短波頻段內常見的美國軍標信號分析

張 杰，梅 林

（國家無線電監測中心上海監測站，上海 201419）

短波頻段內常見的美國軍標信號分析

張 杰，梅 林

（國家無線電監測中心上海監測站，上海 201419）

文章對短波頻段中常見的幾類美國軍標信號的通信模式、信號特征和監測方法進行了研究，以實際監測結果為例闡述了具體的監測方法和解碼手段。

無線通信技術；無線電監測；解碼

1 引言

美國軍標信號已發展成為當今世界技術最先進、體系最完備的軍用標準。許多發達國家都大幅度地采用了美國軍用標準，一些國際標準草案也以它為藍本來制定。上海監測站在日常監測過程中發現短波頻段中的美國軍標信號頻繁出現，諸如Link-11 CLEW，MIL-STD 188 110A，STANAG 4285等軍事信號。因此本文針對短波頻段中常見的這幾類美國軍標信號的模式及其監測方法進行闡述。

2 低速戰術數據鏈LINK-11 CLEW信號

2.1 Link-11 CLEW信號概述

Link-11 CLEW（Conventional Link Eleven Waveform）是20世紀60年代開始研發的一種低速戰術數據鏈，并于70年代在美國海軍開始服役。它是一種具有標準信息格式的自動化數據鏈，用于岸上基地、潛艇和水上艦艇的作戰指揮系統之間實時交換戰術數據。

利用Link-11 CLEW可完成目標監視、位置報告、任務管理、武器協同、電子戰情報和保密等目的，并可在HF頻段上進行超視距通信，可用于海軍戰斗群內艦艇之間的戰術數據交換。陸基控制中心也使用此類信號增加和擴大其監視區域的雷達覆蓋范圍。但是Link-11 CLEW信號也有自己的缺點，諸如：采用定頻技術，而不具備抗干擾能力；傳輸速率低，系統容量有限，不具備語音傳輸功能；采用網式體系結構及輪詢呼叫協定，網絡中必須設置一個網控臺，因此一旦遭受打擊將造成整個網絡崩潰。

日常監測過程中，我們主要定位這類信號于韓國、日本。由于地區與時間的限制，偶爾能監測到澳大利亞區域發射的這類信號。

2.2 Link-11 CLEW信號主要特征

Link-11 CLEW是一種網狀的半雙工數據鏈，使用并行傳輸體制和標準的信息格式，其調制方式是π/4-DQPSK。因此，Link-11 CLEW也可以看成是一種多載波π/4-DQPSK傳輸系統，這樣可以將發送的串行數據流分散到多個子載波上，降低了各子載波的碼元速率，從而提高了抗衰落和抗多徑的能力。

CLEW中的載波由16個單音（Tone）復合而成，這16個單音頻率分布在600～3000H z的范圍內。通常情況下使用的一組單音為935～2365H z，每兩個相鄰的子載波間隔為110Hz，再加上605H z和2915Hz共16個。其中，605Hz為多普勒音，用來校正因終端設備的相對運動或高頻信道的變化而引起的多普勒頻移，故不會被調制。從935Hz到2365Hz為14個數據載波，這14個數據載波包含了所要發送的信息。而2915Hz為最后一個子載波，同時也是同步音，它的相位有180°的跳變，主要用于接收端完成數據同步。

圖1 Link-11 CLEW信號光譜圖

CLEW共有15個數據單音。每個單音提供兩個通道（channels），這樣總共提供了30個通道，CLEW的每幀數據包含30個比特，這30個比特在30個通道上并行傳輸，傳輸每幀花費的時間就成為一個幀傳輸間隔，每個幀傳輸間隔為22m s或者13.33m s。如果每幀的幀間隔為22m s，則傳輸速率為1365b/s，如果幀間隔為13.33m s，則傳輸速率為2250b/s。

2.3 Link-11 CLEW信號電文內容

Link-11 CLEW數據幀中的數據都是利用漢明文的格式進行編碼的，由于該模式發送的是戰術數據鏈信息，因此利用解碼軟件分析出的內容是長度為30位的十六進制數字。以下列舉出：

第一部分：控制站對每個待接收信息的接收站進行輪詢

第二部分：控制站向有應答的接收站發送戰術數據

第三部分：控制站結束發送數據信息

2.4 Link-11 CLEW信號監測方法

將短波接收機的接收模式調到上邊帶（USB）接收模式、中頻帶寬設為3.3kHz以上（保證信號頻譜落在接收帶寬內）即可對Link-11 CLEW信號進行接收。在對Link-11 CLEW信號的日常監測過程中，此類信號由于其組成特性，有時候為左右對稱、完整型的（解調方式既可用USB也可用LSB），有時候是只出現左半部分（解調方式只能用LSB），還有的時候只出現右半部分（解調方式只能用USB）。

