復雜環境下MARKⅫA IFF信號識別方法

丁 浩

(華東電子工程研究所 合肥 230088)

1 引言

Mode 5易于進行綜合集成，目前美軍如E-3BAWACS(機載預警和控制系統)、E-2C預警機、AEGIS(宙斯盾)作戰系統都將裝備Mode 5敵我識別系統，并且可與現役的MarkⅩ、MarkⅫ系統兼容，通過增加軟件和加密硬件為新研或在役的陸基、機載設備升級 Mode 5［2］。

隨著現代電磁環境的日益復雜，在復雜電磁環境下實現敵我識別信號的識別，是電子偵察領域一個亟待解決的問題。本文通過對MarkⅫA Mode 5信號的脈沖特征進行深入分析，提出了一種在復雜環境下識別敵我信號的新方法。

2 MARKⅫA Mode 5的信號特征

MarkⅫA Mode 5信號目前共有4種工作模式，分別稱為 Level 1、Level 2、Level 3和 Level 4，因國內外文獻敘述極少，其中Level 3和Level 4的信號格式尚未清楚。

2.1 詢問信號

Mode 5的詢問頻率1030MHz，詢問信號首先有4個同步脈沖，(L1、L2)是2個旁瓣抑制脈沖，后面緊跟11個加密的數據脈沖。P1、P2、P3、P4為保密模式同步脈沖，脈寬為1μs，4個同步脈沖間隔可變，變化量分別為 S1、S2、S3，后面的脈沖組的寬度為80.3125μs，并進行MSK調制，其詢問信號的傳輸數據格式如圖1所示［3］。

圖1 Mode 5的詢問信號示意圖

2.2 應答信號

Mode 5的應答頻率1090MHz，系統接收到詢問信號后延遲 T=(480+8N)μs進行應答，其中480μs為接收到詢問信號最后一個同步脈沖的固定延遲時間，8Nμs為隨機應答延遲時間，N值由應答信號8 bit隨機應答延遲(RRD)碼決定。

Mode 5 Level 1的應答信號首先有2個同步脈沖(P1、P2)，后面緊跟一組持續時間為9μs的數據長脈沖(9個字符組成:D1～D9)。同步脈沖寬度為1μs，脈沖間隔變量為 S1，有 16種情況:0～1.875μs，增量為 0.125μs，并進行 MSK 調制，其應答信號的傳輸數據格式如圖2所示。

圖2 Level 1的應答信號示意圖

Mode 5 Level 2的應答信號首先有4個同步脈沖(P1、P2、P3、P4)，后面緊跟一組持續時間為 33μs的數據長脈沖(33個字符組成:D1～D33)。同步脈沖寬度為1μs，脈沖間隔可變，變化量分別為S1、S2、S3，同步脈沖持續時間為26.625μs，并進行MSK調制，其應答信號的傳輸數據格式如圖3所示。

3）嫁接用的接穗務必采自無潰瘍病、葉斑病、黃化病、早期落葉病、紅蜘蛛等病蟲感染危害的健康樹，要求用木質化程度高、芽體分化好的春梢作接穗，以成齡結果樹春梢最好。

圖3 Level 2的應答信號示意圖

3 Mode 5信號的識別

信號識別是根據檢測輸入信號的脈寬與脈沖間隔等脈沖特征來判斷的，敵我識別信號不同于通信、雷達信號，其具有特定的信號格式和載頻，從IFF詢問和應答信號的波形分析可以看出，在脈沖寬度、脈沖間隔、脈沖個數上都有其相應的識別特征。

