海洋空间信息安全技术研究

黄汉文

（上海卫星工程研究所，上海200240）

0 引言

海洋空间是指海水占据的自然空间，以及与海水相连的环境空间，主要由海洋、海岸、海底、岛礁和海空（海域上空）等组成。海洋空间的首要特点是范围大，因此，海洋空间的划界很复杂，既有属国家主权的大陆架、领海、专属经济区，又有属人类共有的公海；虽然对于海洋空间的管理和控制有很多国际法规，但是有关海洋空间的国际争端层出不穷。另一方面，海洋空间以海水为主体，背景单一，形成独特的海洋气象和海况环境，海上风暴频繁，变化莫测，而且直接影响陆地空间的气候；在海水背景下对海洋目标被动探测时，单一背景对目标的提取具有优势。

上世纪电子技术、信息技术的发展，开创了一个全新的信息化时代，由相互依赖的信息技术基础设施已经组成全球网络，包括互联网、电信网、计算机系统以及嵌入式处理器和控制器等；信息环境已经实现全球领域的互联互通，信息化正在前所未有地影响着政治、军事、经济和文化的各个领域，信息安全已经成为国家安全、社会稳定的重要组成部分，而且正面临着严峻挑战。海洋空间信息安全是指发生在海洋空间，以海洋技术与信息安全技术结合为手段，以维护海洋信息安全为目的的信息防御技术。由于海洋空间独特的地理条件，全球化蕴含着对海洋的巨大依赖，海权已经是国家总体战略能力重要组成部分，研究海洋空间信息安全特点、发展海洋空间信息安全技术不仅具有紧迫性，而且具有深远的战略意义。

1 国外海洋空间信息安全威胁研发概况

1.1 概述

可以说，自从人类走向海洋以来，海洋空间信息安全威胁也就诞生了。最早是从海上电子侦察舰船开始，通常在舰船上装载大量不同形状的天线，并配有各种接收机、干扰设备、终端显示和处理设备等，利用海洋范围大、可以“航行自由”合法地深入远洋、接近目标、进行长时间跟踪探测的特点，对目标实施无线电信号截获、测量和监听等电子侦察技术手段，获取各种军事技术情报，研究敌方军事斗争动向，发现战争征候。电子侦察舰船无论是在平时、战时及冷战时期，都立下了赫赫战功，因此，在美、苏／俄海军中都得到了迅速发展，从民用船改装侦察船，到种类繁多的各种专用侦察舰船，包括海洋测量船、海洋监视船、缉毒情报船、潜艇支援船、声纳研究船、海底电缆修复船、潜艇导航试验船和洲际导弹试验船等等，有时表面打着民用旗号，掩饰真实军事身份；从排水量不足500t的侦察艇，发展到排水量超过1万吨的巨型核动力侦察船；侦察频段已经覆盖30kHz～100GHz，对各种雷达信号和通信信号进行侦收、测量，完成测向和窃听；美、苏／俄都走过了三代电子侦察舰船的发展之路。

随着空间技术的应用，20世纪60年代起天基海洋空间信息收集系统开始研发，它利用卫星平台对海洋的各类舰船活动态势实施动态监视和窃听，即应用卫星运行进行扫描探测，完成对海面目标和水下潜艇目标等的发现、定位、识别和跟踪；有效识别目标特性，以及监视舰船编队队形、航向和航速等运动状态，为军事斗争提供关注海域或全球海域的海洋目标活动态势，从而及时发现军事危机和战争的征候。美国海军从1968年开始研究卫星海洋监视系统的可行性，发展“白云”系列卫星，采用大视场的电子侦察技术和多星时差定位体制，实现对海洋目标的发现、跟踪、定位和识别；1976年开始发射并取得成功，已经经历第一代“白云”海洋监视系统（1976～1991）、第二代“天基广域监视系统”（1990～2000年）和第三代“联合天基广域监视系统”的发展过程。

前苏联的海洋监视卫星计划始于20世纪60年代，可分为2个阶段，1965～1973年为试验阶段，1974年5月开始进入实用阶段。其海洋监视卫星分为核动力雷达型海洋监视卫星系列（US－A）和电子型海洋监视卫星系列（US－P）。前者使用功率为几千瓦的雷达探测海面舰艇，后者是通过接收舰载无线电设备和雷达发射的信号对海洋目标探测；电子型海洋监视卫星不带核燃料。这两类卫星均混编在“宇宙”号（COSMOS）卫星系列中，两类卫星可以单独工作，也可以协同工作，1978年整个系统投入使用。1981年以后，US－A和US－P与天基导航通信系统、舰（包括潜艇）载反舰武器开始联通运行；US－P也经历了US－PM（第二代）和US－PU（第三代）的发展过程。20世纪90年代俄罗斯又构想发展新型电子侦察通用卫星系统，替代海洋监视和陆地监视。

