战场敌我识别系统及其主要技术分析

刘万洪，葛海龙，柯铭铭，郎 杰

（63892部队 河南 洛阳 471003）

敌我识别（Identification Friend or Foe，IFF）技术被广泛用于各种作战飞机，船舶（船）平台和地面防空导弹系统，可以大大提高各作战单元的作战指挥、控制和协调，加快作战反应，减少意外伤害的可能性。快速准确地识别战场上的敌人，是打败敌人的一个先决条件，更是实现一体化联合作战的一个关键因素。在美军近年的几场战争中，就出现了因错误识别而造成误伤自己的事件。美军在上世纪90年代的海湾战争中，误伤事件的28起就有11起是因为目标识别方面出了问题。而在本世纪的美伊战争期间，由于敌我识别系统失误，美国的F-16战斗机误炸了“爱国者”导弹阵地，美国的“爱国者”导弹击中了英国的旋风式战斗机。这些事实充分证明，先进、可靠的敌我识别系统和敌我识别对抗技术的研究和开发，是如今世界各国必须高度关注的重点[1-2]。

1 敌我识别系统及其工作模式分析

敌我识别系统[3]分为协同式敌我识别系统、非协同式敌我识别系统和综合敌我识别系统。协同式敌我识别系统按应答手段可分为有源和无源2种；按询问方式可分为雷达敌我识别系统和激光敌我识别系统。雷达敌我识别系统主要用于远距离作战，激光敌我识别系统主要用于近距离的战场作战，二者相辅相成。

1.1 协同式敌我识别系统

协同式敌我识别系统[4]（CooperativeTarget Recognition，CTR），就是为了获取目标敌我属性信息，识别方与被识别目标之间相互配合的一种工作方式。其优点是识别过程简单、速度快、精度高，系统体积小易于装备和更换，密码有效期短，并可有效防止敌方对我方密码的测控、破译和利用。协同式敌我识别系统（IFF，IdentificationFriend or Foe）系统基本上是询问应答式系统。该系统由目标应答机接收询问机发出的一个无线电询间信号，如果应答机接收到电子代码正确的询问信号，则应答机将自动发送出所请求的应答信号给询问机，询问机对应答信号正确解码后，目标的敌我属性就能被正确识别。

1.2 非协同式敌我识别系统

非协同式敌我识别系统[5]（Non-Cooperative Target Recognition，NCTR）则是通过传感器对被识别目标结构特征（目标二维投影的长度、宽度、周长和面积等）、统计特征（均值和均方偏差等）、空间特征（方向、位置、速度和距离等）和辐射参数信号特征进行观测，并将被识别目标看作系统的外部环境，依靠系统处理器对数据进行相关分类、特征匹配等综合分析、采取特定算法，基于多方信息来综合确定目标的敌我属性。这种工作方式是通过信息融合技术，利用各种不同传感器收集的信息汇总到数据处理中心，经过数据处理分析最终得到识别结果。其优点主要有：1）被识别目标技术上不需要做任何配合，2）对战场上所有探测到的信息（如：目标的电磁辐射和反射信号、红外辐射、声音信号、光电信号、GPS信息等）可充分加以利用，3）能同时对多目标进行识别，作用范围大，各种作战武器可共享其识别结果，但其计算量大且时间长，结构负杂，加上数据融合处理方法目前还不够完善，识别的可靠性很难保证，因此不能作为一个独立的识别系统的使用，但可作为辅助识别手段，为战场指挥和决策提供信息。

1.3 新型敌我识别系统

新型敌我识别系统[5]是敌我识别技术不断发展的必然结果，它应用数据融合、专家系统、模糊理论及神经网络等新技术，利用敌我识别器、热源、视觉及红外的数据，配合严密的空间管理及通信联络，以提高识别系统的性能。其主要由两部分组成，一部分是直接分系统，由用户直接识别未知目标。另一部分是间接分系统，向用户提供有关目标潜在的信息，计算机通过这些信息的分析判断进行识别。直接分系统又分为两种：一种是需要目标与其协作；另一种则无需目标的协作，如探测雷达。这种技术靠分析被观测的平台特性（如射频辐射、雷达调制、喷气式发动机调制及红外与声频信号特征等），无需己方回答，从而进行正确的识别。

1.4 敌我识别系统的工作模式

敌我识别系统的工作模式[1-2，6-7]有民用工作模式和军用工作模式。其中民用工作模式有A、B、C、D 4种，军用工作模式有 1、2、3、4、5 5种。 其中，民用模式 A同军用模式 3几乎完全相同，所以也称为模式3/A。模式B为完全民用模式，模式C军民兼用，用于高度询问，模式D为备用模式，模式1、2、4、5 仅用于军用识别。

