據此對敵方的行動和作戰企圖實施監視的能力。艦船信息偵察與監視能力可細分為信息探測能力、信息截獲能力、信息偵控能力、信息破譯能力和信息處理能力。

艦船信息進攻能力。指艦船使用信息作戰裝備，干擾、破壞敵方信息設備、系統、網絡及其相關武器系統、人員行動的能力。目的是影響、削弱敵方信息獲取、傳遞、處理、利用和決策。按照進攻方式的不同可細分為信息壓制與干擾能力、信息欺騙能力、心理戰能力、信息系統軟殺傷能力、信息系統硬摧毀能力。

艦船信息防御能力。指艦船為保護己方信息系統、設備、網絡及相關武器系統或人員作戰效能的正常發揮而采取的措施及其戰術行動的能力。按照防御方向的不同可細分為反信息偵察與監視能力、反信息壓制與干擾能力、反目標隱身能力、反信息系統軟殺傷能力、反信息系統硬摧毀能力、組織戰場電磁兼容能力[3]。

1.2 艦船信息對抗能力綜合模型

艦船信息對抗能力是艦船信息偵察與監視能力、信息進攻能力和信息防御能力的綜合能力，但基于3種能力的關聯性很強，絕不是3種能力的簡單線性疊加，每一種能力的增減都直接影響另外2種能力，對信息對抗總能力產生重大影響。在3種能力中，信息偵察與監視能力和信息防御能力對于艦船信息對抗來說必不可少，任何一項為零，則信息對抗總能力將為零。而信息進攻能力為零，信息對抗總能力不一定為零。設上述3種能力的重要性權重分別為p偵監、p進攻、p防御，且p偵監+p進攻+p防御=1，則艦船信息對抗能力E艦抗可表示為：

E艦抗=

(1)

式中：E偵監為艦船信息偵察與監視能力；E進攻為艦船信息進攻能力；E防御為艦船信息防御能力。

2 艦船信息偵察與監視能力模型

艦船信息偵察與監視能力主要包括信息探測能力、信息截獲能力、信息偵控能力、信息傳輸能力和信息處理能力。它是發現、監測目標，并測量其技術特征參數、判明其威脅程度與屬性、確保我方信息系統安全的重要基礎。是對情報信息進行融合處理、存儲更新、顯示輸出，使獲取的信息轉換成為信息對抗能力與戰斗力的關鍵。設艦船用于信息探測的系統有j套，用于信息截獲的系統為k套，用于信息偵控的系統為f套，則：

(2)

(3)

(4)

E破譯=EU·EV

(5)

E信處=E硬處·E軟處

(6)

式中：E信探為艦船信息探測能力;di1、di2、di3為第i套探測系統對空、海與水下目標的有效探測距離;D1、D2、D3為敵空、海與水下目標對我構成威脅的距離;mdi1、mdi2、mdi3為艦船第i套探測系統有效探測距離內，空、海與水下實際存在的總目標數;ndi1、ndi2、ndi3為艦船第i套探測系統實際探測到的空、海與水下總目標數;Q識i1、Q識i2、Q識i3為艦船第i套探測系統對空、海與水下目標的識別能力；E截獲為艦船信息截獲能力;Ui截獲為第i套系統所截獲的目標實際信息量;U截需為截獲且滿足作戰需求的目標信息量；E偵控為艦船信息偵控能力;Ui偵控為第i套系統所偵控的目標信息量;U偵需為偵控且滿足作戰需求的目標信息量；E破譯為艦船信息破譯能力;EU為可破譯的信息相對量，其數值為可破譯的信息總量與截獲的信息總量比;EV為信息破譯的有效性，其數值為破譯信息滿足作戰需要的信息總量與破譯的信息總量比；E信處為艦船信息處理能力;E硬處為計算機硬件信息處理能力;E軟處為計算機軟件信息處理能力。

