空間信息網(wǎng)絡的干擾問題研究.pdf

1、空間信息網(wǎng)絡（SIN）廣泛用于軍事攻防等領域。它能極大提升己方空間戰(zhàn)的能力。同時，通過干擾攻擊也能破壞對方網(wǎng)絡的通信，降低對方的空間攻擊力。本文研究以無人機網(wǎng)絡為主的空間信息網(wǎng)絡的干擾問題。使用己方的干擾器對對方的空間信息網(wǎng)絡進行干擾攻擊，達到對對方網(wǎng)絡的通信造成最大破壞的目的。論文的主要內容如下：
　　第一、對發(fā)起干擾攻擊的可能性、干擾攻擊的類型和分類、性能指標進行分析，歸納已有的干擾攻擊方法以及抗干擾攻擊的方法。通過分析已有研

2、究的不足，引出本文研究的問題。研究空間信息網(wǎng)絡的結構，建立空間信息網(wǎng)絡干擾問題的數(shù)學模型，并給出解決問題的思路：
　?、傺芯咳蓴_問題；
　　②根據(jù)全干擾研究結論，建立啟發(fā)式規(guī)則，以此提出啟發(fā)式干擾法；
　?、劾弥悄芩惴?，提出幾種貪心干擾法；
　?、茚槍討B(tài)拓撲提出拓撲預測方法；
　?、萁Y合啟發(fā)式干擾法、貪心干擾法和拓撲預測方法，提出基于拓撲預測的空間信息網(wǎng)絡干擾法。
　　第二、研究在靜態(tài)拓撲下的全

3、干擾的問題。全干擾以中斷對方網(wǎng)絡的所有通信鏈路為目標。分別研究JN(N,≥N)、JN(2,1)、JN(3,1)、JN(≥4,1)、JN(N,≥2)網(wǎng)絡的結構和特點，證明和推導了相關的全干擾定理和算法。研究成果可用于：
　?、倥袛嘁粋€網(wǎng)絡是否存在實施全干擾的條件；
　?、谀軌驅嵤┤蓴_時，給出如何實現(xiàn)的思路；
　?、蹖ふ夷軐崿F(xiàn)全干擾的參數(shù)下限值；
　　④作為啟發(fā)式規(guī)則，用于設計部分干擾的啟發(fā)式算法。
　　第三

4、、針對部分干擾問題，提出隨機干擾法、PSO干擾法、GA干擾法、三點干擾法。隨機干擾法隨機為各個干擾器分配位置。為了達到更好的效果，將分配的位置限定在任務區(qū)域之內；PSO干擾方法將粒子群算法用于設計SIN干擾法；GA干擾法使用遺傳算法來解決SIN干擾問題，定義了染色體的交叉操作和變異操作，并使用二元競標賽法對每一代個體進行選擇。之后結合全干擾的相關定理，采用啟發(fā)式的方法，提出兩點和三點干擾法。兩點干擾法用一個干擾器對兩個任務節(jié)點進行全干擾

5、；三點干擾法將任務節(jié)點分為不超過三個一組，使用一個干擾器對一組進行全干擾。通過仿真得出GA干擾法和三點干擾法性能最好，其中三點干擾法的復雜性更低，可優(yōu)先選用。
　　第四、使用貪心思想構建干擾方法。通過尋找當前具有最大接收鏈路干擾域數(shù)量的位置，將該位置保存下來，繼續(xù)尋找下一個位置，直到為所有的干擾器節(jié)點都找到位置。首先定義貪心衡量指標接收鏈路干擾域數(shù)量（NRJL）。每一個步驟均以獲得最大的NRJL為目標。根據(jù)這種思想，分別提出了AM

6、N_U2C、AMN_U2U和AMN_PSO三種貪心干擾方法。AMN_U2C以其中一個任務節(jié)點為出發(fā)點，沿該點到其余節(jié)點的中心方向，尋找最大NJRL的位置；AMN_U2U從一個任務節(jié)點出發(fā)，在剩余節(jié)點間尋找具有最大NJRL的位置；AMN_PSO方法引入粒子群算法結合禁忌搜索概念，在任務空間中尋找具有最大NJRL的位置。針對提出的干擾法，在多種條件下進行了仿真。通過仿真和分析得到了相關結論和在不同情況下的干擾方法選擇策略。AMN_PSO的性

7、能最好，AMN_U2U比三點干擾法性能更好。這三種方法復雜性從高到低為AMN_PSO、AMN_U2U、三點干擾法。在性能要求較高時優(yōu)先選用 AMN_PSO干擾法。在速度要求高或計算能力不足時，可優(yōu)先選用三點干擾法。
　　第五、在動態(tài)拓撲的條件下，研究任務節(jié)點、干擾器節(jié)點的運行速度、范圍、干擾模型等參數(shù)對干擾效果的影響。得到構造高效干擾方法的規(guī)則，并將這些規(guī)則用于干擾法的設計。針對無人機的運動模型，使用邏輯區(qū)域將狀態(tài)個數(shù)縮小為7個。

8、引入貝葉斯網(wǎng)絡、馬爾科夫鏈、曲線擬合、神經網(wǎng)絡、卡爾曼濾波等數(shù)學工具，分別提出了無人機位置預測的BNP、MCP、CFP、NNP和KFP方法。通過仿真得到KFP方法性能最好，其次是NNP。之后基于拓撲預測方法，結合貪心和啟發(fā)式干擾方法，提出CPT_P、TP_P、AMN_U2U_P、AMN_PSO_P等帶拓撲預測的干擾法。隨后進行了仿真并分析了在不同 JSR參數(shù)下的干擾效果、各種干擾法受 JSR參數(shù)的影響、拓撲預測對干擾效果的影響、平均的干