空間信息網(wǎng)絡(luò)的干擾問題研究.pdf

1、空間信息網(wǎng)絡(luò)（SIN）廣泛用于軍事攻防等領(lǐng)域。它能極大提升己方空間戰(zhàn)的能力。同時(shí)，通過干擾攻擊也能破壞對(duì)方網(wǎng)絡(luò)的通信，降低對(duì)方的空間攻擊力。本文研究以無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)為主的空間信息網(wǎng)絡(luò)的干擾問題。使用己方的干擾器對(duì)對(duì)方的空間信息網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行干擾攻擊，達(dá)到對(duì)對(duì)方網(wǎng)絡(luò)的通信造成最大破壞的目的。論文的主要內(nèi)容如下：
　　第一、對(duì)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(biāo)進(jìn)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(luò)的結(jié)構(gòu)，建立空間信息網(wǎng)絡(luò)干擾問題的數(shù)學(xué)模型，并給出解決問題的思路：
　?、傺芯咳蓴_問題；
　?、诟鶕?jù)全干擾研究結(jié)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ǎ岢鰩追N貪心干擾法；
　?、茚槍?duì)動(dòng)態(tài)拓?fù)涮岢鐾負(fù)漕A(yù)測(cè)方法；
　?、萁Y(jié)合啟發(fā)式干擾法、貪心干擾法和拓?fù)漕A(yù)測(cè)方法，提出基于拓?fù)漕A(yù)測(cè)的空間信息網(wǎng)絡(luò)干擾法。
　　第二、研究在靜態(tài)拓?fù)湎碌娜?/p>

3、干擾的問題。全干擾以中斷對(duì)方網(wǎng)絡(luò)的所有通信鏈路為目標(biāo)。分別研究JN(N,≥N)、JN(2,1)、JN(3,1)、JN(≥4,1)、JN(N,≥2)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，證明和推導(dǎo)了相關(guān)的全干擾定理和算法。研究成果可用于：
　?、倥袛嘁粋€(gè)網(wǎng)絡(luò)是否存在實(shí)施全干擾的條件；
　?、谀軌?qū)嵤┤蓴_時(shí)，給出如何實(shí)現(xiàn)的思路；
　　③尋找能實(shí)現(xiàn)全干擾的參數(shù)下限值；
　?、茏鳛閱l(fā)式規(guī)則，用于設(shè)計(jì)部分干擾的啟發(fā)式算法。
　　第三

4、、針對(duì)部分干擾問題，提出隨機(jī)干擾法、PSO干擾法、GA干擾法、三點(diǎn)干擾法。隨機(jī)干擾法隨機(jī)為各個(gè)干擾器分配位置。為了達(dá)到更好的效果，將分配的位置限定在任務(wù)區(qū)域之內(nèi)；PSO干擾方法將粒子群算法用于設(shè)計(jì)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(jìng)標(biāo)賽法對(duì)每一代個(gè)體進(jìn)行選擇。之后結(jié)合全干擾的相關(guān)定理，采用啟發(fā)式的方法，提出兩點(diǎn)和三點(diǎn)干擾法。兩點(diǎn)干擾法用一個(gè)干擾器對(duì)兩個(gè)任務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全干擾

5、；三點(diǎn)干擾法將任務(wù)節(jié)點(diǎn)分為不超過三個(gè)一組，使用一個(gè)干擾器對(duì)一組進(jìn)行全干擾。通過仿真得出GA干擾法和三點(diǎn)干擾法性能最好，其中三點(diǎn)干擾法的復(fù)雜性更低，可優(yōu)先選用。
　　第四、使用貪心思想構(gòu)建干擾方法。通過尋找當(dāng)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(gè)位置，直到為所有的干擾器節(jié)點(diǎn)都找到位置。首先定義貪心衡量指標(biāo)接收鏈路干擾域數(shù)量（NRJL）。每一個(gè)步驟均以獲得最大的NRJL為目標(biāo)。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(gè)任務(wù)節(jié)點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)，沿該點(diǎn)到其余節(jié)點(diǎn)的中心方向，尋找最大NJRL的位置；AMN_U2U從一個(gè)任務(wù)節(jié)點(diǎn)出發(fā)，在剩余節(jié)點(diǎn)間尋找具有最大NJRL的位置；AMN_PSO方法引入粒子群算法結(jié)合禁忌搜索概念，在任務(wù)空間中尋找具有最大NJRL的位置。針對(duì)提出的干擾法，在多種條件下進(jìn)行了仿真。通過仿真和分析得到了相關(guān)結(jié)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(diǎn)干擾法性能更好。這三種方法復(fù)雜性從高到低為AMN_PSO、AMN_U2U、三點(diǎn)干擾法。在性能要求較高時(shí)優(yōu)先選用 AMN_PSO干擾法。在速度要求高或計(jì)算能力不足時(shí)，可優(yōu)先選用三點(diǎn)干擾法。
　　第五、在動(dòng)態(tài)拓?fù)涞臈l件下，研究任務(wù)節(jié)點(diǎn)、干擾器節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行速度、范圍、干擾模型等參數(shù)對(duì)干擾效果的影響。得到構(gòu)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(shè)計(jì)。針對(duì)無人機(jī)的運(yùn)動(dòng)模型，使用邏輯區(qū)域?qū)顟B(tài)個(gè)數(shù)縮小為7個(gè)。

8、引入貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、馬爾科夫鏈、曲線擬合、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、卡爾曼濾波等數(shù)學(xué)工具，分別提出了無人機(jī)位置預(yù)測(cè)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?fù)漕A(yù)測(cè)方法，結(jié)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?fù)漕A(yù)測(cè)的干擾法。隨后進(jìn)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?fù)漕A(yù)測(cè)對(duì)干擾效果的影響、平均的干