陳雅雯，夏偉杰，蘇 抗，吳連慧，董喬忠

（1.南京航空航天大學，江蘇南京210016；2.中國航天科工集團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)絡戰(zhàn)的融合，并且具備更廣闊的外延，是以網(wǎng)絡為基礎，對戰(zhàn)場綜合信息實施的一種控制。根據(jù)作戰(zhàn)任務需要，在戰(zhàn)場環(huán)境下，網(wǎng)電對抗平臺應當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、攻擊與防御實施的可能性，且增強戰(zhàn)場網(wǎng)電對抗作戰(zhàn)的有效性，網(wǎng)電對抗平臺還應具備對抗平臺功能重構、動態(tài)模塊化管理以及多平臺協(xié)同與互操作能力，以便實現(xiàn)網(wǎng)絡化的信息對抗［1］。軟件通信體系結構（SCA）作為軟件無線電技術的一個重要組成部分，采用了軟件無線電的核心思想，即構造一個具有開放性、標準化、模塊化的通用平臺，將各種功能如工作頻段、調制解調類型、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現(xiàn)，更加靈活方便［2］。由于SCA采用了標準化、層次化、模塊化的設計結構，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)電對抗平臺波形進行全新設計。

通過對軟件體系結構各層結構功能以及功能可重構網(wǎng)電對抗平臺的體系架構研究［4－9］，本文設計了基于SCA的網(wǎng)電對抗平臺的功能體系架構。并在此基礎上，以多平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達對抗應用為例，驗證基于SCA的網(wǎng)電對抗平臺功能體系架構的可行性。

1 基于SCA的網(wǎng)電對抗平臺架構設計

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能力，網(wǎng)電對抗平臺設計的核心是：依據(jù)SCA規(guī)范實現(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)軟件通信體系結構SCA規(guī)范，給出網(wǎng)電對抗平臺架構的層次結構如圖1所示。

圖1 網(wǎng)電對抗平臺架構的層次結構圖

由圖1可知，網(wǎng)電對抗平臺體系結構主要分為六層：1）板級驅動包層；2）網(wǎng)絡協(xié)議棧和串口服務層；3）操作系統(tǒng)層；4）CORBA中間件層；5）核心框架層；6）應用層。其中操作系統(tǒng)層主要提供本地系統(tǒng)引導、硬件設備驅動、內存管理、進程管理、任務實時調度等功能，為上層應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)，支持核心框架的應用軟件可以在不同的處理器、操作系統(tǒng)上進行移植。應用層采用模塊化的設計思想，通過分析實際系統(tǒng)的組成成分，將系統(tǒng)分為具有明確接口關系、功能相對獨立的功能組件、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準的、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計，研制組件在滿足平臺功能需求的同時，還應具備較強的功能獨立性以及標準化的輸入／輸出接口、管理策略、使用規(guī)范，確保平臺體系架構的開放性和軟件功能組件的可移植性、可復用性。

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，即平臺單機的網(wǎng)電對抗能力。協(xié)同組件用于支撐平臺的網(wǎng)絡化對抗能力。測試組件用于配合功能組件，完成軟件重構結果的功能評估、性能評估，在提高平臺功能重構效能的同時，確保平臺功能重構結果的有效性?；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)雷達對抗波形開發(fā)

組網(wǎng)雷達系統(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用［10］。因此，組網(wǎng)雷達對抗是網(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)雷達對抗為例，來驗證基于SCA的網(wǎng)電對抗平臺功能體系架構的可行性。

2.1 對抗原理

本文采用網(wǎng)電一體戰(zhàn)的思想來進行組網(wǎng)雷達對抗。首先采取電子干擾的方式對目標組網(wǎng)雷達進行航跡欺騙。而由于同一個干擾脈沖對不同雷達形成的假目標在空間分布上較真目標相對分散，因此，目標組網(wǎng)雷達的融合中心可以通過航跡關聯(lián)與檢測將假目標航跡剔除，保留真目標航跡。針對這一點，在電子干擾基礎上利用網(wǎng)絡手段對目標雷達網(wǎng)進行入侵，如圖2所示，修改每個雷達發(fā)送至融合中心的數(shù)據(jù)，使得真目標的航跡相對分散而假目標的航跡相對集中，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)雷達對抗示意圖

網(wǎng)絡攻擊場景中，假定目標雷達通過Adhoc網(wǎng)絡進行組網(wǎng)，可采用“女巫攻擊”（Sybil attack）和“泛洪攻擊”（Flooding attack）對目標雷達網(wǎng)進行攻擊?！芭坠簟敝冈诰W(wǎng)絡中一個惡意節(jié)點非法地以多個身份出現(xiàn)，即單一節(jié)點或設備具有多個身份標識，從而該惡意節(jié)點可以控制網(wǎng)絡中大部分節(jié)點。通過“女巫攻擊”，可以有效地從目標雷達網(wǎng)絡中獲取并篡改信息，再發(fā)送至目標節(jié)點，達到欺騙的目的?！胺汉楣簟笔侵笎阂夤?jié)點在網(wǎng)絡中泛洪發(fā)送報文，占用大量無線通信帶寬，導致目標網(wǎng)絡擁塞，正常通信無法進行。

