基于SCA的网电对抗平台架构设计及其应用＊

陈雅雯，夏伟杰，苏 抗，吴连慧，董乔忠

（1.南京航空航天大学，江苏南京210016；2.中国航天科工集团8511研究所，江苏南京210007）

0 引言

网电对抗是一种广义上的信息战，它源于传统电子战与网络战的融合，并且具备更广阔的外延，是以网络为基础，对战场综合信息实施的一种控制。根据作战任务需要，在战场环境下，网电对抗平台应当具备多个信息层次的探测、攻击与防御能力；为确保战场网电探测、攻击与防御实施的可能性，且增强战场网电对抗作战的有效性，网电对抗平台还应具备对抗平台功能重构、动态模块化管理以及多平台协同与互操作能力，以便实现网络化的信息对抗［1］。软件通信体系结构（SCA）作为软件无线电技术的一个重要组成部分，采用了软件无线电的核心思想，即构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用平台，将各种功能如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软件来完成，加载不同的通信软件组件即可实现不同的通信模式和功能，而软件的加载和更新可以通过空中接口来实现，更加灵活方便［2］。由于SCA采用了标准化、层次化、模块化的设计结构，支持不同平台互连互通互操作［3］，满足网电对抗平台的各方面需求，因此本文根据SCA规范对网电对抗平台波形进行全新设计。

通过对软件体系结构各层结构功能以及功能可重构网电对抗平台的体系架构研究［4－9］，本文设计了基于SCA的网电对抗平台的功能体系架构。并在此基础上，以多平台协同组网雷达对抗应用为例，验证基于SCA的网电对抗平台功能体系架构的可行性。

1 基于SCA的网电对抗平台架构设计

为了具备多个信息层次的探测、攻击与防御能力以及快速可重构能力，网电对抗平台设计的核心是：依据SCA规范实现网电对抗平台的软件开发，以及支持网电空间物理层、链路层、网络层、信息层和行为层探测、攻击等多种功能的网电对抗平台。根据软件通信体系结构SCA规范，给出网电对抗平台架构的层次结构如图1所示。

图1 网电对抗平台架构的层次结构图

由图1可知，网电对抗平台体系结构主要分为六层：1）板级驱动包层；2）网络协议栈和串口服务层；3）操作系统层；4）CORBA中间件层；5）核心框架层；6）应用层。其中操作系统层主要提供本地系统引导、硬件设备驱动、内存管理、进程管理、任务实时调度等功能，为上层应用软件提供多线程支持。核心框架层是SCA软件平台的重要组成部分。由于采用符合规范的分布式中间件（CORBA）和操作系统，支持核心框架的应用软件可以在不同的处理器、操作系统上进行移植。应用层采用模块化的设计思想，通过分析实际系统的组成成分，将系统分为具有明确接口关系、功能相对独立的功能组件、协同组件、测试组件以及互操作管理组件四个模块。依照SCA规范建立的软件平台是标准的、开放的、可互操作的，能够保证软件模块的可移植性和可重用性。

平台组件库采用模块化设计，研制组件在满足平台功能需求的同时，还应具备较强的功能独立性以及标准化的输入／输出接口、管理策略、使用规范，确保平台体系架构的开放性和软件功能组件的可移植性、可复用性。

整个软件组件库划分为功能组件库、测试组件库、协同组件库和互操作管理组件库。功能组件库用于支撑平台的基本网电对抗能力，即平台单机的网电对抗能力。协同组件用于支撑平台的网络化对抗能力。测试组件用于配合功能组件，完成软件重构结果的功能评估、性能评估，在提高平台功能重构效能的同时，确保平台功能重构结果的有效性。互操作管理组件用于完成多平台之间信息以及功能需求的发送与接收操作，来完成协同探测与攻击。

