APP下载

赛博空间下舰船电子信息技术研究

2014-12-05李继跃杨春英黄孝鹏宋荣贵左艳军

舰船科学技术 2014年9期
关键词:赛博态势战场

王 建,高 涌,李继跃,杨春英,黄孝鹏,4,宋荣贵,左艳军

(1.中国船舶重工集团公司第七二四研究所,江苏 南京211106;2.中国船舶重工集团公司,北京100097;3.中国舰船研究院,北京100192;4.海军装备研究院,北京100161;5.中国船舶重工集团公司第七一四研究所,北京100012)

0 引 言

赛博空间主要由电磁频谱、电子系统和网络化基础设施三部分组成,其特点主要包括以下几个方面:人工创造的空间;不稳定性;无界性;高速性。电磁频谱涵盖现有雷达、通信等各类电子产品使用的频率,电子系统包括计算机系统、片上微系统和嵌入式系统等,网络化基础设施包括因特网、无线通信网、电力网、专用网、战地指控网、工业控制网和无线传感器网等。赛博空间(Cyberspace)实质就是网络与电磁空间,赛博空间是随着网络技术的迅速发展以及互联网的普及应用逐步形成,其间经历了计算机网络空间、电磁与网络融合空间、广义赛博空间3 个发展阶段,如图1所示。

目前,赛博空间已成为在海陆空天之外的第五维空间作战领域,具有显著的战略意义。加快发展基于赛博空间的具有战略意义的赛博对抗体系与装备系统技术,可有效降低网络电磁空间给社会和国家安全带来的潜在威胁和风险,已成为需要迫切研究和解决的重要技术问题和引领电子信息装备技术发展的方向。

图1 赛博空间演化发展Fig.1 The evolntion and develvdment of cyberspace

目前,我国在赛博空间和赛博战领域的研究刚刚起步,和发达国家相比存在相当大的差距,难以适应未来第五维空间赛博对抗作战的发展需求,迫切需要系统开展赛博空间和赛博对抗技术的深化研究,以提高海上全空域信息作战的能力、推动未来装备的发展。

1 国内外研究现状分析

1.1 国外发展

赛博空间作战将改变21世纪的战争,美军已将是否能够主宰赛博空间上升到关系国家安全的战略地位。总体来说,国际上对赛博空间相关技术领域的研究始于近期,并投入了大量的人力、物力和财力。对赛博态势感知、赛博网络战、赛博战、赛博支持研究较多,在利用赛博空间、控制赛博空间和建立赛博空间方面的实践经验较多,其得益于美军在信息基础设施建设、电磁频谱、电子战等方面的雄厚积累以及对顶层规范和能力建设的重视。统一规划,统一设计,从而形成了较为成熟的装备技术,为赛博空间的发展奠定了良好的基础。

美国是第1 个建设和使用因特网的国家,也是第1 个提出赛博空间和赛博战概念的国家。对政府和军方决策产生重要影响的一些智库、研究机构和大学早在20世纪90年代初,就开始高度关注赛博空间和赛博战的研究。从研究的深度、广度和应用实施看,美国始终领先世界各国[1-3]。美英学者所在的研究机构都是美英著名的智库、研究所、大学和军火公司,研究内容非常广泛。不少研究是美国政府安全部门和军方资助的。美欧赛博空间安全战略和一系列政策,基本是都是以这些研究结果作为支撑的。美国海军又成立了舰队赛博司令部作为针对信号情报、电子战、信息作战,情报,信息技术,网络和空间科学的职能司令部,主要任务是指导防御中的赛博作战,支援作战部队实施威慑、击退侵犯、保证行动自由。美国舰队赛博司令部的作战重点是使美国海军具备快速应对网络威胁能力,保持信息优势。美国在研的赛博战装备如表1所示。

在赛博空间项目计划方面,美军有“爱因斯坦”计划、“赛博空间基因组”计划、“国家网络电磁靶场”项目、代号为“De VenCI”的“国防部催化探险倡议”计划、 “网络电磁进攻作战优势及支撑技术”计划等。

