戰(zhàn)爭潛力目標應對電磁威脅的防護分級分析*

宋 偉，沈 楠，于小芳

（國防科技大學電子對抗學院，合肥 230037）

0 引言

戰(zhàn)爭潛力目標是指能夠直接或間接為作戰(zhàn)提供潛在力量的各類民用設施與目標，如電力系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)、廣播電視系統(tǒng)、交通運輸系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，戰(zhàn)爭潛力目標對各類電子信息設備和系統(tǒng)的依賴性越來越高，這在提高其運行自動化、智能化的同時，也增加了其面臨電磁脈沖、高功率微波等電磁威脅的風險。而在應對各類可能的電磁威脅時，進行分級分類防護是一種充分利用有限防護資源的重要措施。

1 對戰(zhàn)爭潛力目標進行防護分級的必要性

對戰(zhàn)爭潛力目標進行防護分級，就是根據(jù)戰(zhàn)爭潛力目標中各系統(tǒng)及其所屬子系統(tǒng)、電子設備和元器件的功能、作用，以及面對電磁威脅時的相關(guān)特性，按照一定的原則，確定各子系統(tǒng)、電子設備和元器件的防護重點和防護優(yōu)先級，以充分發(fā)揮防護資源的最大防護效益。

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，重要性等級差異大

戰(zhàn)爭潛力目標數(shù)量種類多、分布廣泛，涉及到生產(chǎn)生活的各個方面，無論平時還是戰(zhàn)時，都將發(fā)揮至關(guān)重要的作用。但是，就單個系統(tǒng)而言，其在平時以及戰(zhàn)時不同階段所扮演的角色和重要性是不同的；組成該系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)甚至單個電子設備和元器件，其在系統(tǒng)中的作用和重要性也是不同的。當防護資源有限而無法做到全面防護時，我們就要依據(jù)有關(guān)原則，對關(guān)鍵系統(tǒng)、重要電子設備和元器件進行優(yōu)先防護。

1.2 構(gòu)造種類繁多，防護性效益差異大

構(gòu)成戰(zhàn)爭潛力目標各系統(tǒng)的子系統(tǒng)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，種類繁多，且各子系統(tǒng)內(nèi)部的各類電子設備和元器件，功能特性差異大；面對電磁脈沖、高功率微波等電磁威脅時的應急反應也不一，有的易損傷，工作效能易受影響，有的損傷后可自行恢復功能，而有的卻不易損傷或不易恢復，有的系統(tǒng)分布范圍廣，且分散性高，雖然理論上可以進行防護，但實際操作起來耗時耗力，防護效益不明顯。因此，為使有限的防護資源發(fā)揮最大防護效能，應對戰(zhàn)爭潛力目標的各系統(tǒng)，包括子系統(tǒng)甚至電子設備和元器件進行防護分級，以確定防護的優(yōu)先級。

1.3 防護資源有限，全面性防護難度大

隨著信息技術(shù)的發(fā)展和社會生產(chǎn)力的提高，電子設備和元器件本身的電磁加固能力不斷提高，生產(chǎn)管理部門和科研單位在防護資源和手段措施的研發(fā)方面的投入也越來越大。然而，面對種類眾多、系統(tǒng)復雜的各類戰(zhàn)爭潛力目標，防護資源（人力、物力、財力和科研力量）還是顯得非常緊張，難以實施全面性防護。因此，必須對戰(zhàn)爭潛力目標各系統(tǒng)及其子系統(tǒng)甚至單個電子設備和元器件進行區(qū)分，按照一定原則，確定需要重點防護或優(yōu)先防護的對象，以提高防護效益。

2 對戰(zhàn)爭潛力目標進行防護分級分析的指標

為更好地分析戰(zhàn)爭潛力目標的防護分級問題，對不同系統(tǒng)、子系統(tǒng)或電子設備和元器件之間給出一個防護分級分析的定量描述，選取“重要性”、“易損性”、“可恢復性”和“可防護性”4 個指標進行分析。

2.1 重要性

重要性是指各子系統(tǒng)或電子設備和元器件在整個戰(zhàn)爭潛力目標系統(tǒng)中所承擔作用的價值或意義。重要性是投入資源進行防護的前提，戰(zhàn)爭潛力目標某部分（系統(tǒng)、電子設備和元器件等）的作用越大，遭受攻擊被毀傷后對整個系統(tǒng)的影響程度越深，說明其重要性程度越高，越不可替代。