若設信息探測、截獲、偵控、破譯與處理能力的重要性權重分別為p信探、p截獲、p偵控、p破譯、p處理，且p信探+p截獲+p偵控+p破譯+p處理=1，采取綜合指數法進行能力評估，則艦船信息偵察與監視能力E偵監可表示為：

E偵監=p信探E信探+p截獲E截獲+p偵控E偵控+

p破譯E破譯+p處理E處理

(7)

3 艦船信息進攻能力模型

艦船信息進攻能力從作戰行動的角度考慮，包括電子信息進攻與網絡信息進攻能力，從進攻樣式的角度考慮，可細分為信息壓制與干擾能力、信息欺騙能力、心理戰能力、信息系統軟殺傷能力和信息系統硬摧毀能力。

3.1 艦船信息壓制與干擾能力基本模型

艦船信息壓制與干擾能力是指艦船采用大功率信息干擾設備產生強大的壓制性干擾，使敵方信息系統接收到的有用信號模糊不清或完全被遮蓋的能力。艦船信息壓制與干擾包括雷達、通信、光電、導航、水聲等多系統、多信號壓制與干擾，因此，若設艦船裝備了各型大功率信息壓制與干擾設備m套，則艦船信息壓制與干擾能力可表示為：

(8)

式中：S實干i為第i套干擾系統實際有效壓制干擾覆蓋區面積；S需干i為第i套系統完成干擾任務需要的壓制干擾覆蓋區面積；D實干i為第i套干擾系統實際有效壓制干擾距離；D需干i為第i套干擾系統完成干擾任務需要的壓制干擾距離；Q失真i為敵信息系統被我第i套系統壓制與干擾后的信息失真度(0≤Q失真i≤1)，Q失真i與艦船信息壓制與干擾功率、信息壓制與干擾帶寬以及敵信息系統發射功率、收發信機中頻信號大小等因素有關。

3.2 艦船信息欺騙能力基本模型

艦船信息欺騙能力是指通過信息偽裝、信息佯動及其它信息欺騙手段，隱真示假迷惑敵方，使其產生錯誤判斷和采取錯誤行動的能力。艦船信息欺騙按照欺騙的形式不同可分為模擬性欺騙、佯動性欺騙和威懾性欺騙。信息欺騙雖然是信息作戰中最為重要的戰法之一，但基于信息欺騙性能力涉及敵我雙方欺騙與反欺騙技術水平、戰術能力、內外條件與戰場復雜環境等，很難用數學模型進行定量計算，一般采用專家定性評分量化法和運用貝葉統計推斷與博弈均衡分析方法來確認信息欺騙能力。若設模擬、佯動和威懾性欺騙能力的重要性權重分別為p模欺、p佯欺、p威欺，且p模欺+p佯欺+p威欺=1，則艦船信息欺騙能力E信欺可表示為：

E信欺=p模欺E模欺+p佯欺E佯欺+p威欺E威欺

(9)

式中：E模欺為模擬性欺騙能力；E佯欺為佯動性欺騙能力；E威欺為威懾性欺騙能力。

假設最強的(最好的)欺騙能力為1，則3種欺騙能力的賦值可參考表1。

3.3 艦船心理戰能力基本模型

艦船心理戰能力是指艦船通過一系列手段或方法對敵方指揮員和士兵的精神心理空間進行攻擊，使之產生擔憂、恐懼、妄想或狂躁，從而影響其感知、意志和決策的能力[4]。考慮心理戰的作戰對象是指揮員和士兵，其作戰效果是使指揮員和士兵產生精神恐懼、心理受挫、失去信心、喪失斗志、判斷失誤等多種精神空間心理結果[5]，若以心理攻擊前、后的5種主要精神空間的變化量來衡量心理結果，假設其重要性權重分別為p精恐、p心挫、p失信、p喪志、p判誤，且p精恐+p心挫+p失信+p喪志+p判誤=1，則心理戰能力E心戰可表示為：

E心戰=p精恐E精恐+p心挫E心挫+

p失信E失信+p喪志E喪志+p判誤E判誤

(10)

