劉萬洪，葛海龍，柯銘銘，郎 杰

（63892部隊 河南 洛陽 471003）

敵我識別（Identification Friend or Foe，IFF）技術(shù)被廣泛用于各種作戰(zhàn)飛機(jī)，船舶（船）平臺和地面防空導(dǎo)彈系統(tǒng)，可以大大提高各作戰(zhàn)單元的作戰(zhàn)指揮、控制和協(xié)調(diào)，加快作戰(zhàn)反應(yīng)，減少意外傷害的可能性?？焖贉?zhǔn)確地識別戰(zhàn)場上的敵人，是打敗敵人的一個先決條件，更是實現(xiàn)一體化聯(lián)合作戰(zhàn)的一個關(guān)鍵因素。在美軍近年的幾場戰(zhàn)爭中，就出現(xiàn)了因錯誤識別而造成誤傷自己的事件。美軍在上世紀(jì)90年代的海灣戰(zhàn)爭中，誤傷事件的28起就有11起是因為目標(biāo)識別方面出了問題。而在本世紀(jì)的美伊戰(zhàn)爭期間，由于敵我識別系統(tǒng)失誤，美國的F-16戰(zhàn)斗機(jī)誤炸了“愛國者”導(dǎo)彈陣地，美國的“愛國者”導(dǎo)彈擊中了英國的旋風(fēng)式戰(zhàn)斗機(jī)。這些事實充分證明，先進(jìn)、可靠的敵我識別系統(tǒng)和敵我識別對抗技術(shù)的研究和開發(fā)，是如今世界各國必須高度關(guān)注的重點[1-2]。

1 敵我識別系統(tǒng)及其工作模式分析

敵我識別系統(tǒng)[3]分為協(xié)同式敵我識別系統(tǒng)、非協(xié)同式敵我識別系統(tǒng)和綜合敵我識別系統(tǒng)。協(xié)同式敵我識別系統(tǒng)按應(yīng)答手段可分為有源和無源2種；按詢問方式可分為雷達(dá)敵我識別系統(tǒng)和激光敵我識別系統(tǒng)。雷達(dá)敵我識別系統(tǒng)主要用于遠(yuǎn)距離作戰(zhàn)，激光敵我識別系統(tǒng)主要用于近距離的戰(zhàn)場作戰(zhàn)，二者相輔相成。

1.1 協(xié)同式敵我識別系統(tǒng)

協(xié)同式敵我識別系統(tǒng)[4]（CooperativeTarget Recognition，CTR），就是為了獲取目標(biāo)敵我屬性信息，識別方與被識別目標(biāo)之間相互配合的一種工作方式。其優(yōu)點是識別過程簡單、速度快、精度高，系統(tǒng)體積小易于裝備和更換，密碼有效期短，并可有效防止敵方對我方密碼的測控、破譯和利用。協(xié)同式敵我識別系統(tǒng)（IFF，IdentificationFriend or Foe）系統(tǒng)基本上是詢問應(yīng)答式系統(tǒng)。該系統(tǒng)由目標(biāo)應(yīng)答機(jī)接收詢問機(jī)發(fā)出的一個無線電詢間信號，如果應(yīng)答機(jī)接收到電子代碼正確的詢問信號，則應(yīng)答機(jī)將自動發(fā)送出所請求的應(yīng)答信號給詢問機(jī)，詢問機(jī)對應(yīng)答信號正確解碼后，目標(biāo)的敵我屬性就能被正確識別。

1.2 非協(xié)同式敵我識別系統(tǒng)

非協(xié)同式敵我識別系統(tǒng)[5]（Non-Cooperative Target Recognition，NCTR）則是通過傳感器對被識別目標(biāo)結(jié)構(gòu)特征（目標(biāo)二維投影的長度、寬度、周長和面積等）、統(tǒng)計特征（均值和均方偏差等）、空間特征（方向、位置、速度和距離等）和輻射參數(shù)信號特征進(jìn)行觀測，并將被識別目標(biāo)看作系統(tǒng)的外部環(huán)境，依靠系統(tǒng)處理器對數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分類、特征匹配等綜合分析、采取特定算法，基于多方信息來綜合確定目標(biāo)的敵我屬性。這種工作方式是通過信息融合技術(shù)，利用各種不同傳感器收集的信息匯總到數(shù)據(jù)處理中心，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理分析最終得到識別結(jié)果。其優(yōu)點主要有：1）被識別目標(biāo)技術(shù)上不需要做任何配合，2）對戰(zhàn)場上所有探測到的信息（如：目標(biāo)的電磁輻射和反射信號、紅外輻射、聲音信號、光電信號、GPS信息等）可充分加以利用，3）能同時對多目標(biāo)進(jìn)行識別，作用范圍大，各種作戰(zhàn)武器可共享其識別結(jié)果，但其計算量大且時間長，結(jié)構(gòu)負(fù)雜，加上數(shù)據(jù)融合處理方法目前還不夠完善，識別的可靠性很難保證，因此不能作為一個獨立的識別系統(tǒng)的使用，但可作為輔助識別手段，為戰(zhàn)場指揮和決策提供信息。