系統的工作過程是:當偵測天線陣接收到信號后，接收機對信號進行變頻濾波放大，然后信號處理機對輸出的中頻信號進行模數變換、濾波、信號檢測、參數測量、信號模式識別及解碼，從而完成對IFF信號的偵察過程。在對中頻信號檢波時，采用過門限檢測法來判斷脈沖的存在，對檢測到的脈沖組進行參數測量，可得到脈沖到達時間、脈幅、脈寬以及脈沖到達方向等特征參數，形成PDW。根據PDW進行信號的識別，根據脈寬，去掉非IFF信號，在剩余的脈沖中根據脈沖的重頻及持續時間等參數，與Mode 5信號模式的框架結構進行特征匹配，就完全可以判斷其是否存在，且解出相應的信息碼，從而實現對該信號的識別［4］。

Mode 5詢問信號的識別關鍵在于4個同步脈沖的檢測和判斷，模擬的脈沖組如圖4所示。首先，在載頻信息滿足條件的情況下，采用過門限檢測法來判斷脈沖存在，同時判斷脈寬是否滿足1μs，若符合條件，依據同步脈沖參數變化規律，尋找連續的4個同步脈沖;第二步在檢測到4個同步脈沖后，判斷緊跟4個同步脈沖后有無2個旁瓣抑制脈沖和11個數據脈沖，若存在，則根據Mode 5信號的基本判斷準則進行識別，否則，繼續檢測同步脈沖。

圖4 模擬的同步脈沖組

判斷準則:利用已知的Mode 5 IFF信號模式的框架結構與偵察到的未知信號進行特征匹配，若檢測到四個脈沖 P1、P2、P3、P4 的脈寬均為1μs，判斷同步脈沖的間隔是否在17.375μs、10μs、13μs的基礎上進行微量跳變，若符合上述條件，再檢測鎖存后面的2個旁瓣抑制脈沖和11個數據脈沖的脈寬和脈沖間隔，判斷其脈沖特征是否與Mode 5 IFF信號模式的框架結構相匹配，如果這組脈沖串滿足MarkⅫA Mode 5的信號特征，則可判定為Mode 5詢問信號。

Mode 5應答信號的兩種應答格式分別是2個同步脈沖和9個字符的數據長脈沖、4個同步脈沖和33個字符的數據長脈沖組成，其識別過程可以按詢問信號的識別流程來判別。

4 復雜信號環境下Mode 5信號識別

Mode 5 IFF在實際工作時，信號受實際環境的影響，難免會出現波形失真和脈沖混疊，導致測得的脈沖參數與理想值有偏差，此時如果嚴格按照簡單環境下設立的判斷準則來檢測IFF信號，識別概率會大大降低。因此需要對識別信號的參數進行一定的容限范圍設置，通常設置脈寬和脈沖間隔的檢測容差值允許的偏差范圍為±0.1μs，以提高識別概率。

上節所采取的判斷準則是依據脈沖寬度、脈沖間隔等特征進行判斷的，由于詢問、應答信號有一定的長度，在復雜的電磁環境中出現干擾脈沖的情況下，很容易產生虛假信號，使檢測結果很容易發生錯誤，從而使識別概率下降。因此有必要將脈沖幅度和載頻信息也作為判斷準則。

4.1 IFF信號有重疊干擾

以Mode 5詢問信號為例，若所測得信號的脈寬、脈沖間隔分別滿足判斷準則，且脈沖的幅度值、頻率值之間的偏差也在允許的范圍內，則認為所測得的信號為Mode 5信號。

在出現信號脈沖重疊的情況下，如圖5所示，后續信號的同步脈沖會和先前信號的脈沖重合在一起。先前信號同步脈沖P2與后續信號前導脈沖重疊Q1占據了同步脈沖P2的位置，而后續信號同步脈沖及以后的編碼脈沖將與先前信號的編碼脈沖交疊在一起。在這種情況下，如按照之前的脈沖寬度、脈沖間隔的特征匹配方法來識別，只能夠識別出先前到達的信號，但是由于后到達信號的干擾，解碼得到的信息為虛假信息。

