對衛星通信系統的星地一體對抗技術初探

賈鐵燕，崔 寧

(1.中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081; 2.中國人民解放軍96902部隊，北京 100015)

0 引言

世界高新技術的迅速發展，正改變著當今戰爭的模式，高技術下戰爭的特點將是陸、海、空、天、地、網、電等多維度立體化信息戰，交戰雙方在戰爭中進行全時空的信息較量，爭奪對信息的控制權，以贏得戰爭的勝利。信息戰是建筑于指揮、控制、通信、情報、偵察、監視等一系列能力的基礎之上，通信作為系統的神經與紐帶，占有舉足輕重的地位，而衛星通信由于其不可取代的空間優勢經常被作為干線鏈路使用，是高速度、高強度、高技術現代戰爭的重要組成部分，因此研究對衛星通信網的對抗技術，成為掌握戰爭主動權的關鍵之一。

本文正是針對應用廣泛的衛星通信系統，從無線通信網的對抗技術入手，對天基平臺與陸基平臺相結合的天地一體衛星通信系統對抗技術進行了初步探討。

1 對無線通信網的攻擊技術

無線通信網通過電磁波進行傳輸，因此在電磁波覆蓋區域內，所有的用戶均能夠接觸到網絡中傳輸的內容，無線鏈路信道的這種開放特性，為實施攻擊提供了便利條件。

針對無線通信網的攻擊策略可以簡單地劃分為被動式攻擊與主動式攻擊兩大類：被動攻擊指攻擊者并不實施攻擊行為，攻擊的目的主要是收集信息，而不是對目標網絡造成破壞，被動攻擊的主要形式是無線竊聽，通過無線竊聽、截獲無線鏈路上傳輸的內容進行分析與統計，獲得目標網絡的運行狀態、情報信息等；主動攻擊則又可以根據攻擊的方式方法細分為持續干擾、靈巧干擾、欺騙攻擊以及智能干擾等，下面分別進行詳述。

1.1 無線竊聽

由于無線通信的通信信息經由無線信道進行傳輸，與有線通信相比較，無線鏈路的開放性使得其傳輸的信息內容更容易被截獲。攻擊者只需要使用相應設備，在其傳輸通路上，就可以對無線通信所傳輸的信息內容進行竊聽。例如可以通過對商用無線通信系統的竊聽，可獲得用戶身份信息、計費信息、密鑰信息以及位置信息等，從而達到獲取用戶隱私、侵犯用戶資源的目的；而對軍事、國家等重要通信系統的竊聽，更是可以獲得用戶的指令、行為、部署等信息，是竊取情報的重要手段。

1.2 持續干擾

持續干擾也可以理解為大功率壓制干擾，由于無線通信的通信載體是電磁波，因此可以利用大功率發射裝備對正常的通信鏈路實施不間斷的干擾，即持續干擾，達到降效或阻斷通信業務的目的。對目標通信網絡使用的工作頻率發射干擾信號，可使得接收端接收到的正常通信信號信噪比無法達到接收要求，從而接收端無法正確解譯傳輸的通信內容，達到干擾目的。

1.3 靈巧干擾

靈巧干擾的定義并不十分明晰，本文將針對目標系統特性，采取靈活多變的干擾樣式以達到一定干擾效果，同時可大量節約干擾功率的干擾方式稱作靈巧干擾，一般指無反饋(反應)的干擾方式。

持續干擾一般會忽略通信的過程性特征，即不考慮通信的時、頻、空、功率的變化性，在一定的頻域、時域、空域以及功率域等多維空間上進行通信信號的覆蓋，達到壓制的效果。但是實際通信過程中，通信特征不是一成不變的，通常會包括同步、建聯、持續、拆鏈等各個過程，數據封裝的格式也會包括同步引導、幀同步、訓練序列、校驗字段等各個字段。因此，針對各種通信過程、環節、字段等，不再持續實施干擾而是只對數字信號的一部分進行有針對性的干擾，稱之為靈巧干擾。

如靈巧干擾使用恰當，其效果將優于持續干擾，即在相同干擾效果時所使用的干信比將優于持續干擾。但是，靈巧干擾的干擾過程需要與目標通信系統相匹配，實現較為復雜。

靈巧干擾與持續干擾相比較，具有以下特點：

1)干擾隱蔽性較強，干擾功率較小。靈巧干擾弱化了功率的決定性作用，因此具有不易被察覺、保障己方安全的特點。

2)干擾設備的靈活機動性好。由于靈巧干擾降低了干擾功率，因此其成本被降低，而且設備體積也有所減小，可實現便攜、車載、機載、星載等多種形式，方便組網形成更高效的干擾網絡。

