卫星通信对抗技术研究

摘要：卫星通信由于其通信覆盖区域广、通信容量大、组网灵活等优点，被广泛应用于军事目的。因此，以获得空间制信息权为中心的卫星通信对抗技术，在现代信息化战争中有着举足轻重的作用。论文在深入研究卫星以及卫星信道的攻击与防护等现有卫星通信对抗技术的基础上，探讨了基于卫星通信系统地面应用系统网络管理与控制系统的卫星通信对抗技术。

关键词：卫星通信对抗；网络安全；网络管理与控制系统

中图分类号：TP309文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)04-10953-03

1 引言

卫星通信，由于其通信覆盖区域广、通信容量大、组网灵活等优点，被广泛用于军事及民用通信领域。无论是陆、海、空各军种，还是战术或战略军事活动，卫星通信都能较好地完成通信保障任务。在海湾战争期间，美国国防通信局负责处理的从美国本土到海湾地区的通信业务中，有90%以上的信息是通过通信卫星传输的；海湾地区海湾联合司令部与海域内各参战舰艇的远程通信以及舰队编队间的战术通信中，有95%的业务是靠后续卫星（UFO）通信系统来保障的；为确保对各参战部队指控通信的需要，仅国防卫星通信系统所提供的通信保障就占整个战区通信业务的75%。

打赢一场真正的信息战争，激烈的电子战和信息战是不可避免的。交战双方都知道，谁把对方的信息传输系统打瘫痪而使其失去生存能力，谁就掌握了制信息权，也就能取得战争的胜利。这项斗争的主要手段就是干扰和抗干扰以及摧毁和反摧毁。作为军事卫星通信系统，也必然千方百计采取各种抗干扰措施，以保障系统的生存，使通信不中断，保证信息传输通畅。

随着空间信息系统对现代战争的影响越来越大，各空间信息领域强国都将如何获得制空间信息权作为本国研究的重要内容，卫星通信对抗也必将成为数字化战争的一个“制高点”。

2 传统卫星通信的技术手段

2.1 针对卫星的攻防技术

一般来说，针对卫星本身的攻防技术属于“硬毁伤”范畴，指利用部署在空、天、地等各种平台上的空间武器对敌方目标实施摧毁，即针对卫星这一物理实体本身进行的攻击与防护。

2.1.1 攻击技术

反卫星武器按照设置场所的不同，可分为地基、空基和天基三种，分别指部署在陆地与舰船、飞机和空间轨道或航天器上的武器系统。无论是地基、空基还是天基武器，按照其杀伤手段的不同，可以归纳为核导弹反卫星武器、动能反卫星武器、定向能反卫星武器和反卫星卫星等几种[1]。

核导弹反卫星武器，是利用核弹头在目标航天器附近爆炸产生的强热辐射、核辐射以及电磁脉冲等效应将其结构部件与电子设备毁坏，或致使其丧失工作能力。它的作用距离远，杀伤半径大，在武器本身的制导精度较差的情况下仍能达到破坏目标的效果。所以它被作为早期的主要反卫星手段。

动能武器，利用高速运动物体的动能来破坏目标，通常使用火箭推进或电磁力驱动的方式把弹头加速到很高的速度，并使它与目标航天器直接碰撞将其击毁，也可以通过弹头携带的高能炸药爆破装置在目标附近爆炸产生密集的金属碎片或霰弹击毁目标。采用这种杀伤手段需要高度精密的制导技术作为前提。

定向能武器，指的是通过发射高能激光束、粒子束、微波束等直接照射与破坏目标。利用定向能手段摧毁目标具有可重复使用、速度快、攻击空域广等优点，但技术难度大，易受天气影响，毁伤效果难以评估。

反卫星卫星（或称为攻击卫星）是一种带有爆破装置的卫星，它在与目标卫星相同的轨道上利用自身携带的雷达或红外探测器探测与跟踪目标，然后依靠星上小型火箭发动机进行变轨从而接近目标，在距目标卫星近处，利用系统自载的高能炸药对目标卫星实施有效攻击。

2.1.2 防护技术

针对卫星的攻击，通常采用的防护技术有：

(1)星体加固，对卫星中易受损的部件进行加固或升级。例如，卫星中的星载光电成像传感器容易受到激光的干扰产生饱和甚至损伤，因此，可以在传感器前增加滤光片，滤掉一种或多种波长的激光，或者增加涂层，使其在特定波长强激光照射涂层时能够作为一种光限制器来实现对光电传感器的防护；

(2)组建卫星网，发射多颗假卫星，而把真正的卫星隐藏起来，使敌方分不清真假，难以找到真正的攻击目标；或者将许多微型卫星组网，使得攻击少量的卫星难以对整个卫星系统造成重大影响；

