防空体系反制网电攻击的UML与Petri网模型*

黄仁全，李为民，王春阳，贺筱军

(空军工程大学导弹学院，陕西三原 713800)

0 引言

网电空间，即网络电磁空间，是对网络空间与电磁空间的统称。随着信息化的发展，网电空间作为一个独立作战领域登上了历史舞台［1］。美军高度重视网电空间作战，并于2009－06－23成立了“网电司令部”(cyber command)，美国空军提出了“在空中、太空与网电空间翱翔与战斗”的口号。

海湾战争中，美国特工把携带计算机“病毒”的芯片安装到伊拉克的打印机中，并通过无线遥控将病毒激活，致使伊方防空指挥系统陷入瘫痪［2］;2007－09－06傍晚，以色列空军运用美军研制的“舒特”系统，成功躲过叙利亚军队苦心经营多年的防空体系，对叙方纵深100 km内的所谓“核设施”目标实施了毁灭性突击［3］;据有关媒体报道，2011－03－19日法国、美国、英国等西方国家对利比亚发动的“奥德赛黎明”军事打击中，美军使用了“舒特”系统压制利比亚防空火力。此外，美军通过一项“小企业创新研究”计划，正在研制更有效的，能通过有线/无线方式注入敌方计算机系统的计算机病毒，其中包括通过天线电磁波辐射注入病毒和利用卫星进行辐射式注入病毒等;美军还在研究能远程注入计算机病毒的“病毒炮”，计划用10年的时间研制出“病毒炮弹”［4］。空袭方采用网电攻击给传统防空体系带来了新挑战，对传感器系统、通信系统、指挥控制系统和拦截打击系统提出了全面的严峻威胁。因此，信息化条件下，开展防空体系反制空袭方网电攻击的研究，建立相关军事概念模型，具有重要的理论和现实意义。

1 网电攻击典型作战样式及反制策略分析

分析空袭防空网电攻击典型作战样式，是研究防空体系反制网电攻击策略的基础。“舒特”系统是典型网电作战装备，通过分析可得到3种典型作战样式:物理摧毁、电子攻击和网络攻击。为此，分别从物理层次、能量层次和网络层次探索反制网电攻击的对策。

1．1 网电攻击典型作战样式

“舒特”系统是典型的网电攻击装备，由数据植入模块、监视输出模块和时敏控制模块构成，并主要由RC－135V/W，EC－130H和 F－16CJ战斗机平台实施作战任务［5－6］。“舒特”系统有 3 种可供选择的攻击方式，一是通过数据链将目标信息传递给F－16CJ战斗机，对目标实施反辐射攻击或精确打击;二是通过数据链将目标信息传递给EA－6B，EA－18G等电子战飞机，对目标实施电子干扰;三是通过数据链将目标信息传递给EC－130H电子战飞机，对目标实施网络攻击。因此，网电攻击装备打击防空体系的典型作战样式主要包括:物理摧毁、电子攻击和网络攻击3种。

物理摧毁主要是破坏防空体系指控系统、传感器系统及通信系统等装备的可靠性或中断可用的数据信息，攻击主要以军用信息网络为目标、以硬杀伤为主要手段，以常规物理方式直接破坏、摧毁防空信息网络系统的实体，完成对指挥控制中心、关键节点和重要链路目标的打击和摧毁任务。

电子攻击的实质是电磁领域的斗争，是空袭方为争夺电磁频谱的控制权(即制电磁权)所展开的斗争。以空袭电子战力量，截获防空系统电子设备工作频率、工作方式和使用的战术手段，采取软、硬结合的方式，干扰、压制或摧毁防空信息系统电子设备。电子攻击主要运用电子干扰、电子欺骗或定向能武器，削弱、压制和摧毁防空体系电子战能力，或采用反辐射武器直接攻击防空电磁辐射源。

网络攻击是空袭方针对防空体系可资利用的信息网络环境，以信息网络为主要作战对象，以先进的网络攻击技术为基本手段，围绕“制网络权”的争夺，以达到赢得战争的胜利为最终目的。网络攻击通常以防空体系雷达系统、通信系统和信息处理设备等薄弱环节进入防空体系，对防空信息网络进行刺探、破坏和扰乱。