1.2 发展趋势

1）海洋空间信息安全威胁向立体化发展

海洋空间是以海洋为核心的立体空间，包含海底、深海、浅海、海面、海空等不同特性的空间。随着技术的发展，海洋空间信息安全威胁从海洋空间向临近空间、外层空间拓展，针对不同的层次空间特征，包括不同的信息环境和自然条件，采用不同的方案，形成多层次、立体化体系，实现多源信息融合、多功能冗余互补，海洋空间信息安全令人担忧。

2）海洋空间信息安全威胁向一体化发展

随着高科技的发展，未来战争对空间的依赖越来越强，海战将从海空一体战拓展到深海、太空及网络，信息安全威胁将以体系形式出现，因此，海洋空间信息安全威胁正在向一体化发展，跨越陆、海、空、天、赛博五维空间，适应联合作战的需求。另一方面，信息安全威胁手段也从单种方式（如电子或网络等）向网电一体化综合威胁（即网电一体）发展。

3）海洋空间信息安全威胁向无人化发展

随着微电子、计算机、人工智能、小型导航设备、指挥控制硬件和软件的发展，在海洋空间信息安全威胁中，无人化技术发展很快，海上无人机已经用于海洋信息侦察；水下无人航行器正在迅速发展，也应用于水下的信息获取，包括海洋战术数据收集、水下目标搜索和侦察等。无人化海洋信息获取手段使用灵活，功能多，环境适应性强，风险低，大大提升了海洋空间信息安全威胁效能。

2 海洋空间信息安全军事需求

1）海洋空间信息安全是维护海权和国家安全的必需手段

当今世界最引人瞩目的特征是全球化，表现为商品、资本、技术、人员、信息、观念文化等社会要素全球流动，以及各种事物相互影响的全球关联性。全球化显著改变着人类社会的总体面貌，孕育着对海洋的巨大依赖。海洋作为天然通道不仅是经济大动脉，也是方便快捷的军事交通线和广阔的战略机动空间，军事大国利用海洋对别国安全构成威胁。国家生存安全和发展安全都与海洋密切相关，维护海洋安全、掌控国家海权是一种举足轻重的国家战略手段；随着信息化战争转型，海洋空间信息安全是维护海权和国家安全的必需手段。

2）海洋空间信息安全是全军信息安全的重要组成部分

海洋空间占据地球空间的绝大部分，军事大国借助海洋公共通道和战略空间部署投放军事力量，对世界局势造成严重影响。海洋空间往往是觉察军事行动和战争征候最有效的空间之一，然而海洋空间人烟稀少，海洋信息系统复杂，海洋空间信息安全既具有独特性，又是全军信息安全的重要组成部分。

3 海洋空间信息系统特点

由于海洋空间浩瀚无际，人烟稀少，海洋信息来源比较少，随着人们海洋活动日益频繁，对海洋空间信息的需求与日俱增，因此海洋空间信息系统也越来越复杂，通常包括海洋气象环境和海况信息系统，海洋通信系统，海洋导航系统，海洋警戒、预警系统，敌我识别系统，指挥控制系统等。

海洋空间信息系统具有如下特点：

1）海洋空间信息系统对外层空间的依赖密切

海洋空间信息系统通常离不开天基的支持，海洋空间信息系统是空间信息系统的组成部分之一，因此海洋空间信息系统也具有空间通信的暴露性、脆弱性、链路距离长、误码率高等特点，海洋空间信息安全可借鉴空间信息安全技术。

2）海洋空间信息系统移动性大

由于海洋目标处于运动状态，因此海洋信息链路的建立和保持通常是动态的，具有移动通信的特点，即海洋空间信息系统处于动态变化中，从而使得海洋空间信息安全技术复杂多变，难度大。

3）海洋链路通信方式多

海洋链路既有无线传输，又有电缆和光缆传输，无线传输使用的频谱宽，从声波到光波，传输介质从海水到外层空间，都有涵盖，传输特性千变万化。由于海洋目标姿态变化大，一般天线波束较宽，链路暴露性、开放性突出，海洋空间信息安全途径拟采用声纳安全、电子安全、光电安全等手段。

4）海洋空间信息网络节点分散、规模小

由于海洋范围大，数据采集通常采用分散的数据收集平台（含浮标等），数据率不高，而海洋舰船编队相对规模也不大，网络链路层比较脆弱，海洋空间通信网络协议有一定特殊性，因此海洋空间网络安全需要专门研究。

5）海洋空间信号环境密度较低

由于海洋范围广阔，海洋目标密度相对稀少，电磁信号的背景环境不像陆地那样复杂，海洋上无线电干扰源很少，几乎不存在工业干扰、无意干扰。无线电信号密度较低，电磁信号环境比较“净”，信号安全相对容易实现。

