邱宏坤,楊建波,劉 鵬

（空軍航空大學(xué),長春 130022）

0 引 言

敵我識別器（IFF）是對雷達(dá)所探測、發(fā)現(xiàn)目標(biāo)進(jìn)行敵我屬性識別、形成完整戰(zhàn)場態(tài)勢的主要實戰(zhàn)裝備,在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中起著舉足輕重的作用。敵我識別系統(tǒng)偵察是指通過對敵方IFF信號的偵收、識別與定位,引導(dǎo)敵我識別干擾平臺對敵方IFF系統(tǒng)進(jìn)行攻擊、干擾或破壞等綜合對抗活動。敵我識別偵察系統(tǒng)性能需求分析,從作戰(zhàn)使用需求出發(fā),依據(jù)現(xiàn)實條件確定對敵我識別偵察系統(tǒng)的能力需求。

1 需求分析的方法

對電子戰(zhàn)系統(tǒng)進(jìn)行性能需求分析的方法主要分為基于偵察系統(tǒng)功能和基于偵察系統(tǒng)信號的仿真分析方法。

（1）偵察系統(tǒng)功能仿真

功能仿真又稱作系統(tǒng)截獲信號能力仿真或系統(tǒng)方案仿真,它主要用于偵察系統(tǒng)總體方案設(shè)計階段,以尋找最佳偵察系統(tǒng)方案為目的。偵察系統(tǒng)功能仿真僅考慮信號在探測、截獲、存儲等方面能否與實際的輸入信號相匹配,而不涉及各分系統(tǒng)的具體構(gòu)成及具體的處理步驟。以敵我識別偵察系統(tǒng)為例,偵察系統(tǒng)功能仿真是以敵我識別系統(tǒng)信號傳輸方程為理論基礎(chǔ)。

（2）偵察系統(tǒng)信號仿真

偵察系統(tǒng)信號仿真是指通過對裝備的核心部件（比如偵察接收機(jī)、信號處理機(jī)等）進(jìn)行仿真,實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)流動與處理的動態(tài)閉環(huán)仿真,較真實地重現(xiàn)了偵察系統(tǒng)的信號工作流程。以敵我識別偵察系統(tǒng)為例,信號仿真需仿真電磁環(huán)境中有可能被偵察接收機(jī)截獲到的各種敵我識別信號及其它雷達(dá)通信信號（信號特征包括波形、載頻、頻譜、功率強(qiáng)度等）,同時通過對信號的分選、識別和定位算法實現(xiàn)對偵察系統(tǒng)的性能分析。

敵我識別系統(tǒng)性能需求分析主要從偵察系統(tǒng)的截獲能力方面,即從空間、能量和頻率上來考慮,提出系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)及技術(shù)性能指標(biāo)。在能量上分析偵察系統(tǒng)的偵察靈敏度,采用了基于功能的仿真方法,功能仿真過程中不需要詳細(xì)了解每個信號經(jīng)過接收機(jī)各級后的幅度、頻率及相位特性,大大簡化了系統(tǒng)建模工作。

2 偵察系統(tǒng)空域覆蓋范圍

敵我識別系統(tǒng)由詢問機(jī)和應(yīng)答機(jī)組成,詢問機(jī)發(fā)射詢問信號,應(yīng)答機(jī)接收到詢問信號后,解碼確認(rèn)后發(fā)射應(yīng)答信號。詢問機(jī)和應(yīng)答機(jī)之間通過“一問一答”的形式完成一次識別,所以說對敵我識別系統(tǒng)的偵察分為對詢問機(jī)信號和應(yīng)答機(jī)信號的偵察。

2.1 對詢問機(jī)的偵察

詢問機(jī)通常同一次雷達(dá)配合使用,對一次雷達(dá)探測的目標(biāo)進(jìn)行詢問和識別,并將識別的“友”、“敵”信息顯示在一次雷達(dá)的顯示器上。當(dāng)一次雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后,詢問機(jī)向目標(biāo)發(fā)射一串經(jīng)過加密的詢問信號,如目標(biāo)是己方的且裝有應(yīng)答機(jī),應(yīng)答機(jī)將對詢問信號進(jìn)行解碼,并自動轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)答信號。詢問機(jī)對應(yīng)答信號進(jìn)行解碼后,輸出一個識別標(biāo)志給一次雷達(dá)顯示器,與該目標(biāo)回波同時顯示,如圖1所示。

圖1 雷達(dá)顯示器上目標(biāo)回波和識別信號示意圖

由圖1可知詢問機(jī)只對雷達(dá)已探測到的目標(biāo)發(fā)射詢問信號,進(jìn)行詢問和識別。這就給詢問信號的偵察造成了很大的難度,偵察平臺很難對準(zhǔn)詢問機(jī)主瓣進(jìn)行偵察,只能通過旁瓣實現(xiàn)偵察,如圖2所示。