(3)将卫星的表面涂上吸收电磁波的保护层，卫星本身不发射电磁波，以减少被敌方探测器发现的概率，从而达到隐身效果；

(4)主动防护，卫星上携带小型高能激光器，对攻击性武器进行拦截和摧毁。

2.2 针对卫星信道的攻防技术

2.2.1干扰技术

针对卫星信道的干扰技术主要分为两方面，即干扰卫星的上行链路和下行链路[2]。

干扰上行链路，是对卫星通信系统实施干扰的重点，它也是常用的和有效的电子对抗手段。在干扰上行链路时，首先要截获地面站发出的上行链路通信信号，而后对卫星接收端实施干扰，以破坏其整个通信过程。但地面站发射天线波束主瓣指向卫星，因而侦察站仅能截获到其副瓣信号，再加上传播损耗以及侦察接收机的灵敏度等因素影响，直接接收卫星的上行信号相当困难，所以通常采用的方式是通过截获下行信号来判断上行信号频率。对于透明转发器，干扰上行信号可以将转发器功放推至饱和，占用转发器功率而使有用信号无法转发；对处理转发器，干扰上行信号也可以破坏转发器的正常工作状态，恶化星上解调性能，甚至使其无法工作。

干扰下行链路，即对卫星地面站通信终端实施干扰，从而达到破坏其通信的目的。但是，如果使用地面干扰站，由于距离远、地物障碍、处于卫星发射和地面接受天线的副瓣等原因，即使功率再高，天线增益再大，一般情况下也无济于事。所以对卫星下行信号的干扰宜采用无人机等空基平台进入卫星发射天线主瓣覆盖地域，从而对下行信号进行有效干扰。

2.2.2 信道内容分析技术

卫星在太空中为了保证正确的位置和正常工作，要不时地从地面遥测指令系统和监控管理系统接收各种遥测遥控指令。当测控中心向卫星发送遥控信号或卫星反馈遥测信号时，卫星通信对抗侦察装备可进行搜索截获。从截获的信息中，通过分析，提取测控信号的各项参数，并选取最佳方式进行干扰，就有可能破坏卫星和地面遥测遥控系统的通信，使卫星处于失控状态，甚至可以通过一定手段对其进行欺骗式干扰，夺取卫星的控制权。

另外，还包括对业务信道的分析，攻击者通过对对方业务信道通信数据流的大小、变化规律等的分析，可以获得对方有无特殊作战任务，通信规律等信息。

2.2.3 防护技术

从上面的分析可以看出，现阶段针对卫星系统的“软”攻击方式主要就是干扰，因此，相应的防护技术也就集中为抗干扰技术。

目前，较为先进的抗干扰技术主要有以下几种：

星上干扰限幅与干扰对消技术，即将进来的强干扰信号和有用信号一起首先经过限幅处理，使干扰信号不能把转发器阻塞，然后再用干扰对消技术来进一步抑制干扰信号。

采用极高频（EHF）抗干扰技术，这也是军用卫星通信的一个发展方向。EHF频段有以下几个特点：一是具有很宽的可用频段，易于实现超宽频扩频；二是天线增益高，方向性很强，有利于降低敌人的截获率；三是由于可利用频带宽，使得易于设置多个应急备用频段。

星上采用点波束、自适应天线阵列和天线自适应干扰调零技术。卫星天线按其波束覆盖区的大小，可分为全球波束、区域波束和点波束。点波束覆盖面积小，波束半功率点宽度约为1~2度或者更小，这有利于防止敌人的截获和干扰。此外，点波束天线还有一种称为旁瓣对消技术，可以防止从天线旁瓣进入的干扰。

跳频是指收发双方传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式，也就是说，通信中使用的载波频率受伪随机码的控制而随机跳变。与定频通信相比，跳频通信比较隐蔽也难以截获。只要对方不清楚载频跳变的规律，就很难截获我方的通信内容。同时，跳频通信也具有良好的抗干扰能力，即使有部分频点扰，仍能在其他未扰的频点上进行正常的通信。

另外，还有星上处理以及星上编解码等技术等。这些技术的应用，大大地增强了卫星的防护能力。

2.3 传统攻击技术的缺点

随着卫星通信对抗技术的不断发展，传统的卫星通信对抗方式暴露出了很多固有的难点和弊端。

攻击方总是在通信对抗过程中处于最不利的地位。例如，干扰卫星链路的时候，干扰站往往处于卫星波束的副瓣范围内，而旁瓣增益比主瓣增益要小得多，相差会有一个数量级以上。由于地理位置的不利，有时候甚至完全不起作用。

太过于倚重能量的决定性作用。为了能对目标进行有效的干扰、压制，使得干扰功率不断增大。这不仅使装备成本不断提高，而且电磁兼容问题日益严重。更为可怕的是随着干扰功率的不断加大，就更容易暴露自己，一不小心就会成为敌方攻击目标，从而影响到电子战装备自身的生存。