重要性等級區(qū)分為4 級。每個等級表征的含義如下：4 級，非常重要，功能不可替代；3 級，比較重要，功能可暫時性缺失或少量替代；2 級，一般重要，功能可長時間缺失或大量替代；1 級，不重要，功能可有可無。

2.2 易損性

易損性是指戰(zhàn)爭潛力目標某部分（系統(tǒng)、電子設備和元器件等）受到電磁脈沖、高功率微波等電磁攻擊時，受到干擾、損傷，并造成故障或癱瘓狀態(tài)的難易程度。易損性指標暗含了戰(zhàn)爭潛力目標應對電磁威脅的能力。針對某一特定戰(zhàn)爭潛力目標，其設施體系構(gòu)建越完備，固件抗電磁毀傷能力越強，系統(tǒng)所含敏感電子設備和元器件數(shù)量越少，則易損性越弱，易損性等級越低。

易損性等級區(qū)分為4 級。每個等級表征的含義如下：4 級，極易受到干擾損傷并失去其功能；3 級，比較容易受到干擾損傷并失去其功能；2 級，不易受到干擾或損傷；1 級，不受干擾或損傷。

2.3 可恢復性

可恢復性是指當戰(zhàn)爭潛力目標受到電磁攻擊后，受損部分（系統(tǒng)、電子設備和元器件等）從故障或癱瘓狀態(tài)恢復到可正常運行狀態(tài)，并將其支持的業(yè)務功能，從異常狀態(tài)恢復到可接受狀態(tài)的難易程度。包括系統(tǒng)自愈能力、恢復速度、恢復耗時、可恢復程度等。自愈能力越強恢復速度越快，恢復耗時越短可恢復程度越高，可恢復性就越強。

可恢復性等級區(qū)分為4 級。每個等級表征的含義如下：4 級，容易恢復，恢復功能所用時間較短；3級，較易恢復，恢復功能所用時間較長；2 級，不易恢復，恢復功能所用時間過長；1 級，不可恢復。

2.4 可防護性

可防護性是指戰(zhàn)爭潛力目標某部分（系統(tǒng)、電子設備和元器件等）在受到電磁攻擊威脅前或威脅發(fā)生時，在綜合考慮防護方法可行性、運行環(huán)境便易性、防護成本、經(jīng)濟效益等因素基礎上，實施有效電磁防護，應對電磁威脅的難易程度。一般來說，防護方法可行、環(huán)境便利、防護性價比高，則可防護性越高。

可防護性等級區(qū)分為4 級。每個等級表征的含義如下：4 級，可防護性高，方法可行、環(huán)境便利、防護性價比高；3 級，可防護性較高，方法可行、環(huán)境比較便利，但防護成本較高；2 級，可防護性一般，方法具有一定的可行性，環(huán)境便利性一般，防護成本很高；1 級，可防護性差，方法可行性有待商榷，環(huán)境不夠便利，防護成本非常高。

3 基于層次分析法的防護分級分析

對戰(zhàn)爭潛力目標進行防護分級分析，就是依據(jù)選取的“重要性”、“易損性”、“可恢復性”和“可防護性”4 個指標，對每個系統(tǒng)的子系統(tǒng)（電子設備和元器件）進行定量分析，以確定各子系統(tǒng)的防護等級或防護優(yōu)先級。

3.1 建立層次分析模型

層次分析模型分3 個層次，目標層為子系統(tǒng)的防護需求度；準則層為防護需求程度的影響因素，即選取的4 個防護分析的指標；方案層為各類子系統(tǒng)。

圖1 層次分析模型圖

則當戰(zhàn)爭潛力目標受到電磁威脅或攻擊時，第k 個子系統(tǒng)的防護需求度fk的計算模型為：

3.2 指標取值及歸一化

確定指標值的取值，就是依據(jù)“重要性”、“易損性”、“可恢復性”和“可防護性”4 個指標的含義，根據(jù)子系統(tǒng)在目標系統(tǒng)中的地位作用以及相關(guān)特性，確定某一指標的等級級別。比如，對于鐵路運輸系統(tǒng)的列車運行控制系統(tǒng)（CTCS），由于其是用于控制列車運行速度，保證行車安全和提高運輸能力的控制系統(tǒng)，對列車安全運行至關(guān)重要，因此，重要性等級可認定為4 級，相應的重要性指標X1取值即為4，即X1=4。

