陳雅雯，夏偉杰，蘇 抗，吳連慧，董喬忠

（1.南京航空航天大學(xué)，江蘇南京210016；2.中國航天科工集團(tuán)8511研究所，江蘇南京210007）

0 引言

網(wǎng)電對抗是一種廣義上的信息戰(zhàn)，它源于傳統(tǒng)電子戰(zhàn)與網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)的融合，并且具備更廣闊的外延，是以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，對戰(zhàn)場綜合信息實(shí)施的一種控制。根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)需要，在戰(zhàn)場環(huán)境下，網(wǎng)電對抗平臺應(yīng)當(dāng)具備多個信息層次的探測、攻擊與防御能力；為確保戰(zhàn)場網(wǎng)電探測、攻擊與防御實(shí)施的可能性，且增強(qiáng)戰(zhàn)場網(wǎng)電對抗作戰(zhàn)的有效性，網(wǎng)電對抗平臺還應(yīng)具備對抗平臺功能重構(gòu)、動態(tài)模塊化管理以及多平臺協(xié)同與互操作能力，以便實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的信息對抗［1］。軟件通信體系結(jié)構(gòu)（SCA）作為軟件無線電技術(shù)的一個重要組成部分，采用了軟件無線電的核心思想，即構(gòu)造一個具有開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用平臺，將各種功能如工作頻段、調(diào)制解調(diào)類型、數(shù)據(jù)格式、加密模式、通信協(xié)議等用軟件來完成，加載不同的通信軟件組件即可實(shí)現(xiàn)不同的通信模式和功能，而軟件的加載和更新可以通過空中接口來實(shí)現(xiàn)，更加靈活方便［2］。由于SCA采用了標(biāo)準(zhǔn)化、層次化、模塊化的設(shè)計結(jié)構(gòu)，支持不同平臺互連互通互操作［3］，滿足網(wǎng)電對抗平臺的各方面需求，因此本文根據(jù)SCA規(guī)范對網(wǎng)電對抗平臺波形進(jìn)行全新設(shè)計。

通過對軟件體系結(jié)構(gòu)各層結(jié)構(gòu)功能以及功能可重構(gòu)網(wǎng)電對抗平臺的體系架構(gòu)研究［4－9］，本文設(shè)計了基于SCA的網(wǎng)電對抗平臺的功能體系架構(gòu)。并在此基礎(chǔ)上，以多平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達(dá)對抗應(yīng)用為例，驗(yàn)證基于SCA的網(wǎng)電對抗平臺功能體系架構(gòu)的可行性。

1 基于SCA的網(wǎng)電對抗平臺架構(gòu)設(shè)計

為了具備多個信息層次的探測、攻擊與防御能力以及快速可重構(gòu)能力，網(wǎng)電對抗平臺設(shè)計的核心是：依據(jù)SCA規(guī)范實(shí)現(xiàn)網(wǎng)電對抗平臺的軟件開發(fā)，以及支持網(wǎng)電空間物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、信息層和行為層探測、攻擊等多種功能的網(wǎng)電對抗平臺。根據(jù)軟件通信體系結(jié)構(gòu)SCA規(guī)范，給出網(wǎng)電對抗平臺架構(gòu)的層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 網(wǎng)電對抗平臺架構(gòu)的層次結(jié)構(gòu)圖