圖2 IFF詢問機(jī)旁瓣偵察示意圖

對詢問機(jī)進(jìn)行旁瓣偵察,要求偵察系統(tǒng)具有360°的方位覆蓋,采用全向天線進(jìn)行偵察,以盡可能地偵收到詢問機(jī)信號。全向偵察天線增益很小,偵察體制又為旁瓣偵察,對系統(tǒng)偵察靈敏度提出了很高的要求。

2.2 對應(yīng)答機(jī)的偵察

敵我識別應(yīng)答機(jī)主要有4種工作狀態(tài):關(guān)閉狀態(tài)、值班狀態(tài)、正常工作狀態(tài)和緊急狀態(tài)。

（1）關(guān)閉狀態(tài)。應(yīng)答機(jī)置于此狀態(tài)時,控制單元將停止工作,但在一些系統(tǒng)中不支持此狀態(tài)。

（2）值班狀態(tài)。當(dāng)應(yīng)答機(jī)處于值班狀態(tài)時,系統(tǒng)電源和發(fā)射機(jī)接通,一旦接到手動或自動應(yīng)答指令后,系統(tǒng)將由值班狀態(tài)轉(zhuǎn)入正常應(yīng)答狀態(tài)。

（3）正常工作狀態(tài)。在此狀態(tài)下,系統(tǒng)將對確認(rèn)后的詢問信號做出應(yīng)答。

（4）緊急狀態(tài)。當(dāng)應(yīng)答機(jī)處于此工作狀態(tài)時,系統(tǒng)只對不同模式詢問信號的緊急詢問做出應(yīng)答。

當(dāng)應(yīng)答機(jī)工作在正常工作狀態(tài)或緊急狀態(tài)時,才可實現(xiàn)對敵我識別應(yīng)答信號的偵察,由于應(yīng)答機(jī)采用全向天線,所以說各個角度很容易實現(xiàn)對應(yīng)答信號的偵察。以空基應(yīng)答機(jī)為例,應(yīng)答機(jī)可覆蓋方位φ=360°,俯仰 θ=±30°的空間范圍,如圖3所示。

圖4表示的是不同仰角應(yīng)答機(jī)天線增益（以dB為單位）,從圖中可以看出應(yīng)答天線俯仰覆蓋大致為θ=±30°的空間范圍,俯仰角大于±30°的情況下,天線增益會出現(xiàn)損耗,仰角越大損耗越大。

圖3 應(yīng)答機(jī)應(yīng)答天線空間覆蓋范圍

圖4 不同仰角應(yīng)答機(jī)天線增益

為保證偵察平臺的安全,一般情況下對應(yīng)答機(jī)信號的偵察需在較遠(yuǎn)的距離上進(jìn)行,也就是做到遠(yuǎn)距離偵察。所以偵察平臺很容易落到應(yīng)答天線θ=±30°的空間范圍內(nèi),不會出現(xiàn)天線增益損耗。同時為保證對應(yīng)答機(jī)很好的一個空間覆蓋,在偵察天線的設(shè)計中也需要有一定的俯仰空間覆蓋,可設(shè)為θ=±30°。

3 偵察系統(tǒng)靈敏度

實現(xiàn)信號偵收的最基本條件之一就是必須要有足夠強(qiáng)的輻射源信號能量進(jìn)入偵察系統(tǒng),其中足夠強(qiáng)的含義就是指偵收信號能量要高于偵察系統(tǒng)的靈敏度Prmin。

3.1 偵察鏈路損耗

圖5描述的是從信號的發(fā)射到偵察系統(tǒng)的接收,信號功率鏈路傳輸過程（以dB形式表示）。從圖中可以得到從信號的發(fā)射到偵察系統(tǒng)接收的功率,若使偵察系統(tǒng)能有效地偵測到信號,偵察系統(tǒng)的靈敏度要小于信號從發(fā)射到偵察系統(tǒng)接收的最小功率。

圖5 信號傳輸鏈路傳輸路徑

式中:f為信號頻率；R為偵察距離。

考慮到有關(guān)饋線和裝置損耗條件下,損耗L約為11.7～13.5 dB。具體損耗如下:

（1）從發(fā)射機(jī)到發(fā)射天線之間的饋線損耗≈3.5 dB；

（2）發(fā)射天線波束非矩形損失≈1.6～2 dB；

（3）偵察天線波束非矩形損失≈1.6～2 dB；

（4）偵察天線增益在寬頻帶內(nèi)變化所引起的損失≈2～3 dB；

（5）偵察天線與接收信號極化失配損失≈3 dB。

所以可以得到偵察天線對準(zhǔn)敵我識別系統(tǒng)天線主瓣進(jìn)行偵察時,所需偵察系統(tǒng)靈敏度為:

3.2 詢問信號偵察靈敏度

敵我識別系統(tǒng)典型詢問功率為2 000 W,發(fā)射天線增益為 30 dB左右,詢問信號頻率為1 030 MHz,饋線和裝置損耗設(shè)為14 dB,代入式（3）,可得出偵察距離為R主瓣偵察所需系統(tǒng)靈