為減少主觀因素的影響，指標值的確定可采取專家打分法來確定，由業(yè)務領域內(nèi)的多名專業(yè)人士根據(jù)實際情況給出某子系統(tǒng)的各指標值，再按照最大可能性準則確定指標值。

為便于計算，各指標值確定后，需進行歸一化處理，計算模型為：

式中，Xi為第i 個指標歸一化前的取值，i=1，2，3，4分別對應“重要性”、“易損性”、“可恢復性”和“可防護性”4 個指標；Ximin為第i 個指標可取數(shù)值的最小值，且對應4 個指標，都有Ximin=1；Ximax為第i 個指標可取數(shù)值的最大值，且對應4 個指標，都有Ximax=4；xi為第i 個指標歸一化后的取值。

3.3 指標權(quán)重的計算

計算指標權(quán)重，主要是分析“重要性”、“易損性”、“可恢復性”和“可防護性”4 個指標的相對重要程度。為此，首先要構(gòu)造判斷矩陣A。

式中，αij表示準則層中指標i 和指標j 相對于目標層的重要關(guān)系，且有αij=1/αji，i=1，2，3，4，j=1，2，3，4。

αij的取值及表征含義如表1 所示。

表1 αij 的取值及表征含義

αij的取值也可取2、4、6、8，分別表示取表1 中相鄰判斷的中間值。

判斷矩陣A 構(gòu)造完成后，須計算其最大特征根和特征向量，并進行一致性檢驗，當判定矩陣A 滿足一致性時，可用A 的歸一化特征向量作為權(quán)向量，即各個指標的權(quán)重系數(shù)。

3.4 防護等級的計算

防護等級的計算，就是根據(jù)3.2 節(jié)和3.3 節(jié)計算得到的歸一化指標值xki（k 表示第k 個子系統(tǒng)）和指標權(quán)重ωi，先利用式（1）計算得到該子系統(tǒng)的防護需求度fk，再根據(jù)評定標準判定該子系統(tǒng)的防護等級。

第k 個子系統(tǒng)的防護等級值Fk與防護需求度fk的關(guān)系為：

防護等級值Fk的取值含義如表2 所示。

表2 防護等級值Fk 的表征含義

3.5 算例分析

下面以鐵路運輸系統(tǒng)中的列車運行控制系統(tǒng)和售票系統(tǒng)為例來進行分析。列車運行控制系統(tǒng)是由列車控制中心、閉塞設備、地面信號設備、地車信息傳輸設備、車載速度控制設備等構(gòu)成，用于控制列車運行速度，保證行車安全和提高運輸能力的控制系統(tǒng)。通過分析其各指標值的取值如下：重要性指標取值為4（說明重要性等級4 級，下同）、易損性指標取值為4、可恢復性指標取值為3、可防護性指標取值為3。按照式（2）進行歸一化后，有x11=1，x12=1，x13=2/3，x14=2/3。

售票系統(tǒng)主要由互聯(lián)網(wǎng)計算機系統(tǒng)和相關(guān)的軟件構(gòu)成，主要提供票務信息查詢、咨詢、購買、退訂、改簽等基本服務，其各指標值的取值如下：重要性指標取值為2、易損性指標取值為3、可恢復性指標取值為3、可防護性指標取值為4。按照式（2）進行歸一化后，有x21=1/3，x22=2/3，x23=1/3，x24=1。

利用層次分析法計算權(quán)重時，根據(jù)4 個指標相對于目標層防護需求度的相對重要性，構(gòu)造判斷矩陣A。

所以，根據(jù)防護等級與防護需求度的對應關(guān)系（表2）可知，列車運行控制系統(tǒng)的防護等級應屬于4 級，售票系統(tǒng)的防護等級屬于3 級，列車運行控制系統(tǒng)的防護優(yōu)先級最高，在分配防護資源和防護力量配備上，應優(yōu)先滿足列車運行控制系統(tǒng)的防護需求。

4 結(jié)論

分析研究戰(zhàn)爭潛力目標應對電磁威脅的防護分級問題，指標和方法很多，比如可選取不同層級的指標建立指標體系，再通過不同的計算方法和分級分類標準進行計算分析。但基于分級分類思想實施電磁防護的根本目的，是充分發(fā)揮有限防護資源的防護效益，以保障戰(zhàn)爭潛力目標在受到電磁威脅的情況下，能正常運行或在功能受損后能及時有效恢復運行。