式中：E精恐為精神恐懼度；E喪志為斗志喪失度；E心挫為心理受挫度；E失信為信心失望度；E判誤為判斷失誤度。

5種精神空間的變化程度很難通過固定模型來定量確定，一般也采用專家定性評分量化法，其能力定性賦值可參考表2。

表1 3種欺騙能力在各種情況下的賦值

表2 心理變化程度賦值表

3.4 艦船信息系統軟殺傷能力基本模型

艦船信息系統軟殺傷能力是指艦船采用軟殺傷手段對敵信息系統計算機網絡空間實施攻擊的能力。由于信息系統軟件、網絡協議和結構等不可避免地存在漏洞，使信息系統計算機網絡受到攻擊成為可能。信息系統計算機漸進式網絡攻擊必須經過掃描與嗅探、密碼與口令破解、侵入系統、提升權限、攻擊系統5個步驟[1]，哪一個步驟不能實現就意味著軟攻擊失敗。設5個步驟對系統軟殺傷能力的重要性權重分別為p掃嗅、p密口、p侵入、p提限、p攻系，且p掃嗅+p密口+p侵入+p提限+p攻系=1，則信息系統軟殺傷能力E軟殺可表示為：

E軟殺=p掃嗅E掃嗅·p密口E密口·p侵入E侵入·p提限E提限·p攻系E攻系

(11)

式中：E掃嗅為通過掃描與監聽嗅探獲取敵信息系統信息的能力；E密口為對敵信息系統密碼口令破解能力；E侵入為侵入敵信息系統的能力；E提限為提升侵入系統權限的能力；E攻系為攻擊敵信息系統的能力。

3.5 艦船信息系統硬摧毀能力的基本模型

E硬摧=(p輻摧+p導摧+p炸摧)(PE·PS·PL·

(12)

3.6 艦船信息進攻能力綜合模型

設艦船信息壓制與干擾能力、信息欺騙能力、心理戰能力、信息系統軟殺傷能力和信息系統硬摧毀能力的重要性權重分別為p壓干、p信欺、p心戰、p軟殺、p硬摧，且p壓干+p信欺+p心戰+p軟殺+p硬摧=1，采取綜合指數法進行能力評估，則艦船信息進攻能力E進攻可表示為：

E進攻=p壓干E壓干+p信欺E信欺+p心戰E心戰+

p軟殺E軟殺+p硬摧E硬摧

(13)

4 艦船信息防御能力模型

艦船信息防御能力是艦船信息對抗的重點與主要任務，包括電子防御與網絡防護能力。展開可細分為反信息偵察與監視能力、反信息壓制與干擾能力、反目標隱身能力、反信息系統軟殺傷能力、反信息系統硬摧毀能力、組織戰場電磁兼容能力[3]。

4.1 艦船反信息偵察與監視能力基本模型

艦船反信息偵察與監視能力是艦船采取一定的技術手段和戰術行動，防止、阻礙敵對我信息系統進行有效偵察與監視的能力。它與信息網絡安全與保密能力、信息系統反偵察與監視技術水平、艦船反偵察與監視戰術運用三大因素有關，而信息網絡安全與保密能力通常用系統網絡運行的信息不被敵偵測、截獲、破譯的概率來表示，系統反偵察與監視技術是通信、雷達、導航、電子對抗、指控等電子信息系統技術的總稱，同樣可用各類信息不被敵偵測的概率來衡量，艦船反偵察與監視戰術運用是彌補技術不足的有效途徑，是通過偽裝、隱身、佯動、示假等戰術行動降低敵發現、跟蹤的可能性。考慮上述三大主要因素，信息系統及其信息不被偵測、截獲和破譯是根本，因此，艦船反信息偵察與監視能力E反偵可表示為：

E反偵=1-(PzcKzc+PzcPjhKjh+PzcPjhPpyKpy)

(14)

式中：Pzc為信息系統被偵測概率；Pjh為信息系統信息被截獲概率；Ppy為信息系統信息被破譯概率;Kzc為系統被偵測后的危險性系數；Kjh為系統信息被截獲后的危險性系數；Kpy為系統信息被破譯后的危險性系數。

