敵我識別S模式信號調制特征分析

周浩天　王俊文　張慶慶

摘要：S模式的調制信號中包含了豐富的目標狀態參數。介紹了S模式詢問和應答信號導前脈沖和數據段的調制方式，分析了S模式敵我識別信號調制方式與功率譜密度、信號帶寬的關系。仿真生成S模式詢問和應答的基帶信號，通過短時傅里葉變換分析信號的局部時頻特性。敵我識別S模式信號調制特征的分析為對敵我識別信號的截獲解譯提供了理論支持。

關鍵詞： S模式；敵我識別信號；調制特征

敵我識別（IFF）在現代信息化戰爭中發揮重要的作用，用于鑒別目標的身份屬性，它可以增強作戰指揮的準確性和各作戰單位之間的協調性，降低誤傷概率[1]。S模式是在Mark XII的基礎上擴展的一種新的工作模式，S模式使用離散尋址詢問數據鏈路技術，是一種具有監視和數據鏈通信功能的新型二次雷達，它的主要工作方式就要對每一架飛機都指定一個獨一無二地址碼，并能自適應詢問功率與目標的距離相匹[2][3]。S模式通過數據鏈將提供給飛機駕駛員請求、接收、交換諸如氣象數據、咨詢信息、飛行計劃填空和許可證交付的信息能力，無須中斷標準的空中交通管制通訊[4][5]。S模式信號包含豐富的目標信息，并且在現代戰爭和民航交通空中管制中都有廣泛的應用，因此S模式敵我識別信號可以作為獲取目標態勢的重要來源。

1 S模式信號樣式

1.1 詢問信號樣式

詢問信號的載波頻率為1030MHz，以 P1 和 P2為兩個 0.8μs的脈沖起始，脈沖間隔2μs。P2脈沖后面緊臨一個信息脈沖 P6，P6 為 56 或 112 bit的編碼脈沖，脈寬0.5μs，信號總的持續時間為 16.25μs （短） 或者30.25μs （長）。其中，導前脈沖P1和P2脈沖采用PAM調制，數據段P6采用DPSK調制。P6信息編碼為：當二進制為1時，進行載頻倒相；當二進制為0時則不倒相。P6調制速率為4Mbit/s。

1.2 應答信號樣式

應答信號的載波頻率為1090MHz，由導前脈沖及56或112bit的數據段組成。導前脈沖共由4個脈沖組成。脈沖寬度為0.5μs，脈沖時序為0、1、3.5、4.5μs。導前脈沖共占8μs 時間，即從第一導前脈沖與數據段的間隔為8μs。導前脈沖用于S 模式應答引導脈沖，數據段是PPM調制。1μs時間間隔對應于信息的一個比特。前0.5μs有脈沖，則信息為“1”，后 0.5μs有脈沖，信息為“0”。數據比特率為1Mbit/s，數據段最后24bit形成一個合并的奇偶位和地址字段。

2 信號的調制特征

2.1 詢問信號的調制特征

S模式詢問信號導前脈沖采用PAM調制，PAM調制信號的功率譜密度為

PPAM（f）=Ts16[sinπ（f+fc）Tsπ（f+fc）Ts2+sinπ（f-fc）Tsπ（f-fc）Ts2]+116[δ（f+fc）+δ（f-fc）]（1）

其中，Ts為碼元速率，fc為載波頻率。

PAM調制時信號帶寬為碼元速率的2倍，詢問信號導前脈沖的信號帶寬為2.5MHz。

詢問信號的數據段采用DPSK調制。DPSK解決了BPSK相干解調時，由于載波恢復中相位有0、π模糊性，導致解調過程出現“反向工作”的問題。DPSK是利用前后相鄰碼元的載波相對相位變化傳遞數字信息。

DPSK調制信號的功率譜密度為

PDPSK（f）=Ts4[sinπ（f+fc）Tsπ（f+fc）Ts2+sinπ（f-fc）Tsπ（f-fc）Ts2]（2）

其中，Ts為碼元速率，fc為載波頻率。

DPSK調制時信號帶寬為碼元速率的2倍，詢問信號數據段的信號帶寬為8MHz。

根據S模式詢問信號的時序仿真詢問信號的基帶信號。絕對碼為1時，數據段相位變化為π。其中，絕對碼共56位，1和0交替變化；載波頻率10MHz。通過短時傅里葉變換分析基帶信號的時頻特性，如圖1所示。

通過圖1可以看出詢問信號的導前脈沖和數據段以及由DPSK調制引起的基帶信息的變化。由于碼元寬度的減小，S模式詢問信號的數據段的信號帶寬大于導前脈沖的信號帶寬。

2.2 應答信號的調制特征

S模式應答信號的導前脈沖采用PAM調制，數據段采用PPM調制。應答的信息包含在數據段內，信息通過PPM進行編碼，每個比特位置均持續1μs。

PPM其實就是PAM調制的一種變換形式，這種編碼形式抗干擾能力很強，能夠抑制干擾會在某個位置上的脈沖或是在鄰近的位置上插入一個脈沖。S模式應答信號導前脈沖和數據段的信號帶寬均為4MHz。

根據S模式應答信號的時序仿真應答信號的基帶信號。其中，數據段56bit，1和0交替變化編碼；載波頻率10MHz。通過短時傅里葉變換分析基帶信號的時頻特性，如圖2所示。

短時傅立葉變換能夠反映信號的局部頻譜性，從時頻特性方面可以識別出S模式詢問信號和應答信號以及不同調制方式的差別。因此時頻特性可以作為分析識別敵我識別信號的一種手段。

3 結語

S模式敵我識別信號不僅可以用于識別目標身份，而且是一種達到歐洲核心地區數據鏈路要求的標準數據鏈路，得到了廣泛的應用。本文介紹了S模式敵我識別的信號特點、信號樣式及調制方式，對比分析了不同的調制方式對敵我識別信號的影響。S模式敵我識別信號的調制特征的分析為對其偵測提供一定的理論基礎，也為分析其他類型的敵我識別信號提供一定的理論指導。

參考文獻：

[1] 周長仁，王桂軍.北約敵我識別系統現狀及發展趨勢[J].現代軍事，2011，1：5659.

[2] Datasheet.Mode S Today，US：Web.mit.edu，2000.

[3] Datasheet.Mode S， Europe：Eurocontrol EATM，2000.

[4]張尉.二次雷達原理[M].北京：國防工業出版社，2009.

[5]闞茜.空中交通管制S模式二次雷達信號處理系統研究[D].南京：南京理工大學，2008.

作者簡介：周浩天（1988），男，博士，研究方向：通信與信息系統。