战争潜力目标应对电磁威胁的防护分级分析*

宋 伟，沈 楠，于小芳

（国防科技大学电子对抗学院，合肥 230037）

0 引言

战争潜力目标是指能够直接或间接为作战提供潜在力量的各类民用设施与目标，如电力系统、医疗系统、广播电视系统、交通运输系统、通信系统等。随着信息技术的发展，战争潜力目标对各类电子信息设备和系统的依赖性越来越高，这在提高其运行自动化、智能化的同时，也增加了其面临电磁脉冲、高功率微波等电磁威胁的风险。而在应对各类可能的电磁威胁时，进行分级分类防护是一种充分利用有限防护资源的重要措施。

1 对战争潜力目标进行防护分级的必要性

对战争潜力目标进行防护分级，就是根据战争潜力目标中各系统及其所属子系统、电子设备和元器件的功能、作用，以及面对电磁威胁时的相关特性，按照一定的原则，确定各子系统、电子设备和元器件的防护重点和防护优先级，以充分发挥防护资源的最大防护效益。

1.1 系统结构复杂，重要性等级差异大

战争潜力目标数量种类多、分布广泛，涉及到生产生活的各个方面，无论平时还是战时，都将发挥至关重要的作用。但是，就单个系统而言，其在平时以及战时不同阶段所扮演的角色和重要性是不同的；组成该系统的各个子系统甚至单个电子设备和元器件，其在系统中的作用和重要性也是不同的。当防护资源有限而无法做到全面防护时，我们就要依据有关原则，对关键系统、重要电子设备和元器件进行优先防护。

1.2 构造种类繁多，防护性效益差异大

构成战争潜力目标各系统的子系统，内部结构复杂，种类繁多，且各子系统内部的各类电子设备和元器件，功能特性差异大；面对电磁脉冲、高功率微波等电磁威胁时的应急反应也不一，有的易损伤，工作效能易受影响，有的损伤后可自行恢复功能，而有的却不易损伤或不易恢复，有的系统分布范围广，且分散性高，虽然理论上可以进行防护，但实际操作起来耗时耗力，防护效益不明显。因此，为使有限的防护资源发挥最大防护效能，应对战争潜力目标的各系统，包括子系统甚至电子设备和元器件进行防护分级，以确定防护的优先级。

1.3 防护资源有限，全面性防护难度大

随着信息技术的发展和社会生产力的提高，电子设备和元器件本身的电磁加固能力不断提高，生产管理部门和科研单位在防护资源和手段措施的研发方面的投入也越来越大。然而，面对种类众多、系统复杂的各类战争潜力目标，防护资源（人力、物力、财力和科研力量）还是显得非常紧张，难以实施全面性防护。因此，必须对战争潜力目标各系统及其子系统甚至单个电子设备和元器件进行区分，按照一定原则，确定需要重点防护或优先防护的对象，以提高防护效益。

2 对战争潜力目标进行防护分级分析的指标

为更好地分析战争潜力目标的防护分级问题，对不同系统、子系统或电子设备和元器件之间给出一个防护分级分析的定量描述，选取“重要性”、“易损性”、“可恢复性”和“可防护性”4 个指标进行分析。

2.1 重要性

重要性是指各子系统或电子设备和元器件在整个战争潜力目标系统中所承担作用的价值或意义。重要性是投入资源进行防护的前提，战争潜力目标某部分（系统、电子设备和元器件等）的作用越大，遭受攻击被毁伤后对整个系统的影响程度越深，说明其重要性程度越高，越不可替代。

重要性等级区分为4 级。每个等级表征的含义如下：4 级，非常重要，功能不可替代；3 级，比较重要，功能可暂时性缺失或少量替代；2 级，一般重要，功能可长时间缺失或大量替代；1 级，不重要，功能可有可无。

2.2 易损性

易损性是指战争潜力目标某部分（系统、电子设备和元器件等）受到电磁脉冲、高功率微波等电磁攻击时，受到干扰、损伤，并造成故障或瘫痪状态的难易程度。易损性指标暗含了战争潜力目标应对电磁威胁的能力。针对某一特定战争潜力目标，其设施体系构建越完备，固件抗电磁毁伤能力越强，系统所含敏感电子设备和元器件数量越少，则易损性越弱，易损性等级越低。

易损性等级区分为4 级。每个等级表征的含义如下：4 级，极易受到干扰损伤并失去其功能；3 级，比较容易受到干扰损伤并失去其功能；2 级，不易受到干扰或损伤；1 级，不受干扰或损伤。

2.3 可恢复性

可恢复性是指当战争潜力目标受到电磁攻击后，受损部分（系统、电子设备和元器件等）从故障或瘫痪状态恢复到可正常运行状态，并将其支持的业务功能，从异常状态恢复到可接受状态的难易程度。包括系统自愈能力、恢复速度、恢复耗时、可恢复程度等。自愈能力越强恢复速度越快，恢复耗时越短可恢复程度越高，可恢复性就越强。

可恢复性等级区分为4 级。每个等级表征的含义如下：4 级，容易恢复，恢复功能所用时间较短；3级，较易恢复，恢复功能所用时间较长；2 级，不易恢复，恢复功能所用时间过长；1 级，不可恢复。

2.4 可防护性

可防护性是指战争潜力目标某部分（系统、电子设备和元器件等）在受到电磁攻击威胁前或威胁发生时，在综合考虑防护方法可行性、运行环境便易性、防护成本、经济效益等因素基础上，实施有效电磁防护，应对电磁威胁的难易程度。一般来说，防护方法可行、环境便利、防护性价比高，则可防护性越高。