由圖1可知，網(wǎng)電對抗平臺體系結(jié)構(gòu)主要分為六層：1）板級驅(qū)動包層；2）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和串口服務(wù)層；3）操作系統(tǒng)層；4）CORBA中間件層；5）核心框架層；6）應(yīng)用層。其中操作系統(tǒng)層主要提供本地系統(tǒng)引導(dǎo)、硬件設(shè)備驅(qū)動、內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、任務(wù)實(shí)時調(diào)度等功能，為上層應(yīng)用軟件提供多線程支持。核心框架層是SCA軟件平臺的重要組成部分。由于采用符合規(guī)范的分布式中間件（CORBA）和操作系統(tǒng)，支持核心框架的應(yīng)用軟件可以在不同的處理器、操作系統(tǒng)上進(jìn)行移植。應(yīng)用層采用模塊化的設(shè)計思想，通過分析實(shí)際系統(tǒng)的組成成分，將系統(tǒng)分為具有明確接口關(guān)系、功能相對獨(dú)立的功能組件、協(xié)同組件、測試組件以及互操作管理組件四個模塊。依照SCA規(guī)范建立的軟件平臺是標(biāo)準(zhǔn)的、開放的、可互操作的，能夠保證軟件模塊的可移植性和可重用性。

平臺組件庫采用模塊化設(shè)計，研制組件在滿足平臺功能需求的同時，還應(yīng)具備較強(qiáng)的功能獨(dú)立性以及標(biāo)準(zhǔn)化的輸入／輸出接口、管理策略、使用規(guī)范，確保平臺體系架構(gòu)的開放性和軟件功能組件的可移植性、可復(fù)用性。

整個軟件組件庫劃分為功能組件庫、測試組件庫、協(xié)同組件庫和互操作管理組件庫。功能組件庫用于支撐平臺的基本網(wǎng)電對抗能力，即平臺單機(jī)的網(wǎng)電對抗能力。協(xié)同組件用于支撐平臺的網(wǎng)絡(luò)化對抗能力。測試組件用于配合功能組件，完成軟件重構(gòu)結(jié)果的功能評估、性能評估，在提高平臺功能重構(gòu)效能的同時，確保平臺功能重構(gòu)結(jié)果的有效性?；ゲ僮鞴芾斫M件用于完成多平臺之間信息以及功能需求的發(fā)送與接收操作，來完成協(xié)同探測與攻擊。

2 多平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達(dá)對抗波形開發(fā)

組網(wǎng)雷達(dá)系統(tǒng)由于具有較好的“四抗”（抗電子干擾、抗隱身、抗反輻射摧毀和抗低空突防）能力而得到越來越廣泛的應(yīng)用［10］。因此，組網(wǎng)雷達(dá)對抗是網(wǎng)電對抗的重要組成。本文以網(wǎng)電對抗中的多平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達(dá)對抗為例，來驗(yàn)證基于SCA的網(wǎng)電對抗平臺功能體系架構(gòu)的可行性。

2.1 對抗原理

本文采用網(wǎng)電一體戰(zhàn)的思想來進(jìn)行組網(wǎng)雷達(dá)對抗。首先采取電子干擾的方式對目標(biāo)組網(wǎng)雷達(dá)進(jìn)行航跡欺騙。而由于同一個干擾脈沖對不同雷達(dá)形成的假目標(biāo)在空間分布上較真目標(biāo)相對分散，因此，目標(biāo)組網(wǎng)雷達(dá)的融合中心可以通過航跡關(guān)聯(lián)與檢測將假目標(biāo)航跡剔除，保留真目標(biāo)航跡。針對這一點(diǎn)，在電子干擾基礎(chǔ)上利用網(wǎng)絡(luò)手段對目標(biāo)雷達(dá)網(wǎng)進(jìn)行入侵，如圖2所示，修改每個雷達(dá)發(fā)送至融合中心的數(shù)據(jù)，使得真目標(biāo)的航跡相對分散而假目標(biāo)的航跡相對集中，從而增大敵情報系統(tǒng)的虛警率，擾亂其指揮決策和火力攻擊。

