海洋空間信息安全技術研究

黃漢文

（上海衛(wèi)星工程研究所，上海200240）

0 引言

海洋空間是指海水占據(jù)的自然空間，以及與海水相連的環(huán)境空間，主要由海洋、海岸、海底、島礁和海空（海域上空）等組成。海洋空間的首要特點是范圍大，因此，海洋空間的劃界很復雜，既有屬國家主權的大陸架、領海、專屬經濟區(qū)，又有屬人類共有的公海；雖然對于海洋空間的管理和控制有很多國際法規(guī)，但是有關海洋空間的國際爭端層出不窮。另一方面，海洋空間以海水為主體，背景單一，形成獨特的海洋氣象和海況環(huán)境，海上風暴頻繁，變化莫測，而且直接影響陸地空間的氣候；在海水背景下對海洋目標被動探測時，單一背景對目標的提取具有優(yōu)勢。

上世紀電子技術、信息技術的發(fā)展，開創(chuàng)了一個全新的信息化時代，由相互依賴的信息技術基礎設施已經組成全球網(wǎng)絡，包括互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、計算機系統(tǒng)以及嵌入式處理器和控制器等；信息環(huán)境已經實現(xiàn)全球領域的互聯(lián)互通，信息化正在前所未有地影響著政治、軍事、經濟和文化的各個領域，信息安全已經成為國家安全、社會穩(wěn)定的重要組成部分，而且正面臨著嚴峻挑戰(zhàn)。海洋空間信息安全是指發(fā)生在海洋空間，以海洋技術與信息安全技術結合為手段，以維護海洋信息安全為目的的信息防御技術。由于海洋空間獨特的地理條件，全球化蘊含著對海洋的巨大依賴，海權已經是國家總體戰(zhàn)略能力重要組成部分，研究海洋空間信息安全特點、發(fā)展海洋空間信息安全技術不僅具有緊迫性，而且具有深遠的戰(zhàn)略意義。

1 國外海洋空間信息安全威脅研發(fā)概況

1.1 概述

可以說，自從人類走向海洋以來，海洋空間信息安全威脅也就誕生了。最早是從海上電子偵察艦船開始，通常在艦船上裝載大量不同形狀的天線，并配有各種接收機、干擾設備、終端顯示和處理設備等，利用海洋范圍大、可以“航行自由”合法地深入遠洋、接近目標、進行長時間跟蹤探測的特點，對目標實施無線電信號截獲、測量和監(jiān)聽等電子偵察技術手段，獲取各種軍事技術情報，研究敵方軍事斗爭動向，發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)爭征候。電子偵察艦船無論是在平時、戰(zhàn)時及冷戰(zhàn)時期，都立下了赫赫戰(zhàn)功，因此，在美、蘇／俄海軍中都得到了迅速發(fā)展，從民用船改裝偵察船，到種類繁多的各種專用偵察艦船，包括海洋測量船、海洋監(jiān)視船、緝毒情報船、潛艇支援船、聲納研究船、海底電纜修復船、潛艇導航試驗船和洲際導彈試驗船等等，有時表面打著民用旗號，掩飾真實軍事身份；從排水量不足500t的偵察艇，發(fā)展到排水量超過1萬噸的巨型核動力偵察船；偵察頻段已經覆蓋30kHz～100GHz，對各種雷達信號和通信信號進行偵收、測量，完成測向和竊聽；美、蘇／俄都走過了三代電子偵察艦船的發(fā)展之路。

隨著空間技術的應用，20世紀60年代起天基海洋空間信息收集系統(tǒng)開始研發(fā)，它利用衛(wèi)星平臺對海洋的各類艦船活動態(tài)勢實施動態(tài)監(jiān)視和竊聽，即應用衛(wèi)星運行進行掃描探測，完成對海面目標和水下潛艇目標等的發(fā)現(xiàn)、定位、識別和跟蹤；有效識別目標特性，以及監(jiān)視艦船編隊隊形、航向和航速等運動狀態(tài)，為軍事斗爭提供關注海域或全球海域的海洋目標活動態(tài)勢，從而及時發(fā)現(xiàn)軍事危機和戰(zhàn)爭的征候。美國海軍從1968年開始研究衛(wèi)星海洋監(jiān)視系統(tǒng)的可行性，發(fā)展“白云”系列衛(wèi)星，采用大視場的電子偵察技術和多星時差定位體制，實現(xiàn)對海洋目標的發(fā)現(xiàn)、跟蹤、定位和識別；1976年開始發(fā)射并取得成功，已經經歷第一代“白云”海洋監(jiān)視系統(tǒng)（1976～1991）、第二代“天基廣域監(jiān)視系統(tǒng)”（1990～2000年）和第三代“聯(lián)合天基廣域監(jiān)視系統(tǒng)”的發(fā)展過程。

