敌我识别侦察系统性能需求分析

邱宏坤,杨建波,刘 鹏

（空军航空大学,长春 130022）

0 引 言

敌我识别器（IFF）是对雷达所探测、发现目标进行敌我属性识别、形成完整战场态势的主要实战装备,在现代战争中起着举足轻重的作用。敌我识别系统侦察是指通过对敌方IFF信号的侦收、识别与定位,引导敌我识别干扰平台对敌方IFF系统进行攻击、干扰或破坏等综合对抗活动。敌我识别侦察系统性能需求分析,从作战使用需求出发,依据现实条件确定对敌我识别侦察系统的能力需求。

1 需求分析的方法

对电子战系统进行性能需求分析的方法主要分为基于侦察系统功能和基于侦察系统信号的仿真分析方法。

（1）侦察系统功能仿真

功能仿真又称作系统截获信号能力仿真或系统方案仿真,它主要用于侦察系统总体方案设计阶段,以寻找最佳侦察系统方案为目的。侦察系统功能仿真仅考虑信号在探测、截获、存储等方面能否与实际的输入信号相匹配,而不涉及各分系统的具体构成及具体的处理步骤。以敌我识别侦察系统为例,侦察系统功能仿真是以敌我识别系统信号传输方程为理论基础。

（2）侦察系统信号仿真

侦察系统信号仿真是指通过对装备的核心部件（比如侦察接收机、信号处理机等）进行仿真,实现系统内部数据流动与处理的动态闭环仿真,较真实地重现了侦察系统的信号工作流程。以敌我识别侦察系统为例,信号仿真需仿真电磁环境中有可能被侦察接收机截获到的各种敌我识别信号及其它雷达通信信号（信号特征包括波形、载频、频谱、功率强度等）,同时通过对信号的分选、识别和定位算法实现对侦察系统的性能分析。

敌我识别系统性能需求分析主要从侦察系统的截获能力方面,即从空间、能量和频率上来考虑,提出系统的战术及技术性能指标。在能量上分析侦察系统的侦察灵敏度,采用了基于功能的仿真方法,功能仿真过程中不需要详细了解每个信号经过接收机各级后的幅度、频率及相位特性,大大简化了系统建模工作。

2 侦察系统空域覆盖范围

敌我识别系统由询问机和应答机组成,询问机发射询问信号,应答机接收到询问信号后,解码确认后发射应答信号。询问机和应答机之间通过“一问一答”的形式完成一次识别,所以说对敌我识别系统的侦察分为对询问机信号和应答机信号的侦察。

2.1 对询问机的侦察

询问机通常同一次雷达配合使用,对一次雷达探测的目标进行询问和识别,并将识别的“友”、“敌”信息显示在一次雷达的显示器上。当一次雷达发现目标后,询问机向目标发射一串经过加密的询问信号,如目标是己方的且装有应答机,应答机将对询问信号进行解码,并自动转发应答信号。询问机对应答信号进行解码后,输出一个识别标志给一次雷达显示器,与该目标回波同时显示,如图1所示。

图1 雷达显示器上目标回波和识别信号示意图

由图1可知询问机只对雷达已探测到的目标发射询问信号,进行询问和识别。这就给询问信号的侦察造成了很大的难度,侦察平台很难对准询问机主瓣进行侦察,只能通过旁瓣实现侦察,如图2所示。

图2 IFF询问机旁瓣侦察示意图

对询问机进行旁瓣侦察,要求侦察系统具有360°的方位覆盖,采用全向天线进行侦察,以尽可能地侦收到询问机信号。全向侦察天线增益很小,侦察体制又为旁瓣侦察,对系统侦察灵敏度提出了很高的要求。

2.2 对应答机的侦察

敌我识别应答机主要有4种工作状态:关闭状态、值班状态、正常工作状态和紧急状态。

（1）关闭状态。应答机置于此状态时,控制单元将停止工作,但在一些系统中不支持此状态。

（2）值班状态。当应答机处于值班状态时,系统电源和发射机接通,一旦接到手动或自动应答指令后,系统将由值班状态转入正常应答状态。

（3）正常工作状态。在此状态下,系统将对确认后的询问信号做出应答。

（4）紧急状态。当应答机处于此工作状态时,系统只对不同模式询问信号的紧急询问做出应答。

当应答机工作在正常工作状态或紧急状态时,才可实现对敌我识别应答信号的侦察,由于应答机采用全向天线,所以说各个角度很容易实现对应答信号的侦察。以空基应答机为例,应答机可覆盖方位φ=360°,俯仰 θ=±30°的空间范围,如图3所示。

图4表示的是不同仰角应答机天线增益（以dB为单位）,从图中可以看出应答天线俯仰覆盖大致为θ=±30°的空间范围,俯仰角大于±30°的情况下,天线增益会出现损耗,仰角越大损耗越大。

图3 应答机应答天线空间覆盖范围

图4 不同仰角应答机天线增益

为保证侦察平台的安全,一般情况下对应答机信号的侦察需在较远的距离上进行,也就是做到远距离侦察。所以侦察平台很容易落到应答天线θ=±30°的空间范围内,不会出现天线增益损耗。同时为保证对应答机很好的一个空间覆盖,在侦察天线的设计中也需要有一定的俯仰空间覆盖,可设为θ=±30°。