3)干擾信號樣式多，目標針對性較強。靈巧干擾針對不同的過程特征使用不同的干擾信號樣式，如可干擾導頻信號、干擾同步過程等，因此干擾信號樣式多種多樣，效果也靈活多變，但是由于目標通信系統的多樣性，靈巧干擾只能針對特定目標實施。

靈巧干擾的基本架構設計如圖1所示。首先進行信號偵收，獲取信號參數特征，再根據信號特征進行干擾信號引導，設計不同的干擾樣式，生成干擾信號發送。此過程中，需根據先驗知識進行干擾信號的引導與生成，并從時間、空間、頻率、樣式、過程等多個維度引導發射干擾信號。

圖1 靈巧干擾基本架構

1.4 欺騙攻擊

無線通信系統用戶與網絡之間的交互過程是利用無線鏈路完成的，仍然是由于無線鏈路的開放特性，如果一旦可以竊聽到用戶的身份并進行仿冒，那么攻擊者就可以利用竊聽到的合法身份進行仿冒攻擊，從而達到對目標網絡欺騙的目的，這樣一來，不僅僅對目標網絡造成了擾亂，而且實現了欺騙。通過欺騙攻擊，攻擊者可以無償獲得網絡的服務，也可以假冒網絡服務欺騙終端用戶，從而掌控更多的網絡資源。

由于欺騙攻擊針對不同的目標網絡其實施與實現過程均不同，涉及物理層、鏈路層、網絡層乃至應用層等多層次的知識，這里不作為重點描述。

1.5 智能干擾

電磁環境日益復雜，信號在頻域、時域、空域等多維嚴重擁堵，常規的無線竊聽能力被降低；而通信信號抗截獲與抗干擾性能不斷提升，靈巧干擾已經無法適應，在人工智能、軟件無線電、認知電子戰等多種技術的綜合推動下，智能干擾技術應運而生。

非合作條件下，攻擊方無法充分掌握目標通信系統的全部模式，而面對未知的目標系統，靈巧干擾更是受到很大制約，智能干擾則利用干擾策略推理、干擾策略學習技術，在面臨未知狀態時具備快速自主學習能力，針對未知目標或已知目標的未知模式時給出快速有效的干擾方案，并選擇高效干擾模式，合成最佳干擾信號樣式以達到最優的干擾效果。

智能干擾決策模塊示意圖如2所示。通信對抗過程中，當干擾目標被發現時，智能通信干擾決策模塊利用經驗信息進行干擾策略推測，如果經過基于經驗的干擾策略推理可以獲得有效的干擾策略，則進行干擾措施的配置并可實施干擾；如果經過基于經驗的干擾策略推理無法獲得有效的干擾策略，則需要進行基于智能算法的干擾策略學習，由經驗數據庫提供初始策略給在線學習算法。如果在線學習算法經過學習后可以獲得有效的干擾策略，那么該策略將被存儲進數據庫，達到自主演進的目的。

圖2 智能通信干擾決策基本架構

智能干擾技術與傳統電子干擾相比較，具有較為明顯的優勢：

1)智能干擾技術作為反應式干擾具備快速威脅感知能力，并且可以對外部環境及目標具有記憶和學習能力；

2)智能干擾通過自主分析外部環境威脅，進而選擇有效的干擾策略；

3)智能干擾可以根據對外部環境的感知、分析，進行干擾效果評估，從而動態調整干擾策略；

4)智能干擾具備一定的學習能力，通過對外部環境探測了解目標，然后進行對比分析進行自我學習掌握目標，最后通過自我調整以適應目標，達到有效的干擾效果。

2 衛星通信網特點及干擾方式2.1 衛星通信網

衛星通信具有一系列的優點：通信覆蓋面積大，距離遠；容量大，可傳輸話音、數據、圖像；可靠度高，通信質量好，具有廣播性，可以動中通。因此在現代戰爭中占有非常重要的地位，世界各國軍事力量均非常重視衛星通信的發展。

現代作戰的一個重要特征就是大范圍、全縱深、超視距的綜合打擊,這種作戰行動必須要有衛星系統的支撐，原因是它不受地理、氣象和距離的限制，可以自由地在全球范圍內實施各種信息保障。衛星系統的這種極其重要的戰略地位，使得以干擾、破壞和摧毀衛星系統為目的的空間電子戰成為謀求戰場信息優勢的最為重要的作戰手段?？臻g電子戰的主要目標就是遍布于浩瀚空間的、構成航天軍事信息保障系統的各種軍用衛星。所以，空間電子戰的核心就是衛星對抗，它是破壞敵方衛星信息系統的正常工作的一種作戰手段，包括對敵方衛星的偵察發現、跟蹤破壞等。