圖2 多平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達(dá)對抗示意圖

網(wǎng)絡(luò)攻擊場景中，假定目標(biāo)雷達(dá)通過Adhoc網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組網(wǎng)，可采用“女巫攻擊”（Sybil attack）和“泛洪攻擊”（Flooding attack）對目標(biāo)雷達(dá)網(wǎng)進(jìn)行攻擊?！芭坠簟敝冈诰W(wǎng)絡(luò)中一個惡意節(jié)點(diǎn)非法地以多個身份出現(xiàn)，即單一節(jié)點(diǎn)或設(shè)備具有多個身份標(biāo)識，從而該惡意節(jié)點(diǎn)可以控制網(wǎng)絡(luò)中大部分節(jié)點(diǎn)。通過“女巫攻擊”，可以有效地從目標(biāo)雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)中獲取并篡改信息，再發(fā)送至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，達(dá)到欺騙的目的。“泛洪攻擊”是指惡意節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中泛洪發(fā)送報文，占用大量無線通信帶寬，導(dǎo)致目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)擁塞，正常通信無法進(jìn)行。

2.2 對抗波形應(yīng)用組件劃分

進(jìn)行基于SCA的多平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達(dá)對抗波形應(yīng)用開發(fā)時，要對其組件進(jìn)行劃分，將其功能進(jìn)行獨(dú)立功能的模塊化開發(fā)，使其具備可移植性和可重用性，任一軟件無線電平臺可通過CORBA來加載并使用該模塊。

一個網(wǎng)電對抗波形可由功能組件、測試組件、協(xié)同組件和互操作管理組件來實(shí)現(xiàn)其完整的功能，不同的波形由不同的組件構(gòu)成，并且不同的波形對應(yīng)的組件數(shù)也不相同。平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達(dá)對抗波形主要功能包括：平臺間的互操作，信號的偵收，多平臺組網(wǎng)定位，干擾信號的發(fā)送，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的攔截、解譯、篡改和發(fā)送。結(jié)合前文所給出的軟件組件庫架構(gòu)以及多平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達(dá)對抗的功能需求，對組件模塊所實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)一步劃分，基于SCA的多平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達(dá)對抗平臺架構(gòu)的波形組件如圖3所示。

圖3 多平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達(dá)對抗平臺架構(gòu)波形組件圖

SCA規(guī)范規(guī)定每一個波形都必須包含一個裝配控制器，控制終端通過裝配控制器來對波形應(yīng)用中每個組件進(jìn)行配置操作。所以，多平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達(dá)對抗波形應(yīng)還包含裝備控制器組件。

2.3 對抗波形應(yīng)用組件實(shí)現(xiàn)

對多平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達(dá)對抗應(yīng)用進(jìn)行模塊化的劃分之后，一個組件要求另一個組件實(shí)現(xiàn)某個特定的功能，只需要調(diào)用對方的函數(shù)并把對應(yīng)的參數(shù)通過CORBA進(jìn)行傳遞便可以完成。因此，對于應(yīng)用中的每個組件都要在符合SCA規(guī)范的基礎(chǔ)上設(shè)計其相應(yīng)的函數(shù)。

以信號分選組件為例，它與具體的硬件設(shè)備無關(guān)，由純軟件實(shí)現(xiàn)，因此屬于資源組件，繼承于核心框架中的資源接口（Resource）。通過對信號分選的功能分析，它的UML模型如圖4所示。

其中，SignalsortingInConsumerPOA類中的processOctetMsg對應(yīng)的即為數(shù)據(jù)分選數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)。SignalsortingOutPortPOA類中的inPort即為與數(shù)據(jù)分選組件輸出端口相連接的組件的輸入端口，調(diào)用此輸入端口類的processOctetMsg函數(shù)便可以實(shí)現(xiàn)組件間的數(shù)據(jù)傳遞處理。應(yīng)用中其他組件的建模方法同數(shù)據(jù)分選組件類似，這里不再贅述。

圖4 信號分選組件的UML類圖

完成多平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達(dá)對抗應(yīng)用波形的建模后，按照SCA規(guī)范波形開發(fā)過程，將UML模型編譯為IDL文件，利用CORBA中間件將UML模型編譯生成了客戶樁文件和服務(wù)器框架文件兩個部分。

