夏 棟，郝繼剛，楊 偉

(1.海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東 青島266041；2.解放軍92664部隊(duì), 山東 青島266000；3.青島雷達(dá)聲納修理廠，山東 青島266100)

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敵我識(shí)別系統(tǒng)建模研究

夏 棟1，郝繼剛2，楊 偉3

(1.海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東 青島266041；2.解放軍92664部隊(duì), 山東 青島266000；3.青島雷達(dá)聲納修理廠，山東 青島266100)

無(wú)論在作戰(zhàn)仿真還是模擬訓(xùn)練中，敵我識(shí)別系統(tǒng)都是大系統(tǒng)的重要組成部分。對(duì)敵我識(shí)別系統(tǒng)的模擬目前僅停留在根據(jù)應(yīng)答機(jī)平臺(tái)的紅藍(lán)方屬性直接給出識(shí)別結(jié)果，而對(duì)多個(gè)應(yīng)答機(jī)處于詢問(wèn)范圍內(nèi)一問(wèn)多答、詢問(wèn)對(duì)象超出詢問(wèn)距離等特殊情況都沒(méi)有考慮。針對(duì)敵我識(shí)別系統(tǒng)建?，F(xiàn)有模型過(guò)于簡(jiǎn)單的問(wèn)題，在敵我識(shí)別系統(tǒng)模型中增加了詢問(wèn)信號(hào)傳播模型和應(yīng)答信號(hào)傳播模型，考慮了詢問(wèn)信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)在空間傳播的真實(shí)過(guò)程，真實(shí)反映了敵我識(shí)別系統(tǒng)詢問(wèn)、應(yīng)答、識(shí)別的整個(gè)工作過(guò)程。利用建立的模型，能夠?qū)σ粏?wèn)多答、詢問(wèn)超出距離、應(yīng)答超出距離等特殊情況進(jìn)行反映，在作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)或模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中逼真地復(fù)現(xiàn)敵我識(shí)別系統(tǒng)的工作過(guò)程。

敵我識(shí)別；作戰(zhàn)仿真；模擬訓(xùn)練；信號(hào)傳播模型

0 引 言

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜化和國(guó)防技術(shù)的進(jìn)步，敵我識(shí)別系統(tǒng)已成為作戰(zhàn)平臺(tái)如飛機(jī)、艦船等的必備設(shè)備[1]。在作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)或作戰(zhàn)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中，都需要對(duì)敵我識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別過(guò)程進(jìn)行建模和仿真。在現(xiàn)有的作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)中，敵我識(shí)別系統(tǒng)建模比較粗糙，一般僅根據(jù)應(yīng)答機(jī)平臺(tái)的紅藍(lán)方屬性直接給出敵我屬性判別。這種簡(jiǎn)單的建模方法沒(méi)有考慮戰(zhàn)場(chǎng)的復(fù)雜性，對(duì)一問(wèn)多答、接收不到應(yīng)答等復(fù)雜情況沒(méi)有相應(yīng)的描述，以至于在作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生敵我識(shí)別永遠(yuǎn)沒(méi)有錯(cuò)誤判讀的現(xiàn)象，與真實(shí)作戰(zhàn)嚴(yán)重不符。針對(duì)上述問(wèn)題，本文在研究敵我識(shí)別系統(tǒng)工作過(guò)程的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加詢問(wèn)信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)的傳播模型，對(duì)電磁信號(hào)在空間中的傳播進(jìn)行建模，逼真模擬敵我識(shí)別系統(tǒng)詢問(wèn)、應(yīng)答、識(shí)別的整個(gè)工作過(guò)程。