2 多平台协同组网雷达对抗波形开发

组网雷达系统由于具有较好的“四抗”（抗电子干扰、抗隐身、抗反辐射摧毁和抗低空突防）能力而得到越来越广泛的应用［10］。因此，组网雷达对抗是网电对抗的重要组成。本文以网电对抗中的多平台协同组网雷达对抗为例，来验证基于SCA的网电对抗平台功能体系架构的可行性。

2.1 对抗原理

本文采用网电一体战的思想来进行组网雷达对抗。首先采取电子干扰的方式对目标组网雷达进行航迹欺骗。而由于同一个干扰脉冲对不同雷达形成的假目标在空间分布上较真目标相对分散，因此，目标组网雷达的融合中心可以通过航迹关联与检测将假目标航迹剔除，保留真目标航迹。针对这一点，在电子干扰基础上利用网络手段对目标雷达网进行入侵，如图2所示，修改每个雷达发送至融合中心的数据，使得真目标的航迹相对分散而假目标的航迹相对集中，从而增大敌情报系统的虚警率，扰乱其指挥决策和火力攻击。

图2 多平台协同组网雷达对抗示意图

网络攻击场景中，假定目标雷达通过Adhoc网络进行组网，可采用“女巫攻击”（Sybil attack）和“泛洪攻击”（Flooding attack）对目标雷达网进行攻击。“女巫攻击”指在网络中一个恶意节点非法地以多个身份出现，即单一节点或设备具有多个身份标识，从而该恶意节点可以控制网络中大部分节点。通过“女巫攻击”，可以有效地从目标雷达网络中获取并篡改信息，再发送至目标节点，达到欺骗的目的。“泛洪攻击”是指恶意节点在网络中泛洪发送报文，占用大量无线通信带宽，导致目标网络拥塞，正常通信无法进行。

2.2 对抗波形应用组件划分

进行基于SCA的多平台协同组网雷达对抗波形应用开发时，要对其组件进行划分，将其功能进行独立功能的模块化开发，使其具备可移植性和可重用性，任一软件无线电平台可通过CORBA来加载并使用该模块。

一个网电对抗波形可由功能组件、测试组件、协同组件和互操作管理组件来实现其完整的功能，不同的波形由不同的组件构成，并且不同的波形对应的组件数也不相同。平台协同组网雷达对抗波形主要功能包括：平台间的互操作，信号的侦收，多平台组网定位，干扰信号的发送，网络数据包的拦截、解译、篡改和发送。结合前文所给出的软件组件库架构以及多平台协同组网雷达对抗的功能需求，对组件模块所实现的功能进一步划分，基于SCA的多平台协同组网雷达对抗平台架构的波形组件如图3所示。

图3 多平台协同组网雷达对抗平台架构波形组件图

SCA规范规定每一个波形都必须包含一个装配控制器，控制终端通过装配控制器来对波形应用中每个组件进行配置操作。所以，多平台协同组网雷达对抗波形应还包含装备控制器组件。

2.3 对抗波形应用组件实现

对多平台协同组网雷达对抗应用进行模块化的划分之后，一个组件要求另一个组件实现某个特定的功能，只需要调用对方的函数并把对应的参数通过CORBA进行传递便可以完成。因此，对于应用中的每个组件都要在符合SCA规范的基础上设计其相应的函数。

以信号分选组件为例，它与具体的硬件设备无关，由纯软件实现，因此属于资源组件，继承于核心框架中的资源接口（Resource）。通过对信号分选的功能分析，它的UML模型如图4所示。

其中，SignalsortingInConsumerPOA类中的processOctetMsg对应的即为数据分选数据处理业务。SignalsortingOutPortPOA类中的inPort即为与数据分选组件输出端口相连接的组件的输入端口，调用此输入端口类的processOctetMsg函数便可以实现组件间的数据传递处理。应用中其他组件的建模方法同数据分选组件类似，这里不再赘述。