用專門的信號解碼軟件在對Link-11 CLEW信號進行解碼的時候，需注意將導頻線安置在該信號的多普勒音位置（即605Hz處），解碼軟件將自動分析出信號內容。圖2、圖3分別為Link-11 CLEW信號的解碼窗口以及相位圖（Phase Plane）。

圖2 Link-11 CLEW解碼窗口

圖3 Link-11 CLEW Phase Plane

在日常監測過程針對這些頻率進行進一步的監測工作，這類信號的基本特征如表1所示。

表1 Link-11 CLEW信號基本特征

3 MIL-STD 188 110A信號

3.1 MIL-STD 188 110A信號概述

MIL-STD-188-110A標準信號采用了3kH z帶寬，調制方式為8-PSK，數據速率在不加編碼的條件下最高只有4800b/s，目前我國短波調制解調器標準大多以該標準為基礎而建立。MIL-STD-188-110A詳情定義了FSK無線電電傳、PSK單音/連續音、16音差分相移鍵控及39音四相相移鍵控的并行調制解調器。110A系列信號主要分為三種模式：MIL-STD 188 110A、MIL-STD 188 110A 16-Tone與MILSTD 188 110A 39-Tone。根據對日常監測數據的分析，本文主要介紹MIL-STD-188-110A信號。

MIL-STD 188 110A在短波模式中是一種比較常見的軍標信號，該信號模式被美國國防部指定為“軍事標準的互操作性和數據調制解調器的性能指標”。其主要波形如圖4所示。

圖4 MIL-STD 188 110A信號

圖5 MIL-STD 188 110A 發射、接收框圖

而用于MIL-STD 188 110A信號發射、接收的大體框圖如圖5所示。

⊙ 獲得的帶通波形（A cqu ired Passband Waveform）：輸出一個以1800Hz為中心的帶通MIL-STD 188 110A波形。

⊙ 頻率轉換器（Frequency Translator and Channel）：將信號降頻轉換為復雜的基帶信號，并通過多種通道進行處理。

⊙ 接收機（Receiver）：執行同步和基帶處理，并輸出文本信息。

3.2 MIL-STD 188 110A信號的主要特征

MIL-STD 188 110A在一個頻率為1800Hz的單一載波上采用了八進制相移鍵控作為數據傳輸的調制技術。將串行二進制信息（原始數據）轉換成一個單一的8-PSK調制載波后輸出。而無論用戶的實際數據速率是多少（75～4800b/s），該輸出載波波特率總是2400Bd。而在MIL-STD 188 110A信號中也運用到了FEC和交織技術，這兩類技術可以抑制由衰落、頻率漂移、多徑效應及突發噪聲等對傳輸過程中產生的不良影響。

表2 MIL-STD 188 110A信號基本特征

在日常監測過程中，熟悉MIL-STD 188 110A信號的操作波形特征對于開展該類信號的分析、解碼至關重要。表3對于MIL-STD 188 110A信號的不同波形進行了詳細的枚舉。

表3 MIL-STD 188 110A信號操作波形特性

在MIL-STD 188 110A信號模式中，FEC編碼功能由一個編碼率為1/2的卷積碼在150b/s和300b/s上重復編碼完成，如圖6所示。這兩個求和節點將作為跳頻操作，即對于每個比特輸入到編碼器，須采取兩個比特作為從編碼器的輸出。對于輸入速率為2400b/s，1200b/s，600b/s的輸入編碼產生的輸出速率應該分別為4800，2400，1200b/s的編碼輸出。對于300和150b/s數據速率的輸入，重復輸出比特適當數量的次數生成一個1200b/s的編碼比特流。在速率為75b/s時，使用不同的發送格式以及有效編碼率的1/2以產生一個150b/s的編碼流。

圖6 FEC編碼流程圖

3.3 MIL-STD 188 110A信號監測方法

將短波接收機的接收模式調到上邊帶（USB）或下邊帶（LSB）接收模式、中頻帶寬設為3.3kH z以上（保證信號頻譜落在接收帶寬內）即可對MILSTD 188 110A信號接收。一般而言MIL-STD 188 110A信號的用戶數據是以二進制模式，因此上層協議需要進一步處理這個數據流。基于這個原因，在MIL-STD 188 110A信號的解碼過程中，需手動選擇信號的文本輸出類型：二進制、十六進制、ASCII同步、ASCII異步，如圖7所示。

圖7 MIL-STD 188 110A信號解碼圖

在ASCII異步模式中，比特流是作為一種ASCII異步結構來傳輸的。在傳輸每個數據字符之前，先發送一個叫開始位的二進制位，當接收端接收到這一信號時，就知道相繼送來的7位二進制位是一個字符數據，在此之后，再給出1位或2位二進制位，稱為結束位。在解碼軟件中，當接收超過3個空字符或者數據違反異步數據結構規則8次以上，停止解碼。