1.3 新型敵我識別系統(tǒng)

新型敵我識別系統(tǒng)[5]是敵我識別技術(shù)不斷發(fā)展的必然結(jié)果，它應(yīng)用數(shù)據(jù)融合、專家系統(tǒng)、模糊理論及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)，利用敵我識別器、熱源、視覺及紅外的數(shù)據(jù)，配合嚴(yán)密的空間管理及通信聯(lián)絡(luò)，以提高識別系統(tǒng)的性能。其主要由兩部分組成，一部分是直接分系統(tǒng)，由用戶直接識別未知目標(biāo)。另一部分是間接分系統(tǒng)，向用戶提供有關(guān)目標(biāo)潛在的信息，計算機(jī)通過這些信息的分析判斷進(jìn)行識別。直接分系統(tǒng)又分為兩種：一種是需要目標(biāo)與其協(xié)作；另一種則無需目標(biāo)的協(xié)作，如探測雷達(dá)。這種技術(shù)靠分析被觀測的平臺特性（如射頻輻射、雷達(dá)調(diào)制、噴氣式發(fā)動機(jī)調(diào)制及紅外與聲頻信號特征等），無需己方回答，從而進(jìn)行正確的識別。

1.4 敵我識別系統(tǒng)的工作模式

敵我識別系統(tǒng)的工作模式[1-2，6-7]有民用工作模式和軍用工作模式。其中民用工作模式有A、B、C、D 4種，軍用工作模式有 1、2、3、4、5 5種。 其中，民用模式 A同軍用模式 3幾乎完全相同，所以也稱為模式3/A。模式B為完全民用模式，模式C軍民兼用，用于高度詢問，模式D為備用模式，模式1、2、4、5 僅用于軍用識別。

另外還有一種選擇性詢問模式S，該模式對每一架飛機(jī)都分配一個特定的識別碼，進(jìn)行一對一的點名問答，每次只詢問一架特定的飛機(jī)，且每一詢問要求不同的問答，因此S模式具有很高的識別效率和安全性。下面以Mark-XII敵我識別系統(tǒng)為例作以分析。

Mark-XII敵我識別系統(tǒng)工作模式有5種，模式1、2、4用于識別軍用飛機(jī)和和艦船，模式3/A和C用于航空交通管制，其詢問頻率工作在1 030 MHz，應(yīng)答頻率工作在1 090 MHz。

除模式4外，其他模式詢問的信息均由詢問脈沖P1和P2之間的時隙長度來表示。為使詢問器天線波束旁瓣輻射的詢問信號不觸發(fā)應(yīng)答器，在脈沖P1過2μs之后脈沖P2再發(fā)送。只有當(dāng)P1比P2的電平大于9 dB時，應(yīng)答器才響應(yīng)并發(fā)送應(yīng)答信號。模式4利用32位編碼脈沖組作為詢問信號使其保密性大大提高。應(yīng)答信號是編碼脈沖組，除模式4之外，應(yīng)答信號的信息脈沖位于同步脈沖F1和F2總是作為應(yīng)答信號的一部分發(fā)送。脈沖組重復(fù)周期為1.45μs，脈沖寬度為0.45μs。模式4用3個脈沖的脈沖串作為其應(yīng)答信號，為進(jìn)行時間編碼，脈沖串的起始時刻可以改變。脈沖串的起始時刻利用16個可能的時延傳輸有限的信息。模式1、2、3/A、C都采用三脈沖體制進(jìn)行詢問，都采用脈沖幅度調(diào)制（PAM）進(jìn)行詢問和應(yīng)答。