圖5 模擬重疊干擾的同步脈沖組

這種情況下，在脈寬、脈沖間隔滿足判斷準則時，找到脈沖標稱位置上是否有過多的能量，依據脈沖幅度來進一步判斷。假設檢測到 P1、P2、P3、P4共四個脈沖幅度為 A1、A2、A3、A4，則取四脈沖的平均幅度

當多個詢問信號重疊時，由于不同詢問信號的幅度是相關的，因此須有幅度、方位等信息進行關聯處理，可以依據重疊脈沖串中各脈沖按照幅度相關程度分為不同組，在幅度相關時，需要選定一個基準脈沖用作比較標準。在依據脈寬、脈沖間隔、脈幅以及頻率信息檢測到Mode 5詢問信號后，同時根據以上特征參數判斷詢問信號的數據位，盡量抑制干擾脈沖的影響。

4.2 IFF信號有交錯脈沖干擾

對于Mode 5詢問信號的識別，在發現同步脈沖后，繼續對數據脈沖加以積累判斷，由于干擾脈沖是隨機的，會出現在同步脈沖后的各數據脈沖標稱位置之外的任意位置，出現在固定位置的幾率較小，根據脈沖組具有的這種規律，可以有效的抑制干擾脈沖的誤判。

假設在一個脈沖組共有n個脈沖，與Mode 5 IFF詢問信號的框架結構進行匹配，其中m個脈沖是出現在框架格式的固定位置上，且脈寬、幅度、頻率均符合條件，而其余脈沖不滿足以上條件。

設K為允許的系數值。如果m/n大于等于K，則將這組脈沖判斷為Mode 5詢問信號，其中m個脈沖就是其數據脈沖;反之，則判斷為詢問信號不存在。其中K值的大小須根據實際偵察的信號具體情況進行確定。

對于Mode 5應答信號在復雜信號環境下的識別，按照其脈沖特征進行特征匹配進行判斷，具體的判斷流程如圖6所示。

圖6 復雜環境下Mode 5信號識別流程圖

對于Mode 5信號來說，只要分析出脈沖組的框架結構所具有的脈沖特征，按照這種識別方法，可以判斷出該信號是否存在。

4.3 仿真結果

模擬產生Mode 5模式信號、隨機信號等信號格式，在不同的信噪比范圍內對待識別信號進行Monte Carlo仿真，以驗證該識別方法的可信度。

圖7 詢問信號識別概率

輸入信號頻率70MHz，采樣頻率300MHz，噪聲是正態分布的隨機高斯白噪聲，進行500次的Monte Carlo試驗，Mode 5詢問信號和應答信號在0～15dB信噪比范圍內的有效識別概率如圖7、8所示。

圖8 應答信號識別概率

從上圖可以看出，采用信號特征匹配法對MarkⅫA Mode 5信號的進行識別，在信噪比6dB時正確識別率接近80%，信噪比在10dB以上時，能夠對Mode 5信號的正確識別。

5 結束語

MarkⅫA敵我識別系統是為滿足現代戰爭對敵我識別的需求，對現役的MarkⅩ、MarkⅫ所存在的問題而設計的新型敵我識別系統。本文針對MarkⅫA信號的脈沖特征，提出的信號特征匹配法可以實現復雜電磁環境下對MarkⅫA Mode 5信號的偵察識別，仿真結果驗證了該方法的有效性。

［1］黃成芳，何利民.敵我識別 MarkⅫA淺析［J］.電訊技術，2007，47(4):66-71.

［2］邱紅坤，楊建設，毛虎.MarkⅫA IFF系統及其信號消息格式［J］.電訊技術，2010，50(6):16-20.

［3］US.Department of Defense.Technical Standard for the ATCRBS/IFF/MarkⅫA Electronic I-dentification System and Military Implementation of Mode S.AIMS 03-1000A［R］.US.DoD，2006.

［4］錢眺，茅玉龍，查榮.IFF信號的分析與識別研究［J］.雷達與對抗，2008(3):45-48.