4.2 艦船反信息壓制與干擾能力基本模型

E反干=SF=F1·F2·F3……Fn=

(15)

艦船反信息壓制與干擾因子既可以用于衡量艦船反信息壓制與干擾能力，也可以度量艦船采取某個或某幾個反信息壓制與干擾措施時艦船信息系統抗干擾性能的改善程度，可以比較不同反信息壓制與干擾措施的實際效果。

4.3 艦船反目標隱身能力基本模型

(16)

式中：a、b、c、d分別為艦船發現隱身飛機(包括反無人機)、隱身艦船、隱身制導導彈、隱身制導炸彈的探測設備數量；p機隱、p船隱、p導隱、p炸隱為發現上述4類對應隱身目標的重要性權重，且p機隱+p船隱+p導隱+p炸隱=1。

4.4 艦船反信息系統軟殺傷能力基本模型

艦船反信息系統軟殺傷能力是指艦船遏制和削弱敵對我信息系統計算機實施軟殺傷破壞的能力，包括信息系統硬件結構保護、軟件防護、訪問控制、反病毒襲擊和系統再生能力等[1]。若設上述5種反信息系統軟殺傷能力的重要性權重分別為p結保、p軟防、p訪控、p反病、p再生，且p結保+p軟防+p訪控+p反病+p再生=1，則艦船反信息系統軟殺傷能力E反軟可表示為：

(17)

式中：ηjg為系統硬件結構受到攻擊的總次數；φjh為系統硬件結構受到攻擊而防護有效的次數；mgz為通過軟件殺傷攻擊信息系統的總次數；ngc為軟件殺傷攻擊信息系統成功的次數；kfz為敵訪問我信息系統的總次數；hfx為敵達成其作戰目的所需訪問次數；αbg為信息系統受到病毒感染的總次數；βqb為信息系統殺毒程序清除病毒成功的次數；δhx為系統受到軟殺傷攻擊后恢復結構和性能的次數。

4.5 艦船反信息系統硬摧毀能力基本模型

艦船反信息系統硬摧毀能力是指為削弱、消除敵電子摧毀和火力摧毀對艦船信息系統的破壞效果而采取的措施及其行動的能力。與前面分析的“信息系統硬摧毀能力”相對應，反信息系統硬摧毀能力同樣包括抗反輻射武器、反定向能武器、反電子脈沖武器摧毀能力和反精確制導炸彈、反精確制導導彈摧毀能力。其反信息系統硬摧毀能力E反摧可根據“信息系統硬摧毀能力”的研究結論得出：E反摧=1-E硬摧，即：

E反摧=1-[(p反輻摧+p反導摧+p反炸摧)(PDE·

PDS·PDL·Pda·Pdk·Pdr)+

(18)

式中：PDE為敵硬武器在開始執行任務時處于“有效工作”狀態的概率；PDS為敵硬武器發射平臺指揮引導概率；PDL為敵硬武器上的被動雷達導引頭捕捉目標和制導引導概率；Pda為敵硬武器制導系統尋的制導瞄準概率；Pdk為敵硬武器戰斗部引爆與軟(硬)殺傷概率；Pdr為敵硬武器系統滿足響應時間的概率；P敵發天為敵強電磁武器發射天線的輸入功率；G敵發天為敵強電磁武器發射天線增益；r為敵強電磁輻射源與我艦船距離；p反輻摧、p反定摧、p反脈摧、p反導、p反炸分別表示5種反信息系統摧毀能力的重要性權重，且p反輻+p反定+p反脈+p反導+p反炸=1。