另外还有一种选择性询问模式S，该模式对每一架飞机都分配一个特定的识别码，进行一对一的点名问答，每次只询问一架特定的飞机，且每一询问要求不同的问答，因此S模式具有很高的识别效率和安全性。下面以Mark-XII敌我识别系统为例作以分析。

Mark-XII敌我识别系统工作模式有5种，模式1、2、4用于识别军用飞机和和舰船，模式3/A和C用于航空交通管制，其询问频率工作在1 030 MHz，应答频率工作在1 090 MHz。

除模式4外，其他模式询问的信息均由询问脉冲P1和P2之间的时隙长度来表示。为使询问器天线波束旁瓣辐射的询问信号不触发应答器，在脉冲P1过2μs之后脉冲P2再发送。只有当P1比P2的电平大于9 dB时，应答器才响应并发送应答信号。模式4利用32位编码脉冲组作为询问信号使其保密性大大提高。应答信号是编码脉冲组，除模式4之外，应答信号的信息脉冲位于同步脉冲F1和F2总是作为应答信号的一部分发送。脉冲组重复周期为1.45μs，脉冲宽度为0.45μs。模式4用3个脉冲的脉冲串作为其应答信号，为进行时间编码，脉冲串的起始时刻可以改变。脉冲串的起始时刻利用16个可能的时延传输有限的信息。模式1、2、3/A、C都采用三脉冲体制进行询问，都采用脉冲幅度调制（PAM）进行询问和应答。

需要指出的是，由于应答机的地址没有分配，当询问机发出询问信号时，应答机只要在询问波束范围内，就会做出应答（模式4的波束内的友方会应答）。而询问机如果在应答覆盖的范围内，就能收到应答信号，所以询问机容易造成误解码，从而形成误判。

2 敌我识别系统主要技术分析

敌我识别系统中询问机的工作波束较宽，而应答机为全向应答，会受到己方的异步干扰和交错干扰，识别效能会大大降低。采用“应答”方式，一旦敌我识别系统因故障或关闭而无法作出应答时，将会产生误判。其工作频率固定又使其易受敌方同频率的大功率阻塞干扰机威胁，尤其是当许多识别系统同时工作时窜扰、混扰显得更为突出。传统的敌我识别系统因为工作在L波段，战场上难以消除风雨、沙暴、硝烟等影响。在战场态势快速变化的现代作战环境下，又因波束很难做窄，所有区分近距离的陆地战场目标就很困难。因此，敌我识别系统采用了许多技术措施，以提高系统的识别性 能[3，8-9]。

2.1 旁瓣干扰抑制技术

敌我设备系统采用旁瓣抑制技术消除旁瓣引起的绕环效应，以提高方位角分辨率。旁瓣抑制有普通旁瓣抑制及和差旁瓣抑制两种。前者是早期的旁瓣抑制技术，它用一个辅助天线产生在方位面无方向性的辐射去“淹没”IFF系统定向天线的旁瓣，通过接收系统中的幅度比较器来实现旁瓣抑制的目的。和差旁瓣抑制要求IFF天馈线首先要产生一个和波束（S）和一个差波束（Δ），用差波束去“淹没”和波束的旁瓣。显然和差旁瓣抑制技术不仅能抑制旁瓣而且能有效地锐化主波束，使IFF系统有一个比原始波束更窄的有效波束，从而提高了IFF系统的方位分辨率。

一次雷达作用距离与发射功率成四次方根关系，而敌我识别系统二次雷达的询问机作用距离与发射功率成二次方根关系，如式（1）所示。

因此，旁瓣引起应答的可能性比一次雷达大得多，特别是在识别目标附近时，各旁瓣都可能引起应答，产生所谓的”绕环”效应而形成干扰，造成方位精度下降，分辨力降低。

在采用和差询问旁瓣抑制时，天线及馈线系统首先通过逻辑网络产生和波束、差波束，如图1所示，和波束发射P1和 P3，差波束发射P2。

和差旁瓣抑制的技术原理是：在距离P1 2μs处设一个询问旁瓣抑制脉冲P3，P3在P1和P3之间。P1、P2、P3脉冲由模式产生电路产生，其时间间隔固定，调制成射频信号后经功率放大器放大后至PIN开关，分为两路脉冲，一路由天线和端口馈入，形成如图2实线所示的等幅同相输出的和方向图；一路由天线差端口馈入，形成如图2虚线所示的等幅反相输出的差方向图。