前蘇聯(lián)的海洋監(jiān)視衛(wèi)星計劃始于20世紀60年代，可分為2個階段，1965～1973年為試驗階段，1974年5月開始進入實用階段。其海洋監(jiān)視衛(wèi)星分為核動力雷達型海洋監(jiān)視衛(wèi)星系列（US－A）和電子型海洋監(jiān)視衛(wèi)星系列（US－P）。前者使用功率為幾千瓦的雷達探測海面艦艇，后者是通過接收艦載無線電設備和雷達發(fā)射的信號對海洋目標探測；電子型海洋監(jiān)視衛(wèi)星不帶核燃料。這兩類衛(wèi)星均混編在“宇宙”號（COSMOS）衛(wèi)星系列中，兩類衛(wèi)星可以單獨工作，也可以協(xié)同工作，1978年整個系統(tǒng)投入使用。1981年以后，US－A和US－P與天基導航通信系統(tǒng)、艦（包括潛艇）載反艦武器開始聯(lián)通運行；US－P也經歷了US－PM（第二代）和US－PU（第三代）的發(fā)展過程。20世紀90年代俄羅斯又構想發(fā)展新型電子偵察通用衛(wèi)星系統(tǒng)，替代海洋監(jiān)視和陸地監(jiān)視。

1.2 發(fā)展趨勢

1）海洋空間信息安全威脅向立體化發(fā)展

海洋空間是以海洋為核心的立體空間，包含海底、深海、淺海、海面、?？盏炔煌匦缘目臻g。隨著技術的發(fā)展，海洋空間信息安全威脅從海洋空間向臨近空間、外層空間拓展，針對不同的層次空間特征，包括不同的信息環(huán)境和自然條件，采用不同的方案，形成多層次、立體化體系，實現(xiàn)多源信息融合、多功能冗余互補，海洋空間信息安全令人擔憂。

2）海洋空間信息安全威脅向一體化發(fā)展

隨著高科技的發(fā)展，未來戰(zhàn)爭對空間的依賴越來越強，海戰(zhàn)將從?？找惑w戰(zhàn)拓展到深海、太空及網(wǎng)絡，信息安全威脅將以體系形式出現(xiàn)，因此，海洋空間信息安全威脅正在向一體化發(fā)展，跨越陸、海、空、天、賽博五維空間，適應聯(lián)合作戰(zhàn)的需求。另一方面，信息安全威脅手段也從單種方式（如電子或網(wǎng)絡等）向網(wǎng)電一體化綜合威脅（即網(wǎng)電一體）發(fā)展。

3）海洋空間信息安全威脅向無人化發(fā)展

隨著微電子、計算機、人工智能、小型導航設備、指揮控制硬件和軟件的發(fā)展，在海洋空間信息安全威脅中，無人化技術發(fā)展很快，海上無人機已經用于海洋信息偵察；水下無人航行器正在迅速發(fā)展，也應用于水下的信息獲取，包括海洋戰(zhàn)術數(shù)據(jù)收集、水下目標搜索和偵察等。無人化海洋信息獲取手段使用靈活，功能多，環(huán)境適應性強，風險低，大大提升了海洋空間信息安全威脅效能。

2 海洋空間信息安全軍事需求

1）海洋空間信息安全是維護海權和國家安全的必需手段

當今世界最引人矚目的特征是全球化，表現(xiàn)為商品、資本、技術、人員、信息、觀念文化等社會要素全球流動，以及各種事物相互影響的全球關聯(lián)性。全球化顯著改變著人類社會的總體面貌，孕育著對海洋的巨大依賴。海洋作為天然通道不僅是經濟大動脈，也是方便快捷的軍事交通線和廣闊的戰(zhàn)略機動空間，軍事大國利用海洋對別國安全構成威脅。國家生存安全和發(fā)展安全都與海洋密切相關，維護海洋安全、掌控國家海權是一種舉足輕重的國家戰(zhàn)略手段；隨著信息化戰(zhàn)爭轉型，海洋空間信息安全是維護海權和國家安全的必需手段。