需要指出的是，由于應(yīng)答機(jī)的地址沒有分配，當(dāng)詢問機(jī)發(fā)出詢問信號時，應(yīng)答機(jī)只要在詢問波束范圍內(nèi)，就會做出應(yīng)答（模式4的波束內(nèi)的友方會應(yīng)答）。而詢問機(jī)如果在應(yīng)答覆蓋的范圍內(nèi)，就能收到應(yīng)答信號，所以詢問機(jī)容易造成誤解碼，從而形成誤判。

2 敵我識別系統(tǒng)主要技術(shù)分析

敵我識別系統(tǒng)中詢問機(jī)的工作波束較寬，而應(yīng)答機(jī)為全向應(yīng)答，會受到己方的異步干擾和交錯干擾，識別效能會大大降低。采用“應(yīng)答”方式，一旦敵我識別系統(tǒng)因故障或關(guān)閉而無法作出應(yīng)答時，將會產(chǎn)生誤判。其工作頻率固定又使其易受敵方同頻率的大功率阻塞干擾機(jī)威脅，尤其是當(dāng)許多識別系統(tǒng)同時工作時竄擾、混擾顯得更為突出。傳統(tǒng)的敵我識別系統(tǒng)因為工作在L波段，戰(zhàn)場上難以消除風(fēng)雨、沙暴、硝煙等影響。在戰(zhàn)場態(tài)勢快速變化的現(xiàn)代作戰(zhàn)環(huán)境下，又因波束很難做窄，所有區(qū)分近距離的陸地戰(zhàn)場目標(biāo)就很困難。因此，敵我識別系統(tǒng)采用了許多技術(shù)措施，以提高系統(tǒng)的識別性 能[3，8-9]。

2.1 旁瓣干擾抑制技術(shù)

敵我設(shè)備系統(tǒng)采用旁瓣抑制技術(shù)消除旁瓣引起的繞環(huán)效應(yīng)，以提高方位角分辨率。旁瓣抑制有普通旁瓣抑制及和差旁瓣抑制兩種。前者是早期的旁瓣抑制技術(shù)，它用一個輔助天線產(chǎn)生在方位面無方向性的輻射去“淹沒”IFF系統(tǒng)定向天線的旁瓣，通過接收系統(tǒng)中的幅度比較器來實現(xiàn)旁瓣抑制的目的。和差旁瓣抑制要求IFF天饋線首先要產(chǎn)生一個和波束（S）和一個差波束（Δ），用差波束去“淹沒”和波束的旁瓣。顯然和差旁瓣抑制技術(shù)不僅能抑制旁瓣而且能有效地銳化主波束，使IFF系統(tǒng)有一個比原始波束更窄的有效波束，從而提高了IFF系統(tǒng)的方位分辨率。

一次雷達(dá)作用距離與發(fā)射功率成四次方根關(guān)系，而敵我識別系統(tǒng)二次雷達(dá)的詢問機(jī)作用距離與發(fā)射功率成二次方根關(guān)系，如式（1）所示。

因此，旁瓣引起應(yīng)答的可能性比一次雷達(dá)大得多，特別是在識別目標(biāo)附近時，各旁瓣都可能引起應(yīng)答，產(chǎn)生所謂的”繞環(huán)”效應(yīng)而形成干擾，造成方位精度下降，分辨力降低。

在采用和差詢問旁瓣抑制時，天線及饋線系統(tǒng)首先通過邏輯網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生和波束、差波束，如圖1所示，和波束發(fā)射P1和 P3，差波束發(fā)射P2。

和差旁瓣抑制的技術(shù)原理是：在距離P1 2μs處設(shè)一個詢問旁瓣抑制脈沖P3，P3在P1和P3之間。P1、P2、P3脈沖由模式產(chǎn)生電路產(chǎn)生，其時間間隔固定，調(diào)制成射頻信號后經(jīng)功率放大器放大后至PIN開關(guān)，分為兩路脈沖，一路由天線和端口饋入，形成如圖2實線所示的等幅同相輸出的和方向圖；一路由天線差端口饋入，形成如圖2虛線所示的等幅反相輸出的差方向圖。

圖1 和波束及差波束示意圖Fig.1 Sum beam and difference beams schematic diagram

圖2 某敵我識別器詢問天線水平方向圖及應(yīng)答關(guān)系Fig.2 IFF asked antenna horizontal pattern and response relationship schematic diagram

圖中所示的3個區(qū)域的天線方向圖對應(yīng)的應(yīng)答區(qū)如下：

1）當(dāng)P1、P3的幅度比P2小，和波束增小于差波束增益，此時在距離中心±7.5°以外范圍，此區(qū)域即使收到詢問脈沖信號，應(yīng)答機(jī)也不應(yīng)答；