2.2 對抗波形應用組件劃分

進行基于SCA的多平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達對抗波形應用開發(fā)時，要對其組件進行劃分，將其功能進行獨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現(xiàn)其完整的功能，不同的波形由不同的組件構成，并且不同的波形對應的組件數(shù)也不相同。平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達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)絡數(shù)據(jù)包的攔截、解譯、篡改和發(fā)送。結合前文所給出的軟件組件庫架構以及多平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達對抗的功能需求，對組件模塊所實現(xiàn)的功能進一步劃分，基于SCA的多平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達對抗平臺架構的波形組件如圖3所示。

圖3 多平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達對抗平臺架構波形組件圖

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用中每個組件進行配置操作。所以，多平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達對抗波形應還包含裝備控制器組件。

2.3 對抗波形應用組件實現(xiàn)

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

以信號分選組件為例，它與具體的硬件設備無關，由純軟件實現(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對應的即為數(shù)據(jù)分選數(shù)據(jù)處理業(yè)務。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，調用此輸入端口類的processOctetMsg函數(shù)便可以實現(xiàn)組件間的數(shù)據(jù)傳遞處理。應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)雷達對抗應用波形的建模后，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器框架文件兩個部分。

完成波形組件實現(xiàn)部分后，為每個波形組件編寫相應的域描述文件，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，文件格式采用擴展標記語言XML。域描述文件應符合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)中的應用［11］。

2.4 仿真測試

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

圖5 多平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達波形

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，通過單擊部署應用按鈕和啟動按鈕來執(zhí)行波形應用，航跡欺騙應用圖形化界面如圖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雷達網(wǎng)中的雷達，星形表示融合中心，三條曲線表示干擾機的飛行航跡。用戶可以設置欺騙距離、欺騙角度并且選擇飛行航跡，完成設定后，從其余三幅圖可以看到干擾機對每個雷達產生的虛假航跡。

在航跡欺騙的基礎上，對目標雷達網(wǎng)進行網(wǎng)絡攻擊，此處以“女巫攻擊”方式為例，界面如圖7所示。

圖7 網(wǎng)絡攻擊界面

在圖7的節(jié)點對抗示意圖中，惡意節(jié)點（三角形M1、M2、M3）分別對網(wǎng)內雷達進行竊聽，獲取網(wǎng)內各雷達和融合中心的IP地址等信息，接著惡意節(jié)點偽裝成融合中心，從網(wǎng)內雷達獲取航跡數(shù)據(jù)并進行篡改，最后惡意節(jié)點偽裝成網(wǎng)內雷達，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果如圖7所示，與圖6進行對比，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同時具有通用性。

3 結束語

本文在軟件體系結構各層結構功能以及功能可重構網(wǎng)電對抗平臺的體系架構研究基礎上，設計了基于SCA的網(wǎng)電對抗平臺的功能體系架構，該體系架構具有可行性和通用性。并以組網(wǎng)雷達對抗為例，給出了基于此體系架構的多平臺協(xié)同組網(wǎng)雷達對抗波形開發(fā)方案。目前本文所做工作都是基于軟件仿真驗證，下一步可進行軟硬件聯(lián)合開發(fā)，最終研制成具有實戰(zhàn)能力的網(wǎng)電對抗平臺系統(tǒng)。■

［1］ 蘇抗，黃巖，王奎.戰(zhàn)場網(wǎng)電空間層次與對抗功能需求研究［J］.航天電子對抗，2013，29（3）：36－38.

［2］ Mitola J.The software radio architecture［J］.IEEE Communications Magazine，1995，33（5）：26－28.

［3］ 鐘鵬飛.軟件通信體系結構核心框架及監(jiān)控平臺設計與實現(xiàn)［D］.成都：電子科技大學，2008.

［4］ Modular Software－Programmable Radio Consortium.Support and rationale document for the software communications architecture specification（v2.2）［R］.Washington：JTRS Joint Program Office，2001：15－21.

［5］ 王慶生.基于SCA規(guī)范的軟件無線電系統(tǒng)設計［J］.現(xiàn)代導航，2012（1）.

［6］ 楊小牛，樓才義，徐建良.軟件無線電原理與應用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2001：227.

［7］ Raytheon.Joint tactical radio system（JTRS）SCA developer’s guide［R］.Washington：JTRS Joint Program Office，2002：30－33.

［8］ JTRS JPO.Joint tactical radio system request For Information（JTRS2000－RFI－O1）［R／OL］.［2013－11－10］.http：∥www.jtrs.saalt.army.mil／announcements／jtrsrfi0l.pd＃.

［9］ Joseph Mitola III.軟件無線電體系結構［M］.趙榮黎，王庭昌，李承恕，譯.北京：機械工業(yè)出版社，2003：2－6.

［10］馬亞濤，趙國慶，徐晨.現(xiàn)有技術條件下對組網(wǎng)雷達的航跡欺騙［J］.電子信息對抗技術，2013，28（2）：34－38.

［11］洪錫軍，錢晨，張激.基于SCA的波形開發(fā)［J］.計算機工程，2006，32（18）：270－272.