·340· 智能系统学报 第16卷 系统的目标而采取一系列的攻击行动；防御方针 扰。预警卫星在探测到导弹的相关参数后，通过 对网络系统的性能要求及所遭受的攻击而采取一 下行链路传送给地面控制站，同时卫星也需要通 系列的防御行动，整个对抗过程的实质就是博弈 过上行链路获取指挥信息。在卫星工作时，星上 的过程”。在这一过程中，攻击者的收益即为目 数据处理系统会接收到大量数据并进行预处理， 标网络的破坏程度，而防御者的收益为网络正常 为了确保预警信息的实时性，必须建立高效的通 运行满足需求。网络攻防博弈过程与传统博弈过 信链路。正常情况下，由于无线通信易受干扰， 程的对应关系如图2所示。 链路会采用编码、加密等技术来抵抗干扰与欺 骗。但是，攻击者利用与实际信号相同的频率但 网络攻防博弈模型 功率较大的干扰信号来扰乱卫星通信，或者加大 网络攻防博弈过程 功率并模仿真实信号的特征，使得地面无法接受 信息或接收到虚假信息，星间和星地间无法正常 攻击者 攻击策略 攻击者收益 通信，从而影响预警性能。 防御者 防御策略 攻防博弈信息 防御者收益 4)低轨卫星需要组网才能完成全球覆盖。 SBIRS-low轨道高度仅为1600km,运行周期短。 为了更好地全程持续跟踪导弹飞行，必须组网才 博弈 参与者 参与者策略 博弈信息 博弈收益 能实现对全球的覆盖监视。SBIRS-low协同工 作，才能进行对导弹的监视跟踪，若对其中某些 卫星实施攻击导致其失效，将会破坏整个系统的 博弈过程 预警能力。 传统博弈模型 3系统抗毁性 图2博弈要素对应关系 Fig.2 Correspondence between game elements 3.1影响抗毁性的因素 2.2预警卫星薄弱环节 系统的可靠性一般被认为是：在规定的条件 卫星本身的一些特性使卫星比地面系统更容 下，系统在给定时间段内执行所需功能的概率。 易遭受攻击，且难以修复。 因此，在条件相同时，两个系统如果各方面均相 )卫星轨道固定，易被探测。人造卫星是环 同，则其有着相同的可靠性，即可靠性是静态 绕地球在空间轨道上运行的无人航天器，一旦发 的。抗毁性与其看似十分相似但却大有不同，抗 射，只能沿着预定的轨道飞行，仅仅为躲避反卫 毁性关注的是系统在受攻击后继续正常运行的概 星武器攻击做微小变动都很困难，变轨更是需要 率，在攻击/防御框架下，这一概率会受到以下几 付出极大代价。同时，卫星最主要的特点就是覆 个因素的影响： 盖面广，但也使得地面上很容易观测到卫星，通 1)攻击者目标：干扰系统，完全禁用系统，对 过雷达等探测仪器可以很轻易地获得卫星的轨道 系统造成不可修复的最大损害等。 参数。尤其是低轨预警卫星，轨道高度仅为 2)攻击者资源：单次攻击或者可重复攻击， 1600km,一旦进入监视范围，会被立刻探测。因 攻击所采用的技术手段等。 此，会受到反卫星及动能反卫星武器的攻击，被 3)攻击策略：系统禁用则停止攻击，攻击所 直接摧毁。 有组件，攻击顺序等。 2)在激光武器攻击下卫星的组件性能下降乃 4)防御者资源：第一次攻击后是否及时做出 至失效。使用激光武器可以使得卫星的一些部件 反应，拦截攻击的能力，虚假目标误导攻击等。 性能受损，当能量密度达到一定阈值时，能对卫 5)防御策略：隐藏目标使攻击者无法接触， 星造成更迅速的破坏，导致卫星中高压容器破 改变传输方式等。 裂、摧毁太阳能电池板、破坏表面热控制材料、损 3.2抗毁性博弈模型 毁卫星天线等。对于光电探测器，当照射激光超 基于上述研究，在攻击防御框架下，建立预 过最大负载值时，将发生饱和现象，无法正常工 警卫星的抗毁性问题博弈模型如下： 作，尤其是预警卫星搭载的探测器，为了探测到 1)参与者：预警卫星系统攻击者与防御者。 导弹尾焰，灵敏度极高，使得饱和所需的功率更低。 ①攻击者：攻击预警卫星系统，干扰、破坏和摧毁 3)上下行及星间链路实时性要求高，易受干 卫星节点，降低系统性能。