圖8 MIL-STD 188 110A Phase Plane圖

而在ASCII同步模式中，每8位表示一個字符；在十六進制模式中，解碼得出的即為數據本身。

現在主流的解碼軟件諸如Go2Signal，WAVECOME公司開發的W系列解碼軟件等都可以對MIL-STD 188 110A信號進行解碼。解碼過程中，解碼器的中心頻率應該設置到1800Hz，在這幾款解碼器中，微小的頻率量是可以自動補償的，圖8中比較直觀地展示了MIL-STD 188 110A相位圖。

具體解碼內容如下所示（用戶數據傳輸速率為1200b/s、短交織方式）

4 STANAG-4285信號

4.1 STANAG-4285信號特征

STANAG 4285信號主要有多個子模式（75b/s～2400b/s）和兩個不同的交織方式（短交織和長交織）構成，為北約軍隊使用的高頻通信標準。這種信號的中心頻率被設置成固定的1800Hz且不能改變，平坦的頻率響應主要從600Hz到3000Hz。解碼器有兩個主要的操作模式“時隙模式”、“消息模式”。在時隙模式中解碼器每0.1067秒識別一個STANAG，而在消息模式中，同時識別整條STANAG消息（多個時隙）。

表4 STANAG 4285信號基本特征

而用戶數據以連續幀結構的方式被發送出去，每一幀都以一個包含80個字符時長為33.33m s的前導序列開始。

圖9 STANAG-4285波形結構

在圖9中可以發現STANAG 4285信號波形如下特點：波形傳輸格式包括前導訓練序列及其后的兩個或者更多的數據區，每一個數據區后面是一個訓練序列，前導序列后面緊跟著數據字段，其中包含了戰術數據系統（Combat Data System）編譯碼設備所用到的信息。如果一個參與單元有數據要傳輸，連續的數據區中間穿插著訓練序列。最后一塊數據字段是標志報文結束的結束字段（EOM），整個傳輸以一個重新插入的訓練序列結束。

同時，STANAG 4285信號的波形使用了一個1800Hz 的PSK載波以及與MIL 118-110A一樣的2400b/s符號率。這種信號的波形并沒有自適應能力，而且在數據開始傳輸之前，該信號的發射器和接收器必須設置為相同的數據傳輸率和相同的交織模式。

表5 STANAG 4285信號操作波形特征

該信號模式使用了M-PSK調制方式以及差異化的前向糾錯（FEC）編碼速率，用戶輸入的串行二進制信息（原始數據）可以在不同的用戶速率下進行發送，詳細如表5所示。

4.2 STANAG-4285信號監測方法

該類信號同樣使用短波接收機（G33DDC）上邊帶（USB）接受模式進行監測與錄音。中頻帶寬設為3.3kHz以上（保證信號頻譜落在接收帶寬內），以獲得完整的信號。其余解碼操作與MIL-STD 188-110A信號相似，不予贅述。圖10、11分別為該信號的識別過程、解碼過程（相位圖）。

圖10 STANAG 4285信號識別

圖11 STANAG 4285信號解碼

STANAG-4285信號解碼內容如圖12所示（1200 b/s, Short, S5066 SYNC 8Bit）。

圖12 STANAG-4285信號解碼內容

5 結束語

本文對短波頻段內常見的三類美國軍標信號進行了介紹，詳細闡述了其信號特征及監測方法，以期能夠給無線電監測工作的同行一些啟發。■

[1] Technical Handbook for Radio Monitoring HF, Books on Demand GmbH, 2009.

[2] Signal Analysis for Radio Monitoring, Books on Demand GmbH, 2013.

[3] W-Code Manual V8.5.1, WAVECOMELEKTRONIK AG, 2014

[4] 翟利超等．數據鏈及其對抗方法研究[J]．艦船電子對抗，2004,(12):26-29

[5] 林燕，李立偉，牛忠霞．美軍戰術數據鏈信息標準[J]．國防科技，2004,(2):22-25

Analysis for Comm on US Military Standard Signals in Shortwave Band

Zhang Jie, Mei Lin
(The State Radio Monitoring Centre Shanghai Station, Shanghai, 201419)

This paper analyzes the principles, applications, signal character and monitoring methodology of several US m ilitary standard signals in shortwave band. In order to give colleagues some inspiration and help, it describes the monitoring and decoding methods by using actual results.

W ireless communication technology; radio monitoring; Decoding

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.04.017

TN 92，TN 98

A

1672-7274（2017）04-0055-06

張 杰，男，本科，助理工程師，現任職于國家無線電監測中心上海監測站。

梅 林，男，碩士研究生，助理工程師，現任職于國家無線電監測中心上海監測站。