依赖时域上的重合性。传统的以信号为核心的对抗方式特别强调干扰信号和扰信号时域上的重合性，没有时域上的重合就不能起到应有的干扰效果。这种时域上的重合性要求电子进攻装备应具有足够快的反应速度。同时就暴露了对抗时的被动性，只有在敌方辐射电磁信号时才能实施对抗，如果对方采用无线电静默或者采用突发通信等措施，对抗的效能就会大受影响。

另外，也出现了一些抗干扰的技术。例如，采用星上干扰限幅与干扰对消技术，将进来地强干扰信号和有用信号一起首先经过限幅器处理，使干扰信号不能把转发器阻塞从而推向饱和，然后再用干扰对消技术来进一步抑制干扰信号；采用点波束降低天线波束覆盖区域的大小，防止敌人截获和干扰；采用旁瓣对消技术有效地降低不从主瓣而从天线旁瓣进入地干扰；还有诸如星上再生处理技术、极高频技术、星上交换、猝发通信、通信中继等技术都能对干扰起到有效的防护作用。

因此，由于各种抗干扰技术的出现并发展，相较以前，干扰所能取得的效果大打折扣，甚至有些技术由于有了针对性的抗干扰技术的出现，变得几乎完全没有效果，在这种情况下，使得我们在改进干扰技术的同时，有必要改变思路，研究并发展一些比较独立于传统干扰意义上的攻击技术。

3 基于网管系统的软攻击技术

以上所述可以看出，以瘫痪敌方系统为目标的攻击方法主要有针对卫星的硬摧毁技术，以及针对卫星转发器的干扰技术。干扰时，往往采取宽频带强信号压制式干扰，这种攻击方式比较容易被侦测到。随着各国对卫星通信重要性认识的提高，新的防御技术的不断涌现，干扰方式的对抗变得越来越困难。人们开始寻找新的攻击点，基于地面系统的网络管理与控制系统的对抗就是其中的一个重要发展方向。

3.1 卫星通信系统的网管系统

在现有的卫星通信系统中，一般都有一个网络管理与控制系统（简称网管系统），配置在中央站内[3]。网管系统是一个由多计算机组成的分布式实时控制系统，其主要功能是对全网所有资源实施全面有效的监测、控制和管理，保证全网正常可靠地工作。由于网管系统是地面系统的控制中心，如果能攻击成功，则能使对方系统运行效率明显下降或者不能正常运行，甚至达到控制对方系统的目的。

3.2 基于网管系统的攻击

随着网络技术的不断发展，在公共网络中，攻击手段不断发展，而对比卫星通信系统和公共网络系统，不同点固然明显，相同点也是存在的，特别是卫星通信系统中的网控系统，与公共系统的某些C/S系统更是有着极大的相似，公共网络中所固有的通信过程、处理机以及操作系统所存在的漏洞在网管系统也同样存在。因此，可以将公共网络中的很多技术应用到卫星通信对抗中来，这些技术有别于基于信号的传统攻击方式，具有相对独立、不需多系统协同、静默攻击不易发现等优点。

攻击的切入点主要有两个：通过网络管理与控制系统与远端站间的管理控制信道以及通过网络管理与控制系统与地面网络的接口。前者主要采取的方式是伪装成系统中的合法用户向目标系统的网络管理与控制系统发送各种正常或异常的控制信令导致网管系统故障或用户状态混乱而无法工作。后者主要采取的方式与当前因特网中采取的各种攻击方法类似，如拒绝服务、缓冲区溢出、处理机或者操作系统漏洞攻击等。

不过，由于卫星通信网络的特殊性，要实现上述攻击，还需要对目标卫星通信系统的调制解调技术、信道分配体制、网管系统与远端站间的信令协议、网管系统处理机采用的硬件设备、远端站软、硬件等内容进行深入的研究分析，才有可能达到我们所设想的要求。

4 结束语

随着各国信息化作战技术的快速发展，空间信息的争夺必将成为未来信息战的主战场，而卫星通信的对抗将成为其中的核心。因此，各国对卫星通信的安全越来越加以重视，传统的以信号为中心的“软”对抗方式暴露出了许多固有的缺陷，基于地面应用系统的网络管理与控制系统的对抗具有很多传统方式所不具有的优点，是一个值得深入研究的领域。同时，针对这种新的对抗方式，深入研究我军卫星通信系统网管系统的防护技术具有重要的意义。

参考文献：

[1]林卫民.信息化战争与卫星通信[M].北京:出版社,2005年7月.

[2]《电子战技术与应用―通信对抗篇》.电子战技术与应用―通信对抗篇[M].北京:电子工业出版社,2006年8月.

[3]陈振国,杨鸿文,郭文彬.卫星通信系统与技术[M].北京:北京邮电大学出版社,2003年8月.

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