1 IFF系統(tǒng)模型

敵我識(shí)別系統(tǒng)由詢問(wèn)機(jī)和應(yīng)答機(jī)組成，詢問(wèn)機(jī)一般安裝在預(yù)警和攻擊平臺(tái)上，而應(yīng)答機(jī)幾乎配備到了所有作戰(zhàn)平臺(tái)上。敵我識(shí)別的過(guò)程由詢問(wèn)方的詢問(wèn)機(jī)和應(yīng)答方的應(yīng)答機(jī)協(xié)同完成，實(shí)現(xiàn)過(guò)程較為復(fù)雜[2]。首先由詢問(wèn)機(jī)發(fā)射詢問(wèn)信號(hào)，應(yīng)答機(jī)接收到詢問(wèn)信號(hào)后對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別后發(fā)射應(yīng)答信號(hào)，最后由詢問(wèn)機(jī)對(duì)應(yīng)答信號(hào)進(jìn)行處理并做出敵我屬性的判決[3]。根據(jù)敵我識(shí)別系統(tǒng)的工作過(guò)程建立IFF系統(tǒng)模型，IFF系統(tǒng)模型由詢問(wèn)發(fā)起模型、詢問(wèn)信號(hào)傳播模型、應(yīng)答判決模型、應(yīng)答信號(hào)傳播模型和識(shí)別判決模型等5個(gè)子模型組成，如圖1所示。

其中詢問(wèn)發(fā)起模型和識(shí)別判決模型綁定在詢問(wèn)平臺(tái)上，應(yīng)答判決模型綁定在應(yīng)答平臺(tái)上。每個(gè)模型的功能為：

(1) 詢問(wèn)發(fā)起模型。在IFF系統(tǒng)中，整個(gè)識(shí)別過(guò)程由詢問(wèn)機(jī)發(fā)起，而應(yīng)答機(jī)工作在被動(dòng)模式下。詢問(wèn)機(jī)根據(jù)雷達(dá)或指控系統(tǒng)送來(lái)的詢問(wèn)目標(biāo)信息對(duì)指定方向發(fā)射詢問(wèn)信號(hào)，該過(guò)程的模擬由詢問(wèn)發(fā)起模型實(shí)現(xiàn)。在作戰(zhàn)仿真和訓(xùn)練模擬系統(tǒng)中，由于不存在真實(shí)的電磁波信號(hào)，一般通過(guò)消息來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(2) 詢問(wèn)信號(hào)傳播模型。詢問(wèn)機(jī)發(fā)射的詢問(wèn)信號(hào)并不能被所有的應(yīng)答機(jī)所接收，詢問(wèn)信號(hào)傳播模型根據(jù)到達(dá)應(yīng)答機(jī)的詢問(wèn)信號(hào)的功率、頻率等條件，給出應(yīng)答機(jī)能否接收到詢問(wèn)信號(hào)的判斷。該模型既可以綁定在詢問(wèn)機(jī)平臺(tái)上，也可以綁定在應(yīng)答機(jī)平臺(tái)上?？紤]到應(yīng)答機(jī)數(shù)量和計(jì)算均衡，一般綁定在應(yīng)答機(jī)上。

(3) 應(yīng)答判決模型。根據(jù)秘鑰對(duì)是否為我方詢問(wèn)信號(hào)進(jìn)行判斷，如果是我方信號(hào)則產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào)。

(4) 應(yīng)答信號(hào)傳播模型。對(duì)處于詢問(wèn)狀態(tài)的詢問(wèn)機(jī)能否接收到應(yīng)答信號(hào)進(jìn)行判決，該模型一般綁定在詢問(wèn)機(jī)上。

(5) 識(shí)別判決模型。根據(jù)應(yīng)答碼及詢問(wèn)應(yīng)答過(guò)程做出敵我屬性的判斷。

該模型與其它敵我識(shí)別模型的區(qū)別在于考慮了詢問(wèn)和應(yīng)答電磁波信號(hào)在整個(gè)識(shí)別過(guò)程中的傳播特性，這通過(guò)IFF系統(tǒng)模型中詢問(wèn)信號(hào)傳播模型和應(yīng)答信號(hào)傳播模型來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 詢問(wèn)信號(hào)傳播模型

詢問(wèn)信號(hào)傳播模型一般綁定在應(yīng)答機(jī)平臺(tái)上，由詢問(wèn)發(fā)起模型發(fā)出的詢問(wèn)消息觸發(fā)，完成應(yīng)答機(jī)能否接收到詢問(wèn)信號(hào)的計(jì)算，該模型的計(jì)算過(guò)程如圖2所示。

(1) 頻率選擇

只有應(yīng)答機(jī)接收工作頻帶內(nèi)的詢問(wèn)信號(hào)才能進(jìn)入應(yīng)答機(jī)的接收機(jī)，因此需要對(duì)詢問(wèn)信號(hào)頻率與應(yīng)答機(jī)工作頻率是否匹配進(jìn)行判斷。設(shè)詢問(wèn)頻率為fi，該值從詢問(wèn)碼消息中獲?。粦?yīng)答機(jī)接收中心頻率為fro，應(yīng)答機(jī)接收信號(hào)帶寬為Br，這2個(gè)值可從應(yīng)答機(jī)設(shè)備技術(shù)參數(shù)中獲取，那么判決條件為：