图1 和波束及差波束示意图Fig.1 Sum beam and difference beams schematic diagram

图2 某敌我识别器询问天线水平方向图及应答关系Fig.2 IFF asked antenna horizontal pattern and response relationship schematic diagram

图中所示的3个区域的天线方向图对应的应答区如下：

1）当P1、P3的幅度比P2小，和波束增小于差波束增益，此时在距离中心±7.5°以外范围，此区域即使收到询问脉冲信号，应答机也不应答；

2）当 P1、P3比 P2大 0～9 dB，此企业为模糊应答区，即在距中心±3～7.5°范围内；

3）当 P1、P3比 P2大9 dB以上，应答机才应答，此企业在距中心±3°范围内。

2.2 非同步干扰抑制技术

非同步干扰的情形如图3所示，它是由敌我识别器的自身特性而产生的。图中所示，当“询问机1”向“机1”“机2”发出询问时，目标机“机1”“机2”将作出应答并发送应答信号。由于敌我识别系统的频率相同，图中的“询问机2”也会收到“机1”“机2”的应答信号，这个应答信号对于“询问机2”来说就是非同步干扰。我们知道，其实这个应答信号是由“询问机1”触发产生的，而不是由“询问机2”触发的。对于“询问机2”来说，非同步干扰必须得到抑制，否则在“询问机2”的显示器上将会跳跃地出现许多不同距离的目标标志。而如果战场上被识别的目标机较多时，敌我识别系统将会造成混乱繁杂的显示而影响识别效果。

图3 非同步干扰形成图Fig.3 Non－synchronous interference formed schematic diagram

而非同步干扰抑制技术就是为了克服这一不利状况，其工作原理是：当“询问机1”发出一次询问，“目标机”根据“询问机1”发来的询问给出应答信号。需要注意的是，“目标机”发出的应答码出现的时间与“目标机”相对于“询问机1”的距离，二者是相关的，而这一相关性正是用来抑制非同步干扰的。如图中所示，“目标机”发出的应答信号对于“询问机2”来说，因为应答码出现的时间与“目标机”相对于“询问机2”的距离不具有相关关系，因此是非同步干扰。非同步干扰抑制技术就是对于具有相关关系的信号保留用于识别，而对于无相关关系的信号加以去除。具体来说，就是“目标机”每次发出识别询问时，同时触发相关波形计数器开始工作，距离计数器每计完10个CP（代表一个距离单元）就计数一次，距离单元总数与一个雷达周期相对应。距离计数器计数的结果对应距离存储器的地址码，距离存储器的作用是将一系列相隔一个距离单元的回波信号存储起来。同时，相关定时逻辑提供定时控制信号，用来刷新距离存储器及存储器逻辑，相关定时逻辑地址由相关波形计数器提供。因此在一个询问周期内，在定时信号的控制下，逻辑中新的应答信号不断被存储器刷新并与旧的应答信号相比较。若新的应答信号与旧的应答信号相关则认为应答有效。若二者不相关则继续比较，直到比较达到由相关准则开关设定的某一极限值为止。

2.3 宽窄脉冲抑制技术

本文第3节中，对敌我识别系统中的询问信号与应答信号的格式作了论述，若应答机收到的询问信号脉宽过大或过小就会引起识别错误。所以在敌我识别系统中设计了宽窄脉冲抑制电路，对脉宽小于0.435μs的窄脉冲加以滤除，而对于脉宽大于1.16μs的脉冲也不应答和译码。

对于询问机来说，接收到的应答脉冲信号的宽度要求为0.45±0.1μs，对于脉宽小于0.35μs的窄脉冲信号则加以滤除。在进行应答框架检测时，应答框架的脉冲间隔要求为20.3±0.1μs，对于脉冲间隔大于20.4μs或小于20.2μs的框架都予以剔除，不对其解码和响应。

2.4 灵敏度时间控制（STC）技术

由式（1）二次雷达方程可知，其作用距离和接收灵敏度有关，因此可以通过只控制接收机的灵敏度时间而不需要控制发射功率就可实现旁瓣抑制。由于目标距离正好与时间差（从询问机发射询问信号到接收应答信号之间的时差）成正比，为此可预先在接收机设置STC曲线，其目标距离与比较电平具有相关性如图4所示。在敌我识别系统运行时，比较询问机接收到的应答信号与STC曲线，只有应答信号大于比较电平时接收机才响应。这就相当于不同距离信息的应答信号在被接收到的同时，对灵敏度时间不断调整，询问机就不能接收到旁瓣信号，也就不会在显示器上出现多个信号标志。