2）當(dāng) P1、P3比 P2大 0～9 dB，此企業(yè)為模糊應(yīng)答區(qū)，即在距中心±3～7.5°范圍內(nèi)；

3）當(dāng) P1、P3比 P2大9 dB以上，應(yīng)答機(jī)才應(yīng)答，此企業(yè)在距中心±3°范圍內(nèi)。

2.2 非同步干擾抑制技術(shù)

非同步干擾的情形如圖3所示，它是由敵我識別器的自身特性而產(chǎn)生的。圖中所示，當(dāng)“詢問機(jī)1”向“機(jī)1”“機(jī)2”發(fā)出詢問時，目標(biāo)機(jī)“機(jī)1”“機(jī)2”將作出應(yīng)答并發(fā)送應(yīng)答信號。由于敵我識別系統(tǒng)的頻率相同，圖中的“詢問機(jī)2”也會收到“機(jī)1”“機(jī)2”的應(yīng)答信號，這個應(yīng)答信號對于“詢問機(jī)2”來說就是非同步干擾。我們知道，其實這個應(yīng)答信號是由“詢問機(jī)1”觸發(fā)產(chǎn)生的，而不是由“詢問機(jī)2”觸發(fā)的。對于“詢問機(jī)2”來說，非同步干擾必須得到抑制，否則在“詢問機(jī)2”的顯示器上將會跳躍地出現(xiàn)許多不同距離的目標(biāo)標(biāo)志。而如果戰(zhàn)場上被識別的目標(biāo)機(jī)較多時，敵我識別系統(tǒng)將會造成混亂繁雜的顯示而影響識別效果。

圖3 非同步干擾形成圖Fig.3 Non－synchronous interference formed schematic diagram

而非同步干擾抑制技術(shù)就是為了克服這一不利狀況，其工作原理是：當(dāng)“詢問機(jī)1”發(fā)出一次詢問，“目標(biāo)機(jī)”根據(jù)“詢問機(jī)1”發(fā)來的詢問給出應(yīng)答信號。需要注意的是，“目標(biāo)機(jī)”發(fā)出的應(yīng)答碼出現(xiàn)的時間與“目標(biāo)機(jī)”相對于“詢問機(jī)1”的距離，二者是相關(guān)的，而這一相關(guān)性正是用來抑制非同步干擾的。如圖中所示，“目標(biāo)機(jī)”發(fā)出的應(yīng)答信號對于“詢問機(jī)2”來說，因為應(yīng)答碼出現(xiàn)的時間與“目標(biāo)機(jī)”相對于“詢問機(jī)2”的距離不具有相關(guān)關(guān)系，因此是非同步干擾。非同步干擾抑制技術(shù)就是對于具有相關(guān)關(guān)系的信號保留用于識別，而對于無相關(guān)關(guān)系的信號加以去除。具體來說，就是“目標(biāo)機(jī)”每次發(fā)出識別詢問時，同時觸發(fā)相關(guān)波形計數(shù)器開始工作，距離計數(shù)器每計完10個CP（代表一個距離單元）就計數(shù)一次，距離單元總數(shù)與一個雷達(dá)周期相對應(yīng)。距離計數(shù)器計數(shù)的結(jié)果對應(yīng)距離存儲器的地址碼，距離存儲器的作用是將一系列相隔一個距離單元的回波信號存儲起來。同時，相關(guān)定時邏輯提供定時控制信號，用來刷新距離存儲器及存儲器邏輯，相關(guān)定時邏輯地址由相關(guān)波形計數(shù)器提供。因此在一個詢問周期內(nèi)，在定時信號的控制下，邏輯中新的應(yīng)答信號不斷被存儲器刷新并與舊的應(yīng)答信號相比較。若新的應(yīng)答信號與舊的應(yīng)答信號相關(guān)則認(rèn)為應(yīng)答有效。若二者不相關(guān)則繼續(xù)比較，直到比較達(dá)到由相關(guān)準(zhǔn)則開關(guān)設(shè)定的某一極限值為止。

2.3 寬窄脈沖抑制技術(shù)

本文第3節(jié)中，對敵我識別系統(tǒng)中的詢問信號與應(yīng)答信號的格式作了論述，若應(yīng)答機(jī)收到的詢問信號脈寬過大或過小就會引起識別錯誤。所以在敵我識別系統(tǒng)中設(shè)計了寬窄脈沖抑制電路，對脈寬小于0.435μs的窄脈沖加以濾除，而對于脈寬大于1.16μs的脈沖也不應(yīng)答和譯碼。