3 侦察系统灵敏度

实现信号侦收的最基本条件之一就是必须要有足够强的辐射源信号能量进入侦察系统,其中足够强的含义就是指侦收信号能量要高于侦察系统的灵敏度Prmin。

3.1 侦察链路损耗

图5描述的是从信号的发射到侦察系统的接收,信号功率链路传输过程（以dB形式表示）。从图中可以得到从信号的发射到侦察系统接收的功率,若使侦察系统能有效地侦测到信号,侦察系统的灵敏度要小于信号从发射到侦察系统接收的最小功率。

图5 信号传输链路传输路径

式中:f为信号频率；R为侦察距离。

考虑到有关馈线和装置损耗条件下,损耗L约为11.7～13.5 dB。具体损耗如下:

（1）从发射机到发射天线之间的馈线损耗≈3.5 dB；

（2）发射天线波束非矩形损失≈1.6～2 dB；

（3）侦察天线波束非矩形损失≈1.6～2 dB；

（4）侦察天线增益在宽频带内变化所引起的损失≈2～3 dB；

（5）侦察天线与接收信号极化失配损失≈3 dB。

所以可以得到侦察天线对准敌我识别系统天线主瓣进行侦察时,所需侦察系统灵敏度为:

3.2 询问信号侦察灵敏度

敌我识别系统典型询问功率为2 000 W,发射天线增益为 30 dB左右,询问信号频率为1 030 MHz,馈线和装置损耗设为14 dB,代入式（3）,可得出侦察距离为R主瓣侦察所需系统灵

设接收到发射信号的最小功率即为侦察系统的灵敏度,可得系统灵敏度计算:

式中:Prmin为侦察系统灵敏度；Pt为发射功率；Gt为发射天线增益；Lf为空间路径损耗；L为馈线和装置损耗。

Lf为自由空间传输路径损耗:敏度:

对询问信号的侦察采用了旁瓣侦察的方法,询问波束旁瓣的天线增益要比主瓣增益低很多,大约为30 dB左右。

可以得出侦察距离为R,对敌我识别系统实施旁瓣侦察时所需系统灵敏度为:

取侦察距离分别为100 km、200 km、300 km、400 km,对敌我识别系统询问机实施旁瓣侦察所需系统灵敏度如表1所示。

表1 不同距离询问信号侦察系统灵敏度

3.3 应答信号侦察灵敏度

敌我识别系统典型应答发射功率为500 W,应答天线为全向天线（天线增益可设为0 dB）,询问信号频率为1 090 MHz,馈线和装置损耗设为14 dB,代入式（3）,可得出侦察距离为R所需系统灵敏度:

取侦察距离分别为100 km、200 km、300 km、400 km,对敌我识别系统应答机实施侦察所需系统灵敏度如表2所示。

表2 不同距离应答信号侦察系统灵敏度

综合侦察系统对敌我识别询问及应答信号的系统灵敏度,在设计敌我识别侦察系统时,侦察系统灵敏度应设为-100 dBm,或更小。

4 侦察接收机工作体制

从第二次世界大战IFF系统出现以来,IFF系统已经经历了60多年的发展历程,最具代表性的IFF系统主要有MARK Ⅹ、MARK Ⅻ、MARK ⅫA和S模式,其主要的技术参数如表3所示。

表3 敌我识别系统及其技术参数

从表3可看出,敌我识别系统工作频率固定:询问频率1 030 MHz,应答频率1 090 MHz,但系统工作模式复杂,信号调制样式多样。

侦察系统若要实现对敌我识别系统的侦察,需要在侦察频段上覆盖敌我识别系统的工作频率。MARK和MARK系统信号调制方式为PAM调制,所占频率带宽较窄；而Mode S和MARK A系统采用扩频调制技术,工作频段较宽,尤其是MARK A系统Mode 5采用基于Walsh编码的软扩频技术,调制方式为最小频移键控（MSK）调制,码速率为16 MHz,所以需要频带较宽的接收机才能实现对信号的完全接收,频率上达到侦察系统的要求。图6为采用双通道体制的侦察系统接收机工作原理框图。

图6 侦察接收机工作原理框图

侦察系统通过天线收到频率为1 030/1 090 MHz的询问信号后,通过混频器把信号频率降为60 MHz的中频信号。中频信号的处理采用双通道体制,分别为窄带通道和宽带通道,窄带与宽带通道的运用使得系统具有同时处理所有模式信号的能力。

窄带通道中,带通滤波器1的带宽为10 MHz,用来处理信号调制方式为PAM的Mode1,2,3/A,4信号和调制方式为DPSK/PPM的Mode S信号；宽带通道中,带通滤波器2的带宽为20 MHz,用来处理信号调制方式为MSK的Mode 5信号。

5 结束语

本文从侦察系统的截获能力上,提出了敌我识别侦察系统战术及技术指标,对敌我识别侦察系统设计需求分析有一定的参考价值。但仅从功能上来考虑侦察系统的截获能力是不够准确的,基于信号的仿真可更为细致地分析系统的工作流程,可为敌我识别侦察系统的关键技术需求提供更为可靠的依据。

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