表1 美军主要发展的装备Tab.1 The main developing militavy equiphcent of USA

实际上,不仅仅是美国,俄罗斯、德国、法国、日本等国家也都将发展赛博战能力提高到了一个新的高度。例如,北约成立赛博防御中心,出台新的赛博防御政策,并决定成立赛博快速反应部队。德国将组建赛博战部队。法国为加强赛博空间作战能力,成立新的信息系统安全局,专门负责预防和应对赛博攻击。另外,英国政府发布了首版《国家赛博安全战略》,宣布成立赛博安全办公室和赛博安全行动中心。韩国也成立赛博战指挥中心。印度组建了陆海空三军联合计算机应急分队,日本组建了一支主要由计算机专家组成的赛博战部队。但从目前的资料看,这些国家和地区的赛博行动主要集中在传统以互联网为代表的网络空间内。

1.2 国内现状

由于国际上赛博空间相关技术研究工作的开始时间也不长,我国对赛博空间技术的研究还处在起步阶段,对海上编队赛博空间攻防态势的感知、生成、分发和显示技术,海战场赛博作战指挥控制技术,以及海战场赛博空间安全防御技术等都缺乏足够的研究与分析。

从网上公开检索到的文献看,我国参与研究赛博空间和赛博战的单位主要有科研院所、高校、部分智库和其他一些单位[4-8]。国内部分科研院所的研究人员在赛博空间相关技术研究方面开展了一些探讨,比较有代表性的如童志鹏院士等专家带领的团队在该领域的跟踪和研究。其他单位开展的研究工作主要是围绕入侵检测、网络监控、网络应急响应、网络安全预警、网络安全评估等方面开展的,这为开展网络安全态势感知研究奠定了一定的基础。

目前国内研究的范围不够宽,深度不够深,层次不够高,研究的需求背景不够明确,多数文献主要是跟踪国外研究,在逐步的消化、吸收以美军为代表的赛博空间的概念、体系及作战能力等理论。总的来说,我国对赛博空间安全的重要性认识还没有达到西方国家的水平,在赛博空间和赛博战方面的研究相比美国等西方发达国家还比较落后,信息和通信基础设施规模庞大但水平和质量都还有限,赛博战能力还不强。

运用Denavit-Hartenberg参数方法建立关节机械手的连杆坐标系如图2。其中,x0y0z0为它的基坐标系,基坐标系原点位于第一关节的轴线与底座的交点处,x6y6z6为它的工具坐标系(手端,不计入机械手自由度)。

1.3 主要差距分析

如何利用各种信息化手段保证赛博空间防御性对抗作战和攻击性对抗作战的高效性是军事领域的研究重点和热点问题。从美军的研究现状分析,发展赛博空间作战指挥控制和安全防御技术已成为重点研究方向。针对作战需求,在相关技术研究上缺乏海战场赛博空间作战攻防态势信息集成系统体系规范、缺乏有效的海战场赛博空间作战态势感知能力、缺乏海战场赛博空间作战安全防御能力、缺乏安全有效的赛博空间导航定位技术手段,如图2所示。

图2 主要差距Fig.2 The main difference

1.4 发展趋势

赛博战引起的军事作战理念、信息对抗手段、预警探测系统技术、舰船导航技术的改变,如图3所示。

2 赛博空间对舰船电子技术发展和装备形态变化的影响

2.1 赛博空间作战对指挥决策提出的新挑战

海上网络战、电子战、电磁频谱作战已经成为赛博空间的重要作战要素。由于未来战争性质的变化,赛博态势感知变得更加复杂和活跃,赛博态势感知的建立和维持将面临巨大挑战。同时针对海战场赛博空间作战的高速性,要求建立相应的指挥控制技术来达到高效指挥的需求,另外针对海战场赛博空间作战环境的复杂性,需要建设安全完备的安全防御体系保护己方赛博空间资源的安全可靠;针对整个作战流程,需要建立相应的效能评估方案体系将对作战方案的更新改进做出重要指示作用;并需要从4 个方面转变作战指挥理念:确立动态化的疆界观念;构建全球化的战略布势;树立软性化的打击意识;建立常备化的网防机制。

为了适应赛博空间作战,指挥控制系统应在现有情报编辑台、战术指挥台、武器控制台等组成的基础上,加强电磁侦察的测向、测频能力,提高指挥控制系统对情报的综合分析、判断及识别能力,提升导弹、武器和电子干扰的协同控制能力。因此指挥控制系统需要从以下几个方面开展技术研究:1)赛博空间态势感知技术;2)赛博空间可视化技术;3)赛博空间电子战作战指挥控制技术;4)电磁辐射源的协同管理技术;5)网络电磁安全技术。