2）海洋空間信息安全是全軍信息安全的重要組成部分

海洋空間占據(jù)地球空間的絕大部分，軍事大國借助海洋公共通道和戰(zhàn)略空間部署投放軍事力量，對世界局勢造成嚴重影響。海洋空間往往是覺察軍事行動和戰(zhàn)爭征候最有效的空間之一，然而海洋空間人煙稀少，海洋信息系統(tǒng)復雜，海洋空間信息安全既具有獨特性，又是全軍信息安全的重要組成部分。

3 海洋空間信息系統(tǒng)特點

由于海洋空間浩瀚無際，人煙稀少，海洋信息來源比較少，隨著人們海洋活動日益頻繁，對海洋空間信息的需求與日俱增，因此海洋空間信息系統(tǒng)也越來越復雜，通常包括海洋氣象環(huán)境和海況信息系統(tǒng)，海洋通信系統(tǒng)，海洋導航系統(tǒng)，海洋警戒、預警系統(tǒng)，敵我識別系統(tǒng)，指揮控制系統(tǒng)等。

海洋空間信息系統(tǒng)具有如下特點：

1）海洋空間信息系統(tǒng)對外層空間的依賴密切

海洋空間信息系統(tǒng)通常離不開天基的支持，海洋空間信息系統(tǒng)是空間信息系統(tǒng)的組成部分之一，因此海洋空間信息系統(tǒng)也具有空間通信的暴露性、脆弱性、鏈路距離長、誤碼率高等特點，海洋空間信息安全可借鑒空間信息安全技術。

2）海洋空間信息系統(tǒng)移動性大

由于海洋目標處于運動狀態(tài)，因此海洋信息鏈路的建立和保持通常是動態(tài)的，具有移動通信的特點，即海洋空間信息系統(tǒng)處于動態(tài)變化中，從而使得海洋空間信息安全技術復雜多變，難度大。

3）海洋鏈路通信方式多

海洋鏈路既有無線傳輸，又有電纜和光纜傳輸，無線傳輸使用的頻譜寬，從聲波到光波，傳輸介質從海水到外層空間，都有涵蓋，傳輸特性千變萬化。由于海洋目標姿態(tài)變化大，一般天線波束較寬，鏈路暴露性、開放性突出，海洋空間信息安全途徑擬采用聲納安全、電子安全、光電安全等手段。

4）海洋空間信息網(wǎng)絡節(jié)點分散、規(guī)模小

由于海洋范圍大，數(shù)據(jù)采集通常采用分散的數(shù)據(jù)收集平臺（含浮標等），數(shù)據(jù)率不高，而海洋艦船編隊相對規(guī)模也不大，網(wǎng)絡鏈路層比較脆弱，海洋空間通信網(wǎng)絡協(xié)議有一定特殊性，因此海洋空間網(wǎng)絡安全需要專門研究。

5）海洋空間信號環(huán)境密度較低

由于海洋范圍廣闊，海洋目標密度相對稀少，電磁信號的背景環(huán)境不像陸地那樣復雜，海洋上無線電干擾源很少，幾乎不存在工業(yè)干擾、無意干擾。無線電信號密度較低，電磁信號環(huán)境比較“凈”，信號安全相對容易實現(xiàn)。

6）海洋空間信息系統(tǒng)開放性大

海洋空間信息系統(tǒng)民用比例較大，有時軍、民交織，開放性較大，同時海洋的國際法規(guī)多，因此，海洋空間信息安全擬采用軍民結合、平戰(zhàn)結合、寓軍于民的策略。

4 海洋空間信息安全技術途徑

海洋空間信息安全的任務可分為海洋空間的信息防御和信息支援。信息防御是指海洋空間信息系統(tǒng)所采用的旨在保持、保護、恢復和重構己方（含友方）信息系統(tǒng)的措施，可分為主動防御和被動防御。信息支援是為信息防御提供技術支持，也包括為軍事行動快速決策、提供近實時威脅識別而采取的行動。

海洋空間信息安全技術途徑可分為陸基、?；?、空基、臨近空間和天基海洋安全系統(tǒng)。

陸基海洋空間信息安全系統(tǒng)是利用海岸、島礁構建的海洋空間信息安全系統(tǒng)。陸基海洋空間信息安全的繼承性和技術可行性較好，因為陸基設備的體積、質量和功耗可以不受限制，天線可以做大，所以既能接收微弱信號，也能發(fā)射大功率信號，但是由于受地球曲率和海況影響，其作用距離有限。