(1)

只有滿足式(1)的詢問(wèn)信息才會(huì)進(jìn)行后續(xù)處理，不滿足式(1)的詢問(wèn)信息將被丟棄。

(2) 距離選擇

距離選擇主要考慮詢問(wèn)機(jī)的詢問(wèn)距離。當(dāng)應(yīng)答機(jī)距離較遠(yuǎn)時(shí),由于詢問(wèn)信號(hào)在傳播過(guò)程中的發(fā)散效應(yīng)，應(yīng)答機(jī)可能會(huì)檢測(cè)不到詢問(wèn)信號(hào)。也就是說(shuō)詢問(wèn)機(jī)存在一個(gè)最大詢問(wèn)距離，等應(yīng)答機(jī)位于該距離以外時(shí)，將接收不到詢問(wèn)信號(hào)。設(shè)應(yīng)答機(jī)和詢問(wèn)機(jī)平臺(tái)間距離為Rir，詢問(wèn)機(jī)最大詢問(wèn)距離為Rmax，則距離選擇的判決條件為：Rir≤Rmax。

Rir可通過(guò)詢問(wèn)機(jī)和應(yīng)答機(jī)平臺(tái)的位置信息計(jì)算得到，設(shè)詢問(wèn)機(jī)平臺(tái)位置為(φi,ψi,hi)，該值可在詢問(wèn)消息中獲??；詢問(wèn)目標(biāo)位置為(φt,ψt,ht)，(經(jīng)度東經(jīng)為正，西經(jīng)為負(fù)；緯度北緯為正，南緯為負(fù))，該值來(lái)自應(yīng)答機(jī)本地平臺(tái)導(dǎo)航信息，地球半徑為RE，那么應(yīng)答機(jī)和詢問(wèn)機(jī)平臺(tái)間距離可通過(guò)式(2)獲得：

(2)

(3) 方位選擇

與Rir的計(jì)算方法類似，φir也可通過(guò)詢問(wèn)機(jī)和應(yīng)答機(jī)平臺(tái)的位置信息計(jì)算得到。設(shè)詢問(wèn)機(jī)平臺(tái)位置為(φi,ψi,hi)，詢問(wèn)目標(biāo)位置為(φt,ψt,ht)，則φir可根據(jù)下式求解得到：

(3)

若上面3個(gè)判決都滿足，表明詢問(wèn)信號(hào)將會(huì)被應(yīng)答機(jī)的接收機(jī)接收到，系統(tǒng)將啟動(dòng)后續(xù)的應(yīng)答判決模型對(duì)詢問(wèn)信號(hào)的屬性進(jìn)行判決，并根據(jù)判決結(jié)果決定是否產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào)。

3 應(yīng)答信號(hào)傳播模型

應(yīng)答信號(hào)傳播模型與詢問(wèn)信號(hào)傳播模型類似，區(qū)別在于應(yīng)答信號(hào)傳播模型一般綁定在詢問(wèn)平臺(tái)上并且由詢問(wèn)發(fā)起模型觸發(fā)。也就是說(shuō)，如果詢問(wèn)機(jī)處于非詢問(wèn)態(tài)，應(yīng)答信號(hào)傳播模型不工作。另外，應(yīng)答機(jī)發(fā)射天線為全向天線，在不同方位上的詢問(wèn)機(jī)都可以接收到應(yīng)答信號(hào)。因此應(yīng)答信號(hào)傳播模型不需要進(jìn)行方位選擇，它的判決工作僅包括頻率選擇和距離選擇2個(gè)步驟，如圖3所示。

(1) 頻率選擇

設(shè)應(yīng)答發(fā)射頻率為fr，該值從應(yīng)答消息中獲??；詢問(wèn)機(jī)接收中心頻率為fio，應(yīng)答機(jī)接收信號(hào)帶寬為Bi，這2個(gè)值可從詢問(wèn)機(jī)設(shè)備技術(shù)參數(shù)中獲取，那么判決條件為：