图3 发展趋势Fig.3 The main trend

2.2 赛博空间对雷达预警探测技术提出的新挑战

为适应海战场赛博空间作战对预警探测能力需求的变化,未来的雷达预警探测系统必须在复杂的电磁频谱环境下,面对高密度强干扰和多目标饱和攻击,强实时地探测与识别目标,有效完成各种态势感知、目标探测跟踪监视、武器系统引导控制等复杂的作战使命,这对传统海战场雷达预警探测系统装备的技术体制、技术实现手段、作战使用模式、作战效能等提出了全新的挑战。

预警探测是战略防御的首要条件[9]。雷达预警探测系统直接影响到探测、判断、决策、行动和整个军事行动的全过程。雷达预警探测技术的发展取决于军事能力的需求(如探测隐身飞机、弹道导弹、巡航导弹等)和新技术突破的推动(如固态发射器件、超高速集成电路等)。雷达作为最重要的战场环境感知传感器,在赛博空间下,其装备形态和技术实现途径将发生根本的变化。赛博空间带来的时空压缩和信息空间膨胀,对雷达预警探测系统带来了新的挑战和机遇。

为适应赛博空间作战能力需求变化,传统的雷达预警探测系统体系架构、技术实现途径将被彻底颠覆,在赛博空间技术发展的支撑下,利用功能强大的无线网络和先进的信息感知、超级运算处理、海量数据分析处理技术,形成网络化、分布式、多功能一体化、智能化、软件化、可计算雷达系统,满足强实时、多任务、全域感知、全时空监测需求和全球打击能力的作战需求,将成为未来雷达预警探测系统的主要发展方向。

2.3 赛博空间对通信提出的新挑战

海战场通信是一个能覆盖战区范围并能提供一种灵活通用的公共操作环境的信息传输平台和信息处理平台,同时也是链接各指挥中心与传感器和武器系统高效运转的信息传送网络。通信的复杂性和多样性主要表现在:作战平台类型多,涵盖岸海空(天)潜各类平台,机动性强,活动空间广阔,要求的通信覆盖范围大;工作环境恶劣,要求设备可靠性高;业务类型和通信手段较多,通信频段宽,设备技术复杂,通信组织和保障难度大。

通信必须满足新时期的新要求,同时必须合理、科学应对赛博战在通信的可靠性、安全性和通信对抗的有效性、通信体系的合理性及通信的未来发展等方面提出的新挑战。赛博战的最终胜利,在很大程度取决于保底通信手段的优劣。应对赛博空间技术的发展,需要大力发展软件无线电、认知无线电等新型通信技术,提高未来通信系统的智能化水平。

2.4 赛博空间态势感知对作战指挥情报系统提出的新挑战

赛博空间的态势感知是指由赛博空间中所有电子设备和电子系统的运行状况、设备行为以及用户行为等因素所构成的整体安全状态和变化趋势。

对赛博空间态势的全域感知和处理能力,对未来的作战指挥情报系统提出了严峻的挑战。首先,态势感知的数据来源更加丰富,赛博空间中的目标(电磁目标和网络目标)信息还包括有结构信息、服务信息、入侵信息、脆弱性信息、电磁频谱信息、电子系统设备信息、电子系统参数信息等等;其次,态势要素的分析要加复杂,不能仅局限于单一安全要素的分析,应该包括保密性、完整性和可用性的分析;再者,感知流程要更加规范,为保证赛博空间态势感知实时准确性,所采用的框架要尽量简单,要侦察和监视网络中的信息流,包括其内容、目的及危险程度;最后,态势预测更加复杂,要能对各方赛博能力和赛博空间漏洞进行评估,并支持对不同的评估结果预测其发展趋势和其赛博作战意图,满足从和平时期到大规模战斗行动期间赛博域内各领域的作战需求。因此迫切需要对赛博空间态势感知技术进行深入研究。

3 赛博空间下舰船电子信息关键技术

3.1 赛博空间作战态势分析技术

对海战场赛博空间中的电磁频谱、电子系统以及网络化基础设施的单独态势和综合态势进行研究是海战场赛博指挥控制与防御中的关键技术之一。海战场赛博作战态势感知与分析技术思路如图4所示,该技术研究首先针对海战场赛博环境确定研究对象、产生感知数据源,其数据源包括海战场中的舰载网络、通信系统、导航系统、雷达、电磁对抗设备、电子战设备等。其次获取赛博元素状态并理解其效果,为态势生成和评估提供数据支持,提炼影响评估的属性信息。再次研究各种不同赛博元素态势之间存在的联系和影响,评估关联各赛博元素的内在因素,分析其威胁、影响及发生的可能性,研究态势与态势之间、态势与武器系统、战场环境等的影响。最后通过以构件化技术和态势生成模板技术为支撑,以信息融合技术为手段,将海战场赛博攻防态势感知信息和评估信息进行集中处理并集成展示。