4.6 艦船組織戰場電磁兼容能力基本模型

艦船組織戰場電磁兼容能力是指艦船各種作戰裝備，在同一戰場電磁環境下能夠按照設計要求執行各自作戰功能的能力。它包括2個方面含義：一是裝備在同一戰場電磁環境下不受其它裝備產生的電磁輻射所干擾，二是裝備運行中不對其它系統產生干擾[8]。電磁兼容能力E兼容可以用電磁干擾安全裕度fIM(f,t,d,p)來表示，它是頻率f、時間t、間距d和收發天線相對方向p的函數，基于單個發射機與接收機間的電磁干擾安全裕度fIM(f,t,d,p)=Ps+CF-PT-GT+LP-GR，則戰場電磁兼容能力E兼容可表示為：

(19)

式中：PSi為第i臺發信機對某接收器的門限功率；CFi為第i臺發信機對某接收設備的頻率響應系數；PTi為第i臺發信機對某接收設備電磁信號干擾功率；LPi為第i臺發信機對某接收設備間的傳輸路徑損耗(單位dB)；GTi為第i臺發信機的發射天線增益;GRi為接收天線增益。

4.7 艦船信息防御能力模型

設艦船反信息偵察與監視能力、反信息壓制與干擾能力、反信息系統軟殺傷能力、反信息系統硬摧毀能力、反目標隱身能力、組織戰場電磁兼容能力的權重分別為p反偵、p反干、p反破、p反摧、p反隱、p兼容，且p反偵+p反干+p反破+p反摧+p反隱+p兼容=1，采取綜合指數法進行能力評估，則艦船信息防御能力E防可表示為：

E防=p反偵E反偵+p反干E反干+p反破E反破+

p反摧E反摧+p反隱E反隱+p兼容E兼容

(20)

5 結束語

根據信息對抗基本定義與艦船信息對抗系統的運用實際，基于系統效能評估層次分析法指標構建的分類方法，在“艦船信息對抗能力”總目標層下，構建了“艦船信息偵察與監視能力、艦船信息進攻能力、艦船信息防御能力”3個子目標中間層和“信息探測能力、信息截獲能力、信息偵控能力、信息壓制與干擾能力、信息安全與保密能力、反信息系統軟殺傷能力、反信息系統硬摧毀能力”等16個影響因子指標層，全面系統地明確了艦船信息對抗能力總目標、子目標以及指標因子的含義，并建立了衡量各目標能力強弱的數學模型。限于篇幅，本文沒有進行示例分析與驗證，其能力模型也有待于進一步完善。

[1] 栗蘋，趙國慶，楊小牛，等.信息對抗技術[M].北京：清華大學出版社，2008.

[2] 海軍司令部第四部.水面艦艇電子對抗業務參考教材[M].北京：解放軍出版社，2014.

[3] 全軍軍事術語管理委員會.中國人民解放軍軍語[M].北京：軍事科學出版社，2012.

[4] 鄭連清，汪勝榮，周生炳，等.信息對抗原理與方法[M].北京：清華大學出版社，2005.

[5] 張曉艷，張潔.現代反心戰訓練理論與實踐[M].北京：國防大學出版社，2010.

[6] 桑煒森.電子對抗效能分析與評價模型[M].北京：解放軍出版社，1999.

[7] 雷革,李有才,張奧狄.艦艇隱身技術簡介[J].海軍裝備,2006(5):26-27.

[8] 王汝群，胡以華，談何易，等.戰場電磁環境[M]. 北京：解放軍出版社，2012.

ResearchintoTheModelofWarshipInformationCountermeasureCapabilityBasedonHierarchicalStructure

LI You-cai,ZHENG Chun-di,BAI Jie

(Naval Marine Academy，Guangzhou 510430,China)

The warship has always been an important mobile platform of the military power for maritime offensive operations,maritime defense operations and island reef blockade operations,and the information countermeasure capability of the warship is a major sign to measure the information combat capability.By constructing the index system and the hierarchical structure of the warship information countermeasure capability,this paper expounds the meaning of the overall goal,sub-goal of warship information countermeasure capability,and sets up a mathematics model to evaluate the strength of each target.

information countermeasure；mathematics model；warship combat capability

2017-06-21

TN97

A

CN32-1413(2017)06-0007-07

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.06.002