(4)

只有滿足式(4)的應(yīng)答信息才會(huì)進(jìn)行后續(xù)處理，不滿足式(4)的應(yīng)答信息將被丟棄。

(2) 距離選擇

應(yīng)答機(jī)存在應(yīng)答距離，當(dāng)詢問(wèn)機(jī)距離應(yīng)答機(jī)較遠(yuǎn)時(shí)，由于應(yīng)答信號(hào)在傳播過(guò)程中變?nèi)酰儐?wèn)機(jī)可能接收不到應(yīng)答信號(hào)。設(shè)詢問(wèn)機(jī)和應(yīng)答機(jī)平臺(tái)間距離為Rri，應(yīng)答機(jī)最大應(yīng)答距離為Rrmax，則距離選擇的判決條件為：Rri≤Rrmax。

Rri可通過(guò)詢問(wèn)機(jī)和應(yīng)答機(jī)平臺(tái)的位置信息計(jì)算得到，詢問(wèn)機(jī)平臺(tái)位置為(φi,ψi,hi)(該值來(lái)自應(yīng)答機(jī)本地平臺(tái)導(dǎo)航信息)，應(yīng)答機(jī)平臺(tái)位置為(φt,ψt,ht)(該值來(lái)自應(yīng)答消息)，地球半徑為RE，那么詢問(wèn)機(jī)和應(yīng)答機(jī)平臺(tái)間距離為：

(5)

上面2個(gè)判決都成立，表明應(yīng)答信號(hào)將會(huì)被詢問(wèn)機(jī)的接收機(jī)接收到，系統(tǒng)將啟動(dòng)后續(xù)的識(shí)別判決模型對(duì)應(yīng)答信號(hào)的屬性進(jìn)行判決，并將判決的結(jié)果送給雷達(dá)或指控系統(tǒng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

敵我識(shí)別系統(tǒng)建模是作戰(zhàn)仿真和模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中重要的組成部分，本文建立的IFF系統(tǒng)模型考慮了詢問(wèn)信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)的傳播過(guò)程，利用該模型可以模擬識(shí)別過(guò)程中一問(wèn)多答、詢問(wèn)和應(yīng)答超出距離等情況，逼真地再現(xiàn)IFF系統(tǒng)敵我識(shí)別的過(guò)程。

[1] 王君，高曉光.空中目標(biāo)敵我識(shí)別模型[J].火力與指揮控制，2009，34(6)：100-103.

[2] 裴志誠(chéng)，單曉文，王玉龍.敵我識(shí)別系統(tǒng)及其對(duì)抗技術(shù)研究[J].通信對(duì)抗，2011(4)：52-55.

[3] 聞鑫.MK XII敵我識(shí)別系統(tǒng)及其對(duì)抗[J].艦船電子對(duì)抗，2006，29(5)：18-19.

[4] 董陽(yáng)春，程正東.對(duì)IFF系統(tǒng)詢問(wèn)機(jī)的旁瓣噪聲壓制干擾研究[J].艦船電子對(duì)抗，2013，36(4)：1-3.

ResearchintoTheModelingofIdentificationFriendorFoeSystem

XIA Dong1,HAO Ji-gang2,YANG Wei3
(1.Qingdao Branch of Naval Aeronautical Engineering Institute,Qingdao 266041,China; 2.Unit 92664 of PLA,Qingdao 266000,China;3.Qingdao Radar & Sonar Repair Factory,Qingdao 266100,China)

Identification friend or foe (IFF) system is an important part in both manoeuver simulation and simulative training system.Simulation of IFF system is only restricted in providing identification result according to responder platform's attribute of red or blue now.However,special situations such as several responders answering to one inquisitor and responder outside of inquisitor's range are not considered.As IFF model in use is simple,spreading models of inquiring signal and response signal are appended in IFF system model,which takes signal's spread process in airspace into account,and would reflect the real work process of IFF system in inquiring,response and identifying.Cases as many responder answering to one inquisitor,inquiring out of range,and responding out of range can be covered in the model provided above,which would reappear IFF system's operating process in the manoeuver simulation and simulative training system.

identification friend or foe;manoeuver simulation;simulative training;signal spreading model

2017-03-01

TN971.1

：A

：CN32-1413(2017)03-0029-03

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.03.007