6）海洋空间信息系统开放性大

海洋空间信息系统民用比例较大，有时军、民交织，开放性较大，同时海洋的国际法规多，因此，海洋空间信息安全拟采用军民结合、平战结合、寓军于民的策略。

4 海洋空间信息安全技术途径

海洋空间信息安全的任务可分为海洋空间的信息防御和信息支援。信息防御是指海洋空间信息系统所采用的旨在保持、保护、恢复和重构己方（含友方）信息系统的措施，可分为主动防御和被动防御。信息支援是为信息防御提供技术支持，也包括为军事行动快速决策、提供近实时威胁识别而采取的行动。

海洋空间信息安全技术途径可分为陆基、海基、空基、临近空间和天基海洋安全系统。

陆基海洋空间信息安全系统是利用海岸、岛礁构建的海洋空间信息安全系统。陆基海洋空间信息安全的继承性和技术可行性较好，因为陆基设备的体积、质量和功耗可以不受限制，天线可以做大，所以既能接收微弱信号，也能发射大功率信号，但是由于受地球曲率和海况影响，其作用距离有限。

海基海洋空间信息安全系统是利用舰船和水下航行器等构建的海洋空间信息安全系统。通常继承性和技术可行性也较好，但是技术条件还要受到平台一定的制约；海基信息安全系统活动范围大，可利用公海海域、水上、水下完成海洋空间信息安全任务，可以扩大海洋空间信息安全的覆盖范围。

空基海洋空间信息安全系统是以飞机或气球为平台构建的海洋空间信息安全系统。由于设备受到平台技术条件限制，技术难度较大；而且飞机的活动范围往往受到领空限制；另一方面，飞机的飞行速度快，驻留时间短，效能较低。

临近空间海洋信息安全系统是利用临近空间飞艇构建的海洋空间信息安全系统，由于临近空间处于空天过渡区，在覆盖、灵敏度和精度等多种性能上常常有恰到好处的特点，并且能在给定海域上空长期驻留，但飞艇的技术难度大，当前还处于预先研究阶段。

天基海洋空间信息安全系统是利用空间飞行器构建的海洋空间信息安全系统，天基海洋空间信息安全系统瞬时覆盖范围大，效能高，不受地域、时域限制，与其它技术途径相比，具有较大优势和发展前景；但天基系统载荷设备受到体积、质量和功耗的严格限制，而且空间环境恶劣。

5 关键技术

1）海洋空间信息安全总体技术

分析研究海洋空间军事信息威胁和信息环境背景，研究海洋空间信息安全系统任务功能、使命，研究海洋空间信息安全技术途径，分析论证海洋空间信息安全体系构架和发展战略，研究海洋空间信息安全系统总体方案，并进行可行性分析论证，分解关键技术。

2）海洋空间电子系统安全技术

研究海洋空间电子系统安全任务功能、总体方案、技术指标，进行可行性分析论证，研究关键技术，包括海洋目标高精度定位技术、海洋空间盲侦察技术、海洋空间电子防御技术、海洋空间电子干扰和抗干扰技术等。

3）海洋空间声纳安全技术

研究海洋空间声纳安全任务功能、总体方案、技术指标，进行可行性分析论证，研究关键技术：海洋目标高精度声纳定位技术，海洋空间声纳探测、识别和防御技术，海洋空间声纳干扰和抗干扰技术等。

4）海洋空间光电安全技术

研究海洋空间光电安全任务功能、总体方案、技术指标，进行可行性分析论证，研究关键技术等。

5）海洋空间网络安全技术

研究海洋空间网络特性，研究海洋空间网络安全任务功能、技术途径、总体方案、技术指标，进行可行性分析论证，研究关键技术等。

6）海洋空间一体化信息安全技术

研究信息化转型，研究一体化联合信息安全，研究信息安全指挥控制方案，研究信息安全数据融合和共享，研究信息安全一体化方案等。

7）海洋空间气象海况信息安全技术

研究海洋空间气象海况信息系统，研究海洋空间气象、海况信息等关键技术。

8）海洋空间信息安全仿真、评估技术

研究海洋空间信息环境背景和模型，研究海洋空间信息安全模型，研究海洋空间信息安全指挥控制模型，研究海洋空间信息安全效果评估方法，构建系统仿真、演示研究平台。

9）新概念海洋空间信息安全技术

跟踪研究信息安全技术发展，研究海洋空间信息安全新概念、新技术。

6 结束语

综上所述，与外层空间相比，海洋空间是人类资源的第二大空间，且包含人类共享而又更易到达的公海空间。随着经济全球化的加速发展，以及国际军事格局的变迁和信息化的转型，海洋空间信息安全必将是信息化时代的战略高地，开展海洋空间信息安全顶层设计研究、加速发展海洋空间信息安全系统具有深远的战略意义。■

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