《航空学报》网络首发论文《通感一体化内生安全威胁及其跨层防御综述》学术报告

作者及发表信息

本文由陆军工程大学通信工程学院王诗悦、程凯欣、陈昱帆、王磊、孙佳琛、谷江春、朱磊（通讯作者）团队合作完成，网络首发于《航空学报》（Acta Aeronautica et Astronautica Sinica）2025年12月25日，正式出版于2026年第47卷第11期，属国家自然科学基金（62471486、62501637）资助项目。

研究背景与主题

本文聚焦6G网络核心技术——通信与感知一体化（Integrated Sensing and Communication, ISAC）在空天地一体化智能网联中的安全挑战。ISAC通过共享频谱与硬件资源实现通信与感知功能协同，在无人机物流、卫星组网等场景展现出高效能，但其深度融合特性也引入了复杂的内生安全威胁。传统通信安全机制难以覆盖感知数据的完整性、实时性需求，尤其在航空航天领域，安全漏洞可能引发灾难性后果。本文系统分析了ISAC的内生脆弱性机理，结合空天地场景特殊性，提出跨层动态防御框架，旨在为6G网络安全架构提供理论支撑。

核心内容与观点

1. ISAC技术原理与空天地应用价值

ISAC通过波形共享、频谱复用和软硬件协同设计实现通信与感知功能融合。其技术特征包括：

• 波形设计：正交频分复用（OFDM）波形兼顾高速通信与高精度感知，但循环前缀特征易被攻击者利用；调频连续波（FMCW）波形适用于无人机避障，但信号耦合性可能导致虚假目标生成。

• 频谱共享：动态频谱分配技术（如频分、时分、码分共享）提升资源利用率，但共享机制可能放大外部干扰风险。文献[36]指出，卫星与地面频谱共享需考虑保护区域以避免中断。

• 应用案例：无人机通过ISAC同时完成编队通信与障碍物探测，卫星通感一体化载荷（如文献[44]所述）降低发射成本，但硬件共享可能引发故障传导。

2. ISAC内生脆弱性机理

• 信号层面：硬件指纹泄露（如射频非线性特征）导致设备身份仿冒（文献[50]）；模式切换时隙漏洞易受拒绝服务攻击。

• 数据层面：协议交互缺乏校验，攻击者可篡改无人机控制指令（文献[51]）；信任链断裂危机在空天地多节点场景中尤为突出。

• 资源层面：通信-感知信号互扰（如卫星通信信号淹没感知回波）；动态频谱分配可能被攻击者伪造需求抢占资源。

3. 跨层协同攻击路径

• 时空同步欺骗攻击：伪造GNSS信号时空关联性，导致定位错误（文献[61]提出优化算法削弱此类攻击）。

• 波束成形劫持攻击：毫米波MIMO系统中，攻击者篡改波束参数使通信链路偏离目标（文献[7]指出需通过零陷约束抑制旁瓣信号）。

• 语义攻击：利用AI对抗样本污染感知数据链，例如伪造无人机影像数据干扰决策。

4. 跨层动态防御框架

• 物理层可信根基：采用射频指纹隐藏技术（如文献[52]的RFFC方法），但需权衡感知精度与算力消耗。

• 数据语义安全防线：融合轻量加密与区块链技术（文献[19]），适配空天地异构节点算力差异。

• 资源弹性调度：基于机器学习的动态频谱预测（如文献[40]的DeepAir模型）优化资源分配。

学术价值与意义

本文首次系统梳理了ISAC在空天地场景中的内生安全威胁链条，提出“信号-数据-资源”三维协同防御体系，其创新性体现在：

1. 理论层面：揭示了硬件共享、频谱竞争等引发的系统性脆弱性，弥补了传统分域安全研究的局限性。

2. 技术层面：提出的跨层防御框架实现了安全机制与通感功能链路的深度耦合，为6G标准化提供参考。

3. 应用层面：针对无人机、卫星等典型场景的攻击路径分析，对航空航天安全防护具有直接指导意义。

研究亮点

• 多学科交叉视角：融合通信工程、网络安全与航空航天技术，构建ISAC安全研究范式。

• 动态威胁建模：首次将空天地环境的开放性与ISAC功能耦合性关联，提出时空动态攻击模型。

• 标准化前瞻：指出毫米波波形适配性、跨域信任传递等技术挑战，推动行业标准制定。

本文为未来6G通感一体化系统的安全设计奠定了理论基础，尤其在航空应急通信、低空交通管理等场景中具有重要应用潜力。后续研究可进一步探索量子通信与ISAC的融合安全机制（如文献[38]的编码方案），以应对更复杂的跨域威胁。