完成波形組件實(shí)現(xiàn)部分后，為每個波形組件編寫相應(yīng)的域描述文件，包括SAD（軟件裝配描述文件）、SCD（軟件組件描述文件）、SPD（軟件包描述文件）等，文件格式采用擴(kuò)展標(biāo)記語言XML。域描述文件應(yīng)符合SCA規(guī)范中定義的所有規(guī)則，如此，域管理器可以通過域描述文件中的配置信息來啟動、初始化和配置系統(tǒng)中的應(yīng)用［11］。

2.4 仿真測試

完成多平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達(dá)波形應(yīng)用的開發(fā)后，需要對其進(jìn)行SCA規(guī)范符合性測試。本文在自主研發(fā)的SCA波形開發(fā)軟件上進(jìn)行多平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達(dá)波形的開發(fā)，該開發(fā)軟件使開發(fā)者能夠以圖形編輯的方式構(gòu)建應(yīng)用并生成對應(yīng)的域描述文件，從而可以提高開發(fā)效率，構(gòu)建的圖形化多平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達(dá)波形如圖5所示。

圖5 多平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達(dá)波形

其中矩形框表示波形中的每一個組件，箭頭連線表示數(shù)據(jù)的流向，通過單擊部署應(yīng)用按鈕和啟動按鈕來執(zhí)行波形應(yīng)用，航跡欺騙應(yīng)用圖形化界面如圖6所示。

圖6 航跡欺騙界面

左上方圖為航跡欺騙場景示意圖，三角形、十字形和圓形表示目標(biāo)雷達(dá)網(wǎng)中的雷達(dá)，星形表示融合中心，三條曲線表示干擾機(jī)的飛行航跡。用戶可以設(shè)置欺騙距離、欺騙角度并且選擇飛行航跡，完成設(shè)定后，從其余三幅圖可以看到干擾機(jī)對每個雷達(dá)產(chǎn)生的虛假航跡。

在航跡欺騙的基礎(chǔ)上，對目標(biāo)雷達(dá)網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)攻擊，此處以“女巫攻擊”方式為例，界面如圖7所示。

圖7 網(wǎng)絡(luò)攻擊界面

在圖7的節(jié)點(diǎn)對抗示意圖中，惡意節(jié)點(diǎn)（三角形M1、M2、M3）分別對網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)進(jìn)行竊聽，獲取網(wǎng)內(nèi)各雷達(dá)和融合中心的IP地址等信息，接著惡意節(jié)點(diǎn)偽裝成融合中心，從網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)獲取航跡數(shù)據(jù)并進(jìn)行篡改，最后惡意節(jié)點(diǎn)偽裝成網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)，將篡改后的數(shù)據(jù)發(fā)送給融合中心，融合中心判斷之后的結(jié)果如圖7所示，與圖6進(jìn)行對比，可以看出網(wǎng)電對抗成功。

通過對以上波形各個功能測試發(fā)現(xiàn)每個組件都可以正常工作，波形可以正常運(yùn)行，因此，本文提出的基于SCA的網(wǎng)電對抗平臺功能體系架構(gòu)的是可行的，并且通過加載不同的組件可以完成不同的網(wǎng)電對抗功能，因此該網(wǎng)電對抗平臺功能體系架構(gòu)同時具有通用性。

3 結(jié)束語

本文在軟件體系結(jié)構(gòu)各層結(jié)構(gòu)功能以及功能可重構(gòu)網(wǎng)電對抗平臺的體系架構(gòu)研究基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于SCA的網(wǎng)電對抗平臺的功能體系架構(gòu)，該體系架構(gòu)具有可行性和通用性。并以組網(wǎng)雷達(dá)對抗為例，給出了基于此體系架構(gòu)的多平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達(dá)對抗波形開發(fā)方案。目前本文所做工作都是基于軟件仿真驗(yàn)證，下一步可進(jìn)行軟硬件聯(lián)合開發(fā)，最終研制成具有實(shí)戰(zhàn)能力的網(wǎng)電對抗平臺系統(tǒng)?！?/p>

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