戰爭潛力目標應對電磁威脅的防護分級分析*

宋 偉，沈 楠，于小芳

（國防科技大學電子對抗學院，合肥 230037）

0 引言

戰爭潛力目標是指能夠直接或間接為作戰提供潛在力量的各類民用設施與目標，如電力系統、醫療系統、廣播電視系統、交通運輸系統、通信系統等。隨著信息技術的發展，戰爭潛力目標對各類電子信息設備和系統的依賴性越來越高，這在提高其運行自動化、智能化的同時，也增加了其面臨電磁脈沖、高功率微波等電磁威脅的風險。而在應對各類可能的電磁威脅時，進行分級分類防護是一種充分利用有限防護資源的重要措施。

1 對戰爭潛力目標進行防護分級的必要性

對戰爭潛力目標進行防護分級，就是根據戰爭潛力目標中各系統及其所屬子系統、電子設備和元器件的功能、作用，以及面對電磁威脅時的相關特性，按照一定的原則，確定各子系統、電子設備和元器件的防護重點和防護優先級，以充分發揮防護資源的最大防護效益。

1.1 系統結構復雜，重要性等級差異大

戰爭潛力目標數量種類多、分布廣泛，涉及到生產生活的各個方面，無論平時還是戰時，都將發揮至關重要的作用。但是，就單個系統而言，其在平時以及戰時不同階段所扮演的角色和重要性是不同的；組成該系統的各個子系統甚至單個電子設備和元器件，其在系統中的作用和重要性也是不同的。當防護資源有限而無法做到全面防護時，我們就要依據有關原則，對關鍵系統、重要電子設備和元器件進行優先防護。

1.2 構造種類繁多，防護性效益差異大

構成戰爭潛力目標各系統的子系統，內部結構復雜，種類繁多，且各子系統內部的各類電子設備和元器件，功能特性差異大；面對電磁脈沖、高功率微波等電磁威脅時的應急反應也不一，有的易損傷，工作效能易受影響，有的損傷后可自行恢復功能，而有的卻不易損傷或不易恢復，有的系統分布范圍廣，且分散性高，雖然理論上可以進行防護，但實際操作起來耗時耗力，防護效益不明顯。因此，為使有限的防護資源發揮最大防護效能，應對戰爭潛力目標的各系統，包括子系統甚至電子設備和元器件進行防護分級，以確定防護的優先級。

1.3 防護資源有限，全面性防護難度大

隨著信息技術的發展和社會生產力的提高，電子設備和元器件本身的電磁加固能力不斷提高，生產管理部門和科研單位在防護資源和手段措施的研發方面的投入也越來越大。然而，面對種類眾多、系統復雜的各類戰爭潛力目標，防護資源（人力、物力、財力和科研力量）還是顯得非常緊張，難以實施全面性防護。因此，必須對戰爭潛力目標各系統及其子系統甚至單個電子設備和元器件進行區分，按照一定原則，確定需要重點防護或優先防護的對象，以提高防護效益。

2 對戰爭潛力目標進行防護分級分析的指標

為更好地分析戰爭潛力目標的防護分級問題，對不同系統、子系統或電子設備和元器件之間給出一個防護分級分析的定量描述，選取“重要性”、“易損性”、“可恢復性”和“可防護性”4 個指標進行分析。

2.1 重要性

重要性是指各子系統或電子設備和元器件在整個戰爭潛力目標系統中所承擔作用的價值或意義。重要性是投入資源進行防護的前提，戰爭潛力目標某部分（系統、電子設備和元器件等）的作用越大，遭受攻擊被毀傷后對整個系統的影響程度越深，說明其重要性程度越高，越不可替代。

重要性等級區分為4 級。每個等級表征的含義如下：4 級，非常重要，功能不可替代；3 級，比較重要，功能可暫時性缺失或少量替代；2 級，一般重要，功能可長時間缺失或大量替代；1 級，不重要，功能可有可無。

2.2 易損性

易損性是指戰爭潛力目標某部分（系統、電子設備和元器件等）受到電磁脈沖、高功率微波等電磁攻擊時，受到干擾、損傷，并造成故障或癱瘓狀態的難易程度。易損性指標暗含了戰爭潛力目標應對電磁威脅的能力。針對某一特定戰爭潛力目標，其設施體系構建越完備，固件抗電磁毀傷能力越強，系統所含敏感電子設備和元器件數量越少，則易損性越弱，易損性等級越低。

易損性等級區分為4 級。每個等級表征的含義如下：4 級，極易受到干擾損傷并失去其功能；3 級，比較容易受到干擾損傷并失去其功能；2 級，不易受到干擾或損傷；1 級，不受干擾或損傷。

2.3 可恢復性

可恢復性是指當戰爭潛力目標受到電磁攻擊后，受損部分（系統、電子設備和元器件等）從故障或癱瘓狀態恢復到可正常運行狀態，并將其支持的業務功能，從異常狀態恢復到可接受狀態的難易程度。包括系統自愈能力、恢復速度、恢復耗時、可恢復程度等。自愈能力越強恢復速度越快，恢復耗時越短可恢復程度越高，可恢復性就越強。

可恢復性等級區分為4 級。每個等級表征的含義如下：4 級，容易恢復，恢復功能所用時間較短；3級，較易恢復，恢復功能所用時間較長；2 級，不易恢復，恢復功能所用時間過長；1 級，不可恢復。