對于詢問機(jī)來說，接收到的應(yīng)答脈沖信號的寬度要求為0.45±0.1μs，對于脈寬小于0.35μs的窄脈沖信號則加以濾除。在進(jìn)行應(yīng)答框架檢測時，應(yīng)答框架的脈沖間隔要求為20.3±0.1μs，對于脈沖間隔大于20.4μs或小于20.2μs的框架都予以剔除，不對其解碼和響應(yīng)。

2.4 靈敏度時間控制（STC）技術(shù)

由式（1）二次雷達(dá)方程可知，其作用距離和接收靈敏度有關(guān)，因此可以通過只控制接收機(jī)的靈敏度時間而不需要控制發(fā)射功率就可實現(xiàn)旁瓣抑制。由于目標(biāo)距離正好與時間差（從詢問機(jī)發(fā)射詢問信號到接收應(yīng)答信號之間的時差）成正比，為此可預(yù)先在接收機(jī)設(shè)置STC曲線，其目標(biāo)距離與比較電平具有相關(guān)性如圖4所示。在敵我識別系統(tǒng)運(yùn)行時，比較詢問機(jī)接收到的應(yīng)答信號與STC曲線，只有應(yīng)答信號大于比較電平時接收機(jī)才響應(yīng)。這就相當(dāng)于不同距離信息的應(yīng)答信號在被接收到的同時，對靈敏度時間不斷調(diào)整，詢問機(jī)就不能接收到旁瓣信號，也就不會在顯示器上出現(xiàn)多個信號標(biāo)志。

2.5 信息加密技術(shù)

對協(xié)同式識別系統(tǒng)來說其密碼必須相同一致，否則整個敵我識別系統(tǒng)就會發(fā)生混亂，嚴(yán)重時會導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓，造成“誤傷”、“誤炸”，從而影響戰(zhàn)爭結(jié)果。敵我識別密碼一般有存儲和直接產(chǎn)生2種方式。存儲產(chǎn)生方式是密碼以數(shù)字方式存儲起來，需要時從事先設(shè)計好的在有效期內(nèi)的密碼中隨時調(diào)用即可，直接產(chǎn)生方式是每次使用的密碼直接由密碼發(fā)生器產(chǎn)生，每個設(shè)備上配備一個密碼發(fā)生器，當(dāng)然這樣產(chǎn)生出來的密碼是有規(guī)律的。

敵我識別的加密形式有傳輸參數(shù)加密和信息加密2種。傳輸參數(shù)加密是對原始設(shè)定的密碼和傳輸敵我識別詢間、應(yīng)答信號的載波頻率等射頻參數(shù)進(jìn)行加密打包，從而得到系統(tǒng)密碼；信息加密是先把敵我識別詢問、應(yīng)答信息加密后，再傳送到對方，而加密信息被接收方收到后，只有經(jīng)過相應(yīng)的解密處理、恢復(fù)原信息后才能判定應(yīng)答信號是否有效。所以對于任何的加密系統(tǒng)，必須把安全性放在首位，為了安全性要求，一條密碼使用一次以后不允許再次使用，即“一次一密”。

敵我識別系統(tǒng)對安全性要求非常高，只有每個密碼有效期愈短、數(shù)量大、規(guī)律變化雜亂無章，系統(tǒng)才會愈安全。加密系統(tǒng)的密鑰控制密碼的變化規(guī)律，密鑰改變則密碼變化規(guī)律也相應(yīng)變化，即使一臺設(shè)備丟失，只需改變密鑰，敵我識別系統(tǒng)仍能安全正常工作[9]。

3 結(jié)束語

敵我識別技術(shù)在戰(zhàn)爭中的重要地位，使得對敵我識別技術(shù)的研究不斷深入，如何在戰(zhàn)場上認(rèn)清敵我，是作戰(zhàn)的首要問題，尤其在多兵種聯(lián)合作戰(zhàn)中，正確快速地分清敵我是作戰(zhàn)的前提。我軍敵我設(shè)備技術(shù)與外軍尤其是美軍相比，還存在一定差距，加強(qiáng)敵我識別技術(shù)研究，采取先進(jìn)技術(shù)提高敵我識別準(zhǔn)確率，才能在作戰(zhàn)中減小誤傷率，贏得戰(zhàn)場主動。

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