可防护性等级区分为4 级。每个等级表征的含义如下：4 级，可防护性高，方法可行、环境便利、防护性价比高；3 级，可防护性较高，方法可行、环境比较便利，但防护成本较高；2 级，可防护性一般，方法具有一定的可行性，环境便利性一般，防护成本很高；1 级，可防护性差，方法可行性有待商榷，环境不够便利，防护成本非常高。

3 基于层次分析法的防护分级分析

对战争潜力目标进行防护分级分析，就是依据选取的“重要性”、“易损性”、“可恢复性”和“可防护性”4 个指标，对每个系统的子系统（电子设备和元器件）进行定量分析，以确定各子系统的防护等级或防护优先级。

3.1 建立层次分析模型

层次分析模型分3 个层次，目标层为子系统的防护需求度；准则层为防护需求程度的影响因素，即选取的4 个防护分析的指标；方案层为各类子系统。

图1 层次分析模型图

则当战争潜力目标受到电磁威胁或攻击时，第k 个子系统的防护需求度fk的计算模型为：

3.2 指标取值及归一化

确定指标值的取值，就是依据“重要性”、“易损性”、“可恢复性”和“可防护性”4 个指标的含义，根据子系统在目标系统中的地位作用以及相关特性，确定某一指标的等级级别。比如，对于铁路运输系统的列车运行控制系统（CTCS），由于其是用于控制列车运行速度，保证行车安全和提高运输能力的控制系统，对列车安全运行至关重要，因此，重要性等级可认定为4 级，相应的重要性指标X1取值即为4，即X1=4。

为减少主观因素的影响，指标值的确定可采取专家打分法来确定，由业务领域内的多名专业人士根据实际情况给出某子系统的各指标值，再按照最大可能性准则确定指标值。

为便于计算，各指标值确定后，需进行归一化处理，计算模型为：

式中，Xi为第i 个指标归一化前的取值，i=1，2，3，4分别对应“重要性”、“易损性”、“可恢复性”和“可防护性”4 个指标；Ximin为第i 个指标可取数值的最小值，且对应4 个指标，都有Ximin=1；Ximax为第i 个指标可取数值的最大值，且对应4 个指标，都有Ximax=4；xi为第i 个指标归一化后的取值。

3.3 指标权重的计算

计算指标权重，主要是分析“重要性”、“易损性”、“可恢复性”和“可防护性”4 个指标的相对重要程度。为此，首先要构造判断矩阵A。

式中，αij表示准则层中指标i 和指标j 相对于目标层的重要关系，且有αij=1/αji，i=1，2，3，4，j=1，2，3，4。

αij的取值及表征含义如表1 所示。

表1 αij 的取值及表征含义

αij的取值也可取2、4、6、8，分别表示取表1 中相邻判断的中间值。

判断矩阵A 构造完成后，须计算其最大特征根和特征向量，并进行一致性检验，当判定矩阵A 满足一致性时，可用A 的归一化特征向量作为权向量，即各个指标的权重系数。

3.4 防护等级的计算

防护等级的计算，就是根据3.2 节和3.3 节计算得到的归一化指标值xki（k 表示第k 个子系统）和指标权重ωi，先利用式（1）计算得到该子系统的防护需求度fk，再根据评定标准判定该子系统的防护等级。

第k 个子系统的防护等级值Fk与防护需求度fk的关系为：

防护等级值Fk的取值含义如表2 所示。

表2 防护等级值Fk 的表征含义

3.5 算例分析

下面以铁路运输系统中的列车运行控制系统和售票系统为例来进行分析。列车运行控制系统是由列车控制中心、闭塞设备、地面信号设备、地车信息传输设备、车载速度控制设备等构成，用于控制列车运行速度，保证行车安全和提高运输能力的控制系统。通过分析其各指标值的取值如下：重要性指标取值为4（说明重要性等级4 级，下同）、易损性指标取值为4、可恢复性指标取值为3、可防护性指标取值为3。按照式（2）进行归一化后，有x11=1，x12=1，x13=2/3，x14=2/3。

售票系统主要由互联网计算机系统和相关的软件构成，主要提供票务信息查询、咨询、购买、退订、改签等基本服务，其各指标值的取值如下：重要性指标取值为2、易损性指标取值为3、可恢复性指标取值为3、可防护性指标取值为4。按照式（2）进行归一化后，有x21=1/3，x22=2/3，x23=1/3，x24=1。

利用层次分析法计算权重时，根据4 个指标相对于目标层防护需求度的相对重要性，构造判断矩阵A。

所以，根据防护等级与防护需求度的对应关系（表2）可知，列车运行控制系统的防护等级应属于4 级，售票系统的防护等级属于3 级，列车运行控制系统的防护优先级最高，在分配防护资源和防护力量配备上，应优先满足列车运行控制系统的防护需求。

4 结论

分析研究战争潜力目标应对电磁威胁的防护分级问题，指标和方法很多，比如可选取不同层级的指标建立指标体系，再通过不同的计算方法和分级分类标准进行计算分析。但基于分级分类思想实施电磁防护的根本目的，是充分发挥有限防护资源的防护效益，以保障战争潜力目标在受到电磁威胁的情况下，能正常运行或在功能受损后能及时有效恢复运行。