图4 赛博作战势感知技术思路Fig.4 The situational awareness technplogy roadmap of Cyber ware fare

其主要研究内容包括:1)赛博空间态势感知体系框架研究,涵盖赛博空间态势感知要素、感知类型、感知流程等内容;2)赛博空间态势感知生成模型研究,涵盖态势感知生成机理、态势感知生成方法、态势要素知识表示方法、态势要素聚合技术等内容;3)态势信息集成技术;4)网络态势分析技术;5)综合态势集成技术。

3.2 赛博空间信息感知系统技术

海战场作战目标分布遍及外层空间(卫星和弹道导弹)、大气层内空间(飞机、巡航导弹、低空及掠海导弹)、水面舰艇、岸基和水下潜艇整个空间,探测环境变得越来越复杂。为满足复杂环境探测感知的需求,使用多传感器、多手段协同探测的方式,通过海战场复杂环境电磁信号的获取、监测、理解、定位、特征分析、评估等技术,对能够引起感知变化的所有环境要素预测其发展趋势,并具备对目标特征发生变化时的自适应感知能力。主要研究内容包括:1)赛博空间复杂环境信息感知技术;2)赛博空间多源感知信息融合技术;3)赛博空间综合信息感知体系构建技术。

先进多功能综合射频系统将成为构建适应赛博空间立体化、信息化作战需求,可实时重构、可计算的网络化、协同化综合信息感知体系的基础系统平台。智能化的宽带无线网络、分布式智能化传感器单元、具有超级运算能力的远程云计算服务平台、先进的海量大数据综合分析处理技术、智能化资源调度与协同控制技术、可动态实时重构的虚拟化“可计算”电子信息系统技术,将成为发展全新形态的赛博空间电子信息系统装备的重要支撑技术。

3.3 赛博空间通信及对抗技术

必须具有能够完成一切远、中、近距离通信的能力,可以为一切岸上、海上、空中和水下提供足够多的、性能稳定可靠的通信线路,并且要求拥有能够抗一切恶劣环境的通信方式和手段,能够抵御较强电磁干扰和破坏。主要包括海陆空天潜一体化信息传输、通信体系结构与仿真验证、通信及网络安全、认知无线电、定向网通信、通信与通信对抗一体化、网络对抗、数据链对抗等技术。

3.4 赛博空间作战指挥控制技术

由于海战场赛博空间作战场景的复杂多样性,产生了实现海战场网络电磁空间多种攻防任务的复杂需求,因此研究高效可靠的海战场赛博空间作战指挥控制技术将成为海战场赛博空间关键技术之一。在海战场赛博空间网络电磁态势感知和分析的基础上,针对海战场网络电磁空间环境的特殊性和复杂性,需要研究相应高效可靠的赛博空间对抗指挥控制技术来完成海战场复杂环境下的具体网络电磁空间攻防任务。主要包括海战场赛博作战行动方案决策、海战场赛博作战信息显示与交互、海战场赛博作战攻防行动控制、海战场赛博作战资源管理与控制等技术,它们有机结合成一个整体,共同实现赛博空间指挥控制技术,如图5所示。

图5 海战场赛博空间作战指挥控制技术Fig.5 The Cyberspace operational command and gntrol fechnology in sea battle

3.5 赛博空间作战效能评估技术

由于海战场赛博空间组成的复杂,海战场赛博作战的有效性难以估计,通过海战场赛博作战效能评估技术研究,建立海战场赛博作战效能评估体系,以精确可靠的分析海战场赛博作战的效能,检验海战场赛博作战效果,保证作战任务的完成。海战场赛博作战效能评估技术研究是海战场赛博指挥与防御中的关键技术之一。

海战场赛博作战效能评估过程如图6所示。主要包括赛博态势评估、海战场赛博作战效能指标体系构建、基于指标关系的赛博作战效能评估、基于赛博效果的建模与仿真系统效能评估等技术。

图6 海战场赛博作战效能评估过程Fig.6 The Cyber opevational effectiveness evaluation process in sea battle