2.4 可防護性

可防護性是指戰爭潛力目標某部分（系統、電子設備和元器件等）在受到電磁攻擊威脅前或威脅發生時，在綜合考慮防護方法可行性、運行環境便易性、防護成本、經濟效益等因素基礎上，實施有效電磁防護，應對電磁威脅的難易程度。一般來說，防護方法可行、環境便利、防護性價比高，則可防護性越高。

可防護性等級區分為4 級。每個等級表征的含義如下：4 級，可防護性高，方法可行、環境便利、防護性價比高；3 級，可防護性較高，方法可行、環境比較便利，但防護成本較高；2 級，可防護性一般，方法具有一定的可行性，環境便利性一般，防護成本很高；1 級，可防護性差，方法可行性有待商榷，環境不夠便利，防護成本非常高。

3 基于層次分析法的防護分級分析

對戰爭潛力目標進行防護分級分析，就是依據選取的“重要性”、“易損性”、“可恢復性”和“可防護性”4 個指標，對每個系統的子系統（電子設備和元器件）進行定量分析，以確定各子系統的防護等級或防護優先級。

3.1 建立層次分析模型

層次分析模型分3 個層次，目標層為子系統的防護需求度；準則層為防護需求程度的影響因素，即選取的4 個防護分析的指標；方案層為各類子系統。

圖1 層次分析模型圖

則當戰爭潛力目標受到電磁威脅或攻擊時，第k 個子系統的防護需求度fk的計算模型為：

3.2 指標取值及歸一化

確定指標值的取值，就是依據“重要性”、“易損性”、“可恢復性”和“可防護性”4 個指標的含義，根據子系統在目標系統中的地位作用以及相關特性，確定某一指標的等級級別。比如，對于鐵路運輸系統的列車運行控制系統（CTCS），由于其是用于控制列車運行速度，保證行車安全和提高運輸能力的控制系統，對列車安全運行至關重要，因此，重要性等級可認定為4 級，相應的重要性指標X1取值即為4，即X1=4。

為減少主觀因素的影響，指標值的確定可采取專家打分法來確定，由業務領域內的多名專業人士根據實際情況給出某子系統的各指標值，再按照最大可能性準則確定指標值。

為便于計算，各指標值確定后，需進行歸一化處理，計算模型為：

式中，Xi為第i 個指標歸一化前的取值，i=1，2，3，4分別對應“重要性”、“易損性”、“可恢復性”和“可防護性”4 個指標；Ximin為第i 個指標可取數值的最小值，且對應4 個指標，都有Ximin=1；Ximax為第i 個指標可取數值的最大值，且對應4 個指標，都有Ximax=4；xi為第i 個指標歸一化后的取值。

3.3 指標權重的計算

計算指標權重，主要是分析“重要性”、“易損性”、“可恢復性”和“可防護性”4 個指標的相對重要程度。為此，首先要構造判斷矩陣A。

式中，αij表示準則層中指標i 和指標j 相對于目標層的重要關系，且有αij=1/αji，i=1，2，3，4，j=1，2，3，4。

αij的取值及表征含義如表1 所示。

表1 αij 的取值及表征含義

αij的取值也可取2、4、6、8，分別表示取表1 中相鄰判斷的中間值。

判斷矩陣A 構造完成后，須計算其最大特征根和特征向量，并進行一致性檢驗，當判定矩陣A 滿足一致性時，可用A 的歸一化特征向量作為權向量，即各個指標的權重系數。

3.4 防護等級的計算

防護等級的計算，就是根據3.2 節和3.3 節計算得到的歸一化指標值xki（k 表示第k 個子系統）和指標權重ωi，先利用式（1）計算得到該子系統的防護需求度fk，再根據評定標準判定該子系統的防護等級。

第k 個子系統的防護等級值Fk與防護需求度fk的關系為：

防護等級值Fk的取值含義如表2 所示。

表2 防護等級值Fk 的表征含義

3.5 算例分析

下面以鐵路運輸系統中的列車運行控制系統和售票系統為例來進行分析。列車運行控制系統是由列車控制中心、閉塞設備、地面信號設備、地車信息傳輸設備、車載速度控制設備等構成，用于控制列車運行速度，保證行車安全和提高運輸能力的控制系統。通過分析其各指標值的取值如下：重要性指標取值為4（說明重要性等級4 級，下同）、易損性指標取值為4、可恢復性指標取值為3、可防護性指標取值為3。按照式（2）進行歸一化后，有x11=1，x12=1，x13=2/3，x14=2/3。

售票系統主要由互聯網計算機系統和相關的軟件構成，主要提供票務信息查詢、咨詢、購買、退訂、改簽等基本服務，其各指標值的取值如下：重要性指標取值為2、易損性指標取值為3、可恢復性指標取值為3、可防護性指標取值為4。按照式（2）進行歸一化后，有x21=1/3，x22=2/3，x23=1/3，x24=1。

利用層次分析法計算權重時，根據4 個指標相對于目標層防護需求度的相對重要性，構造判斷矩陣A。

所以，根據防護等級與防護需求度的對應關系（表2）可知，列車運行控制系統的防護等級應屬于4 級，售票系統的防護等級屬于3 級，列車運行控制系統的防護優先級最高，在分配防護資源和防護力量配備上，應優先滿足列車運行控制系統的防護需求。

4 結論

分析研究戰爭潛力目標應對電磁威脅的防護分級問題，指標和方法很多，比如可選取不同層級的指標建立指標體系，再通過不同的計算方法和分級分類標準進行計算分析。但基于分級分類思想實施電磁防護的根本目的，是充分發揮有限防護資源的防護效益，以保障戰爭潛力目標在受到電磁威脅的情況下，能正常運行或在功能受損后能及時有效恢復運行。