2.2 對衛星通信網干擾

從衛星對抗對象的構成上來看，對空間系統的對抗應包括對空間平臺(即衛星)的對抗(含對特定空間的軌道封鎖)、對星載傳感器的對抗、對衛星傳輸鏈路和信息節點的對抗、對最終用戶裝備的對抗，同時也包括對己方空間和地面的重要武器系統、重要軍事經濟設施的保護。衛星通信數據鏈路對抗就是通過干擾敵通信衛星、數據中繼衛星的星間、星地信息交換鏈路極大地降低星地信息交換的成功率，使其失去航天信息保障的優勢。同步軌道衛星通信系統及可攻擊鏈路圖如圖3所示。

圖3 同步軌道衛星通信系統及可攻擊鏈路

對于同步軌道衛星通信系統而言，其組成包括中心站、小站以及作為透明轉發器的衛星，總結其系統可能遭到攻擊的鏈路、節點以及攻擊信號注入點如表1所示。

表1 同步軌道衛星通信系統可能遭到攻擊的鏈路、節點以及攻擊信號注入點

從表1中可以看出，雖然①和②都是對前向鏈路實施攻擊，但是由于攻擊信號進入目標系統的接入點不同，所以可攻擊的節點范圍是不同的，一般而言如經由衛星轉發，則攻擊影響的節點范圍更大，甚至可以對全網小站實現攻擊，而不經由衛星轉發時，攻擊僅能影響區域內的小站，且對攻擊實施者的所處的位置有要求，即需要在攻擊信號直接覆蓋范圍內，此時天基系統的位置優勢就可發揮巨大作用。同理，③和④雖然都是針對回傳鏈路進行攻擊，但是對于③而言，攻擊信號必須可以進入中心站天線接收范圍內，這也只能借助升空平臺或抵近方式實現，因此對于衛星通信系統開展攻擊技術研究，如果可以借助星載平臺，星地一體聯合實施攻擊則方式方法更為靈活多樣。

3 星地一體衛星通信對抗技術

在進行星地一體衛星通信對抗體系設計時，可以借鑒美國在空間態勢感知系統中的發展思路“星地一體”。美“低軌天基空間監視系統”衛星配備了星上任務數據任務處理器，可實現星上圖像數據的初步處理，減少下行鏈路數據的傳輸量。衛星采用可編程(在線編程)的星上軟件，支持衛星在軌性能升級，從而降低了衛星運行風險。 美“地球同步軌道空間態勢感知計劃”衛星部署于近地球同步軌道，通過與地球同步軌道目標的相對漂移實現對同步軌道的全監視，采用光電探測載荷提供準確的目標軌道和特征數據，觀測結果將匯入空間監視網?！霸u估局部空間自首衛納衛星”可實現非合作目標自主抵近偵察，進行“逼近、繞飛、懸?！钡炔僮鲗崿F態勢感知，掌握目標特性和活動意圖。

發展星地一體系統，不僅需要在地面進行組網，還需要進行空間組網，最終形成跨越天、地平臺的網絡協議，實現星地一體的感知、對抗系統。

星載系統的衛星根據軌道不同可分為地球靜止軌道/地球同步軌道衛星，通常3顆等距分布的衛星就可以覆蓋全球；低軌衛星通常需要由多顆衛星構成，各星間利用無線鏈路進行互通才能達到覆蓋全球的目的。星載系統作為偵察接收和干擾實施使用，將對目標衛星通信系統的態勢信息快速傳遞到地面控制中心，地面控制中心的攻擊意圖實時反饋給星載系統，這樣既可以充分利用星載平臺的地理位置優勢，提高應用效能，也可以充分利用地面系統資源。例如在實施智能干擾時，是否可以將干擾策略學習與經驗數據庫放在地面上，當星載系統可以獲得有效的干擾策略時，可自主實施干擾，一旦無有效策略，則將數據傳輸至地面系統，由地面系統的學習模塊進行學習后獲得干擾策略。

此外，在考慮星載系統設計時，可應用基于軟件無線電技術的軟件可重構衛星技術，相較于傳統的衛星載荷設計，可實現在軌加載及升級，從而可以在一定功能框架下實現對不同目標衛星系統的干擾，應用更為廣泛。

對于星載系統的軌道設計，可采用“伴星”或組網方式，可充分獲取目標衛星通信系統星地鏈路傳輸的信息內容，利用其位置優勢也可對星間鏈路進行偵察，獲得更為全面的目標衛星通信系統的態勢信息。

4 結束語

星載系統在位置上占有絕對優勢，但是其處理能力、與其他節點的信息傳輸容量又是其弱勢所在，如何將包括微波組陣、星上計算、星間鏈路等新技術充分利用，并結合地面的硬件資源的優勢設計星地一體網絡，實現星、地間的協同，是發展星地一體對衛星通信系統攻擊技術的關鍵所在。