图4 信号分选组件的UML类图

完成多平台协同组网雷达对抗应用波形的建模后，按照SCA规范波形开发过程，将UML模型编译为IDL文件，利用CORBA中间件将UML模型编译生成了客户桩文件和服务器框架文件两个部分。

完成波形组件实现部分后，为每个波形组件编写相应的域描述文件，包括SAD（软件装配描述文件）、SCD（软件组件描述文件）、SPD（软件包描述文件）等，文件格式采用扩展标记语言XML。域描述文件应符合SCA规范中定义的所有规则，如此，域管理器可以通过域描述文件中的配置信息来启动、初始化和配置系统中的应用［11］。

2.4 仿真测试

完成多平台协同组网雷达波形应用的开发后，需要对其进行SCA规范符合性测试。本文在自主研发的SCA波形开发软件上进行多平台协同组网雷达波形的开发，该开发软件使开发者能够以图形编辑的方式构建应用并生成对应的域描述文件，从而可以提高开发效率，构建的图形化多平台协同组网雷达波形如图5所示。

图5 多平台协同组网雷达波形

其中矩形框表示波形中的每一个组件，箭头连线表示数据的流向，通过单击部署应用按钮和启动按钮来执行波形应用，航迹欺骗应用图形化界面如图6所示。

图6 航迹欺骗界面

左上方图为航迹欺骗场景示意图，三角形、十字形和圆形表示目标雷达网中的雷达，星形表示融合中心，三条曲线表示干扰机的飞行航迹。用户可以设置欺骗距离、欺骗角度并且选择飞行航迹，完成设定后，从其余三幅图可以看到干扰机对每个雷达产生的虚假航迹。

在航迹欺骗的基础上，对目标雷达网进行网络攻击，此处以“女巫攻击”方式为例，界面如图7所示。

图7 网络攻击界面

在图7的节点对抗示意图中，恶意节点（三角形M1、M2、M3）分别对网内雷达进行窃听，获取网内各雷达和融合中心的IP地址等信息，接着恶意节点伪装成融合中心，从网内雷达获取航迹数据并进行篡改，最后恶意节点伪装成网内雷达，将篡改后的数据发送给融合中心，融合中心判断之后的结果如图7所示，与图6进行对比，可以看出网电对抗成功。

通过对以上波形各个功能测试发现每个组件都可以正常工作，波形可以正常运行，因此，本文提出的基于SCA的网电对抗平台功能体系架构的是可行的，并且通过加载不同的组件可以完成不同的网电对抗功能，因此该网电对抗平台功能体系架构同时具有通用性。

3 结束语

本文在软件体系结构各层结构功能以及功能可重构网电对抗平台的体系架构研究基础上，设计了基于SCA的网电对抗平台的功能体系架构，该体系架构具有可行性和通用性。并以组网雷达对抗为例，给出了基于此体系架构的多平台协同组网雷达对抗波形开发方案。目前本文所做工作都是基于软件仿真验证，下一步可进行软硬件联合开发，最终研制成具有实战能力的网电对抗平台系统。■

［1］ 苏抗，黄岩，王奎.战场网电空间层次与对抗功能需求研究［J］.航天电子对抗，2013，29（3）：36－38.

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

［3］ 钟鹏飞.软件通信体系结构核心框架及监控平台设计与实现［D］.成都：电子科技大学，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］ 王庆生.基于SCA规范的软件无线电系统设计［J］.现代导航，2012（1）.

［6］ 杨小牛，楼才义，徐建良.软件无线电原理与应用［M］.北京：电子工业出版社，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.软件无线电体系结构［M］.赵荣黎，王庭昌，李承恕，译.北京：机械工业出版社，2003：2－6.

［10］马亚涛，赵国庆，徐晨.现有技术条件下对组网雷达的航迹欺骗［J］.电子信息对抗技术，2013，28（2）：34－38.

［11］洪锡军，钱晨，张激.基于SCA的波形开发［J］.计算机工程，2006，32（18）：270－272.