3.6 赛博空间可视化技术

赛博空间信息具有存在的透明性(安全)、传播的裂变性(失真、丢包)、真伪的混杂性(虚假信息)、网控的滞后性(带宽、反应速度)等特点。如何通过可视化的方式将赛博空间中不可见的(电磁环境、网络状况)和可见的(实体作战单元、计算机网络、战场感知单元)客观存在科学、直观、形象的加以描述,综合采用多种形式和丰富的手段来完整、全面、准确、及时地展现赛博空间的状况,是一个非常值得研究的问题。不论从提高对战场信息的认知、分析能力,为作战决策提供依据,还是充分发挥作战指挥效能的角度出发,赛博空间可视化都是高技术条件下指挥员的迫切需要,更是虚拟战场发展的必然要求,必将成为未来作战的必备能力。

主要研究内容包括赛博空间可视化要素、赛博空间可视化模型构建、基于知识的人机交互技术、海战场赛博作战演示验证环境搭建技术等。

4 启示与建议

综合分析国内外赛博空间技术及其装备技术发展的现状和趋势,启示和建议如下:1)加快研究建立适应赛博空间与赛博对抗技术发展的舰船电子信息体系规范;2)加快舰船电子信息领域赛博空间与赛博对抗共性基础技术研究,包括先进多功能综合射频系统、实时重构的虚拟化可计算综合信息系统、智能化的宽带无线网络、具有超级运算能力的远程云计算服务平台、先进的海量大数据综合分析处理、智能化资源调度与协同控制、远程分布式节点智能化协同、复杂电磁环境智能化感知与自适应、电子信息系统赛博对抗安全防护等技术[10];3)深入研究赛博空间信息战作战指挥体系;4)加快发展适应赛博战需求的舰船导航新技术;5)构建适应赛博攻防的通信体系结构、通信安全结构;6)加强预警探测系统的赛博攻防能力;7)强化赛博空间及赛博对抗理论及体系建设;8)强化赛博空间与赛博对抗技术研究的相关管理能力。

5 结 语

从舰船电子领域赛博对抗作战技术角度,研究了适应和满足未来赛博空间战的舰船电子技术发展需求与挑战,分析了赛博空间国内外发展现状,重点针对海上赛博空间作战技术与装备的未来发展趋势,赛博空间战技术发展必将深刻地改变雷达、通信、电子对抗、指火控、导航等舰船电子信息系统技术实现途径和未来装备的形态。分析提出了各舰船电子专业领域为应对赛博空间技术挑战需加快发展的技术重点方向与核心关键技术,并提出了适应未来赛博空间战的具体发展思路和发展建议。为加快赛博空间与赛博对抗技术在海上舰船电子信息技术领域的应用,促进相关领域全新体系架构的系统技术发展与新的装备形态、技术实现途径的形成,提供了重要的发展思路和技术支撑。

[1]ROBERT A M,DANIEL T K.Cyberspace and the“First Battle”in 21st-century war[J].Defense Horizons,2009,9.

[2]United states army training and doctrine command.The united states army′s cyberspace operations concept capability plan 2016-2028[R].Washington,D.C.:US DoD,2010.

[3]US DoD.JP1-02:department of defense dictionary of military and associated terms[M].Washington,D.C.:US DoD,2011.

[4]李耐和.赛博行动的理论与技术[J].国际电子战,2009,11(105):30-35.

[5]杨艳萍,何小穆.美军赛博空间作战建设研究[J].论证与研究,2012(5):4-9.

[6]陶伟.美军赛博空间能力建设与启示[J].论证与研究,2011(5):40-43.

[7]余永林,王刚,赵炯,等.赛博空间攻击关键技术体系研究[J].中国电子科学研究院学报,2012,7(1):107-110.

[8]周未,张宏,李千目,等.赛博空间网络体系架构研究与设计[J].南京理工大学学报,2013,37(6):845-849.

[9]童志鹏,刘兴等.综合电子信息系统(第2 版)[M].北京:国防工业出版社,2008.

[10]总装备部电子信息基础部著.信息系统—构建体系作战能力的基石[M].北京:国防工业出版社,2011:34-60.

猜你喜欢

赛博态势战场
历史虚无主义的新近演化态势与特征
战场上的神来之笔
OnePlus 8T赛博朋克2077限定版
C-130:战场多面手
贴秋膘还有三秒到达战场
2019年12月与11月相比汽车产销延续了增长态势
汇市延续小幅震荡态势
赛博朋克
国际金价能否延续上涨态势
赛博作战辅助决策分析框架设计