1．2 防空体系反制网电攻击策略

针对网电攻击典型作战样式、攻击目标及作战特点等，防空体系可分别从物理层次、能量层次和网络层次综合采取反制措施［1－7］，如表1所示。

表1 防空体系反制网电攻击策略Table 1 Strategies of the ADSCCA

2 防空体系反制网电攻击的UML模型

统一建模语言(unified modeling language，UML)是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的面向对象建模语言，代表了先进的面向对象理论。UML统一了面向对象建模的基本概念、术语及其图形符号，为人们建立了便于交流的共同语言，使得建立一个可视化、规范化、结构化、文档化的面向对象的系统成为可能。UML共包括9类视图——类图、对象图、状态图、活动图、顺序图、协作图、用例图、组件图以及配置图，其中用例图主要用于描述系统的功能［8］。为此，采用UML的用例图研究防空体系反制网电攻击策略，以描述系统结构、行为和功能3个方面内容，如图1所示。信息化条件下的防空必须贯彻“联合防空”指导思想［9－10］，依据防空力量作战任务的区别，在联合防空指控中心下分别设立反导作战指控中心、反卫作战指控中心、航空兵作战指控中心、防空作战单元指控中心和信息融合与分发中心。侦察预警系统通过各种网络、电子侦察手段获取目标信息，并将信息传递给信息融合与分发中心，生成空防作战态势;联合防空指控中心依据战场态势向反导、反卫、航空兵以及防空作战单元指控中心下达作战任务，信息融合与分发中心为作战实施提供必要信息支援。在此，论文重点探索隶属防空作战单元的防空作战力量的结构、行为、功能及相互关系。

图1 防空体系反制网电攻击UML用例图Fig．1 UML figure of the ADSCCA

3 防空体系反制网电攻击的Petri网模型

Petri网是经实践验证的一个非常有利于分析和建立分布、并行、随机模型的方法和工具，是描述具有分布、并发、异步特征系统的有效工具［11］。在防空体系反制网电攻击作战行动中，将每一步事件发生的前后状态用Petri网的库所表示，每一步事件的发生用Petri网的变迁表示，条件为真时在所对应的库所置入令牌，从而建立防空体系反制网电攻击的Petri网模型［12］，如图2所示。表2，3分别为防空体系反制网电攻击作战过程中的变迁、库所及其对应的含义。

采用UML建模具有直观，有利于对系统功能的理解、分析和设计的优点，但却存在难以描述系统的动态特性等缺点;而Petri网有利于描述具有分步、并发、异步特征的离散事件动态系统，但存在难于描述系统的组成结构等系统特征。因此，采用UML和Petri网对防空体系反制网电攻击建模，可使两种建模方法取长补短。

图2 防空体系反制网电攻击Petri网模型Fig．2 Petri net model of ADSCCA

表2 防空体系反制网电攻击的变迁及含义Table 2 Transition and meaning of ADSCCA

表3 防空体系反制网电攻击的库所及含义Table 3 Place and meaning of ADSCCA

续表Continued table

4 结束语

网电攻击是信息化条件下，防空体系面临的新型威胁，给传统防空体系带来全面的挑战。论文经深入分析典型网电攻击装备——“舒特”系统，得到了网电攻击3种作战样式，并在此基础之上探索防空体系反制网电攻击策略。通过UML和Petri网建模，初步研究了防空体系反制网电攻击的反制策略、作战结构、作战步骤等问题。但由于条件所限，仅从理论上探索了防空体系应对网电攻击的对策及其反制策略，上述方法暂时无法通过实践检验。

［1］ 李为民，陈刚，王颖龙，等．空天防御概论［M］．北京:国防大学出版社，2010．

［2］ 吕登明．信息化战争与信息化军队［M］．北京:解放军出版社，2004．

［3］ 姚红星，温柏华．美军网络战研究［M］．北京:国防大学出版社，2010．

［4］ 李雄伟．网络对抗系统及其关键技术研究［D］．北京:北京邮电大学，2005．

［5］ 张菊荣，周俊佑．美国“舒特”机载战场网络攻击系统透视［R］．西安:空军工程大学，2010．

［6］ 郭庆丰．透过美国空军“舒特”计划探析战场网络战［J］．空军装备研究，2010，2(4):58 －61．

［7］ 王凤山，王福田．防空信息战概论［M］．北京:航空工业出版社，2002．

［8］ 王杏林，曹晓东．概念建模［M］．北京:国防工业出版社，2007．

［9］ 陈鸿猷，王凤山，王颖龙．防空战略学［M］北京:解放军出版社，1999．

［10］ 王凤山，李孝军．现代防空学［M］．北京:航空工业出版社，2008．

［11］ 罗小明，杨娟，贺平，等．弹道导弹攻防对抗的建模与仿真［M］．北京:国防工业出版社，2009．

［12］ 刘天坤，熊新平，赵育善．基于Petri网的网络化防空导弹体系作战效能评估［J］．地面防空武器，2006，(4):46－49．