設(shè)接收到發(fā)射信號的最小功率即為偵察系統(tǒng)的靈敏度,可得系統(tǒng)靈敏度計算:

式中:Prmin為偵察系統(tǒng)靈敏度；Pt為發(fā)射功率；Gt為發(fā)射天線增益；Lf為空間路徑損耗；L為饋線和裝置損耗。

Lf為自由空間傳輸路徑損耗:敏度:

對詢問信號的偵察采用了旁瓣偵察的方法,詢問波束旁瓣的天線增益要比主瓣增益低很多,大約為30 dB左右。

可以得出偵察距離為R,對敵我識別系統(tǒng)實施旁瓣偵察時所需系統(tǒng)靈敏度為:

取偵察距離分別為100 km、200 km、300 km、400 km,對敵我識別系統(tǒng)詢問機(jī)實施旁瓣偵察所需系統(tǒng)靈敏度如表1所示。

表1 不同距離詢問信號偵察系統(tǒng)靈敏度

3.3 應(yīng)答信號偵察靈敏度

敵我識別系統(tǒng)典型應(yīng)答發(fā)射功率為500 W,應(yīng)答天線為全向天線（天線增益可設(shè)為0 dB）,詢問信號頻率為1 090 MHz,饋線和裝置損耗設(shè)為14 dB,代入式（3）,可得出偵察距離為R所需系統(tǒng)靈敏度:

取偵察距離分別為100 km、200 km、300 km、400 km,對敵我識別系統(tǒng)應(yīng)答機(jī)實施偵察所需系統(tǒng)靈敏度如表2所示。

表2 不同距離應(yīng)答信號偵察系統(tǒng)靈敏度

綜合偵察系統(tǒng)對敵我識別詢問及應(yīng)答信號的系統(tǒng)靈敏度,在設(shè)計敵我識別偵察系統(tǒng)時,偵察系統(tǒng)靈敏度應(yīng)設(shè)為-100 dBm,或更小。

4 偵察接收機(jī)工作體制

從第二次世界大戰(zhàn)IFF系統(tǒng)出現(xiàn)以來,IFF系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)歷了60多年的發(fā)展歷程,最具代表性的IFF系統(tǒng)主要有MARK Ⅹ、MARK Ⅻ、MARK ⅫA和S模式,其主要的技術(shù)參數(shù)如表3所示。

表3 敵我識別系統(tǒng)及其技術(shù)參數(shù)

從表3可看出,敵我識別系統(tǒng)工作頻率固定:詢問頻率1 030 MHz,應(yīng)答頻率1 090 MHz,但系統(tǒng)工作模式復(fù)雜,信號調(diào)制樣式多樣。

偵察系統(tǒng)若要實現(xiàn)對敵我識別系統(tǒng)的偵察,需要在偵察頻段上覆蓋敵我識別系統(tǒng)的工作頻率。MARK和MARK系統(tǒng)信號調(diào)制方式為PAM調(diào)制,所占頻率帶寬較窄；而Mode S和MARK A系統(tǒng)采用擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù),工作頻段較寬,尤其是MARK A系統(tǒng)Mode 5采用基于Walsh編碼的軟擴(kuò)頻技術(shù),調(diào)制方式為最小頻移鍵控（MSK）調(diào)制,碼速率為16 MHz,所以需要頻帶較寬的接收機(jī)才能實現(xiàn)對信號的完全接收,頻率上達(dá)到偵察系統(tǒng)的要求。圖6為采用雙通道體制的偵察系統(tǒng)接收機(jī)工作原理框圖。

圖6 偵察接收機(jī)工作原理框圖

偵察系統(tǒng)通過天線收到頻率為1 030/1 090 MHz的詢問信號后,通過混頻器把信號頻率降為60 MHz的中頻信號。中頻信號的處理采用雙通道體制,分別為窄帶通道和寬帶通道,窄帶與寬帶通道的運(yùn)用使得系統(tǒng)具有同時處理所有模式信號的能力。

窄帶通道中,帶通濾波器1的帶寬為10 MHz,用來處理信號調(diào)制方式為PAM的Mode1,2,3/A,4信號和調(diào)制方式為DPSK/PPM的Mode S信號；寬帶通道中,帶通濾波器2的帶寬為20 MHz,用來處理信號調(diào)制方式為MSK的Mode 5信號。

5 結(jié)束語

本文從偵察系統(tǒng)的截獲能力上,提出了敵我識別偵察系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)及技術(shù)指標(biāo),對敵我識別偵察系統(tǒng)設(shè)計需求分析有一定的參考價值。但僅從功能上來考慮偵察系統(tǒng)的截獲能力是不夠準(zhǔn)確的,基于信號的仿真可更為細(xì)致地分析系統(tǒng)的工作流程,可為敵我識別偵察系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)需求提供更為可靠的依據(jù)。

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