?；Ｑ罂臻g信息安全系統(tǒng)是利用艦船和水下航行器等構建的海洋空間信息安全系統(tǒng)。通常繼承性和技術可行性也較好，但是技術條件還要受到平臺一定的制約；?；畔踩到y(tǒng)活動范圍大，可利用公海海域、水上、水下完成海洋空間信息安全任務，可以擴大海洋空間信息安全的覆蓋范圍。

空基海洋空間信息安全系統(tǒng)是以飛機或氣球為平臺構建的海洋空間信息安全系統(tǒng)。由于設備受到平臺技術條件限制，技術難度較大；而且飛機的活動范圍往往受到領空限制；另一方面，飛機的飛行速度快，駐留時間短，效能較低。

臨近空間海洋信息安全系統(tǒng)是利用臨近空間飛艇構建的海洋空間信息安全系統(tǒng)，由于臨近空間處于空天過渡區(qū)，在覆蓋、靈敏度和精度等多種性能上常常有恰到好處的特點，并且能在給定海域上空長期駐留，但飛艇的技術難度大，當前還處于預先研究階段。

天基海洋空間信息安全系統(tǒng)是利用空間飛行器構建的海洋空間信息安全系統(tǒng)，天基海洋空間信息安全系統(tǒng)瞬時覆蓋范圍大，效能高，不受地域、時域限制，與其它技術途徑相比，具有較大優(yōu)勢和發(fā)展前景；但天基系統(tǒng)載荷設備受到體積、質量和功耗的嚴格限制，而且空間環(huán)境惡劣。

5 關鍵技術

1）海洋空間信息安全總體技術

分析研究海洋空間軍事信息威脅和信息環(huán)境背景，研究海洋空間信息安全系統(tǒng)任務功能、使命，研究海洋空間信息安全技術途徑，分析論證海洋空間信息安全體系構架和發(fā)展戰(zhàn)略，研究海洋空間信息安全系統(tǒng)總體方案，并進行可行性分析論證，分解關鍵技術。

2）海洋空間電子系統(tǒng)安全技術

研究海洋空間電子系統(tǒng)安全任務功能、總體方案、技術指標，進行可行性分析論證，研究關鍵技術，包括海洋目標高精度定位技術、海洋空間盲偵察技術、海洋空間電子防御技術、海洋空間電子干擾和抗干擾技術等。

3）海洋空間聲納安全技術

研究海洋空間聲納安全任務功能、總體方案、技術指標，進行可行性分析論證，研究關鍵技術：海洋目標高精度聲納定位技術，海洋空間聲納探測、識別和防御技術，海洋空間聲納干擾和抗干擾技術等。

4）海洋空間光電安全技術

研究海洋空間光電安全任務功能、總體方案、技術指標，進行可行性分析論證，研究關鍵技術等。

5）海洋空間網(wǎng)絡安全技術

研究海洋空間網(wǎng)絡特性，研究海洋空間網(wǎng)絡安全任務功能、技術途徑、總體方案、技術指標，進行可行性分析論證，研究關鍵技術等。

6）海洋空間一體化信息安全技術

研究信息化轉型，研究一體化聯(lián)合信息安全，研究信息安全指揮控制方案，研究信息安全數(shù)據(jù)融合和共享，研究信息安全一體化方案等。

7）海洋空間氣象海況信息安全技術

研究海洋空間氣象海況信息系統(tǒng)，研究海洋空間氣象、海況信息等關鍵技術。

8）海洋空間信息安全仿真、評估技術

研究海洋空間信息環(huán)境背景和模型，研究海洋空間信息安全模型，研究海洋空間信息安全指揮控制模型，研究海洋空間信息安全效果評估方法，構建系統(tǒng)仿真、演示研究平臺。

9）新概念海洋空間信息安全技術

跟蹤研究信息安全技術發(fā)展，研究海洋空間信息安全新概念、新技術。

6 結束語

綜上所述，與外層空間相比，海洋空間是人類資源的第二大空間，且包含人類共享而又更易到達的公?？臻g。隨著經濟全球化的加速發(fā)展，以及國際軍事格局的變遷和信息化的轉型，海洋空間信息安全必將是信息化時代的戰(zhàn)略高地，開展海洋空間信息安全頂層設計研究、加速發(fā)展海洋空間信息安全系統(tǒng)具有深遠的戰(zhàn)略意義?！?/p>

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