如果预警系统无法完系统的目标而采取一系列的攻击行动；防御方针 对网络系统的性能要求及所遭受的攻击而采取一 系列的防御行动，整个对抗过程的实质就是博弈 的过程[11]。在这一过程中，攻击者的收益即为目 标网络的破坏程度，而防御者的收益为网络正常 运行满足需求。网络攻防博弈过程与传统博弈过 程的对应关系如图 2 所示。 网络攻防博弈过程 攻击者 防御者 攻击策略 防御策略 攻防博弈信息 攻击者收益 防御者收益 博弈 参与者 参与者策略 博弈信息 博弈收益 博弈过程 网络攻防博弈模型 传统博弈模型 图 2 博弈要素对应关系 Fig. 2 Correspondence between game elements 2.2 预警卫星薄弱环节 卫星本身的一些特性使卫星比地面系统更容 易遭受攻击，且难以修复。 1) 卫星轨道固定，易被探测。人造卫星是环 绕地球在空间轨道上运行的无人航天器，一旦发 射，只能沿着预定的轨道飞行，仅仅为躲避反卫 星武器攻击做微小变动都很困难，变轨更是需要 付出极大代价。同时，卫星最主要的特点就是覆 盖面广，但也使得地面上很容易观测到卫星，通 过雷达等探测仪器可以很轻易地获得卫星的轨道 参数。尤其是低轨预警卫星，轨道高度仅为 1 600 km，一旦进入监视范围，会被立刻探测。因 此，会受到反卫星及动能反卫星武器的攻击，被 直接摧毁。 2) 在激光武器攻击下卫星的组件性能下降乃 至失效。使用激光武器可以使得卫星的一些部件 性能受损，当能量密度达到一定阈值时，能对卫 星造成更迅速的破坏，导致卫星中高压容器破 裂、摧毁太阳能电池板、破坏表面热控制材料、损 毁卫星天线等。对于光电探测器，当照射激光超 过最大负载值时，将发生饱和现象，无法正常工 作，尤其是预警卫星搭载的探测器，为了探测到 导弹尾焰，灵敏度极高，使得饱和所需的功率更低。 3) 上下行及星间链路实时性要求高，易受干 扰。预警卫星在探测到导弹的相关参数后，通过 下行链路传送给地面控制站，同时卫星也需要通 过上行链路获取指挥信息。在卫星工作时，星上 数据处理系统会接收到大量数据并进行预处理， 为了确保预警信息的实时性，必须建立高效的通 信链路。正常情况下，由于无线通信易受干扰， 链路会采用编码、加密等技术来抵抗干扰与欺 骗。但是，攻击者利用与实际信号相同的频率但 功率较大的干扰信号来扰乱卫星通信，或者加大 功率并模仿真实信号的特征，使得地面无法接受 信息或接收到虚假信息，星间和星地间无法正常 通信，从而影响预警性能。 4) 低轨卫星需要组网才能完成全球覆盖。 SBIRS-low 轨道高度仅为 1 600 km，运行周期短。 为了更好地全程持续跟踪导弹飞行，必须组网才 能实现对全球的覆盖监视。SBIRS-low 协同工 作，才能进行对导弹的监视跟踪，若对其中某些 卫星实施攻击导致其失效，将会破坏整个系统的 预警能力。 3 系统抗毁性 3.1 影响抗毁性的因素 系统的可靠性一般被认为是：在规定的条件 下，系统在给定时间段内执行所需功能的概率。 因此，在条件相同时，两个系统如果各方面均相 同，则其有着相同的可靠性，即可靠性是静态 的。抗毁性与其看似十分相似但却大有不同，抗 毁性关注的是系统在受攻击后继续正常运行的概 率，在攻击/防御框架下，这一概率会受到以下几 个因素的影响： 1) 攻击者目标：干扰系统，完全禁用系统，对 系统造成不可修复的最大损害等。 2) 攻击者资源：单次攻击或者可重复攻击， 攻击所采用的技术手段等。 3) 攻击策略：系统禁用则停止攻击，攻击所 有组件，攻击顺序等。 4) 防御者资源：第一次攻击后是否及时做出 反应，拦截攻击的能力，虚假目标误导攻击等。 5) 防御策略：隐藏目标使攻击者无法接触， 改变传输方式等。 3.2 抗毁性博弈模型 基于上述研究，在攻击/防御框架下，建立预 警卫星的抗毁性问题博弈模型如下： 1) 参与者：预警卫星系统攻击者与防御者。 ①攻击者：攻击预警卫星系统，干扰、破坏和摧毁 卫星节点，降低系统性能。如果预警系统无法完 ·340· 智 能 系 统 学 报 第 16 卷