2.5 信息加密技术

对协同式识别系统来说其密码必须相同一致，否则整个敌我识别系统就会发生混乱，严重时会导致整个系统瘫痪，造成“误伤”、“误炸”，从而影响战争结果。敌我识别密码一般有存储和直接产生2种方式。存储产生方式是密码以数字方式存储起来，需要时从事先设计好的在有效期内的密码中随时调用即可，直接产生方式是每次使用的密码直接由密码发生器产生，每个设备上配备一个密码发生器，当然这样产生出来的密码是有规律的。

敌我识别的加密形式有传输参数加密和信息加密2种。传输参数加密是对原始设定的密码和传输敌我识别询间、应答信号的载波频率等射频参数进行加密打包，从而得到系统密码；信息加密是先把敌我识别询问、应答信息加密后，再传送到对方，而加密信息被接收方收到后，只有经过相应的解密处理、恢复原信息后才能判定应答信号是否有效。所以对于任何的加密系统，必须把安全性放在首位，为了安全性要求，一条密码使用一次以后不允许再次使用，即“一次一密”。

敌我识别系统对安全性要求非常高，只有每个密码有效期愈短、数量大、规律变化杂乱无章，系统才会愈安全。加密系统的密钥控制密码的变化规律，密钥改变则密码变化规律也相应变化，即使一台设备丢失，只需改变密钥，敌我识别系统仍能安全正常工作[9]。

3 结束语

敌我识别技术在战争中的重要地位，使得对敌我识别技术的研究不断深入，如何在战场上认清敌我，是作战的首要问题，尤其在多兵种联合作战中，正确快速地分清敌我是作战的前提。我军敌我设备技术与外军尤其是美军相比，还存在一定差距，加强敌我识别技术研究，采取先进技术提高敌我识别准确率，才能在作战中减小误伤率，赢得战场主动。

[1]余莉，杨瑞民，竺小松，等.敌我识别信号的仿真模拟[J].中国人民解放军电子工程学院学报，2000（4）：45-47.YU Li，YANG Rui-min，ZHU Xiao-song，et al.Emulation of friend or foe signal identification[J].Journal of PLA Electronic Engineering Institute，2000（4）：45-47.

[2]梁亚声，成小菊，钱立群.敌我识别系统及其对抗研究，信息对抗学术，2007（6）：42-44.LIANGYa-sheng，CHENGXiao-ju，QIANLi-qun.Identification friend or foe system and its confrontation research[J].Information Warfare Academic，2007（6）：42-44.

[3]叶玉丹，邹振宁，裴泽霖，等.敌我识别系统及其电子对抗能力分析[J].舰船电子对抗，2005（6）：3-5.YE Yu-dan，ZOU Zhen-ning，PEI Ze-lin，et al.IFF system and itsECMcapabilityanalysis[J].Ship Board Electronic Counter Measure，2005（6）：3-5.

[4]莫翠琼，夏继江.协同式敌我识别系统及其干扰研究[J].中国人民解放军电子工程学院学报，2006（2）：16-17.MO Cui-qiong，XIA Ji-jiang.Research of cooperative IFF system and its jammlng research[J].Journal of PLA Electronic Engineering Institute，2006（2）：16-17.

[5]肖顺旺，李升才，张长泉，等.敌我识别系统及其进展[J].火力与指挥控制，2008（11）：5-7.XIAO Shun-wang，LI Sheng-cai，ZHANG Chang-quan，et al.The identification friend or foe system and its development[J].Fire Control and Command Control，2008（11）：5-7.

[6]李彦志，李云鹏，胡基恩，等.敌我识别干扰研究[C]//电子对抗专业委员会第六届学术年会论文集，2008：228-230.

[7]周昊，徐金昔，王呈贵，等.通信中的敌我识别与对抗综述[J].军事通信技术，2007，128（4）：125-128.ZHOU Hao，XU Jin-xi，WANGCheng-gui，et al.Identification of friend or foe of communication and its electronic warfare[J].Journal of Military Communications Technology，2007，128（4）：125-128.

[8]董阳春，莫翠琼，史军军，等.敌我识别系统的抗干扰技术研究[J].电子工程，2007（1）：17-20.DONGYang-chun，MO Cui-qiong，SHIJun-jun，et al.Research on anti-amming technology of IFF system [J].Electronics Engineering，2007（1）：17-20.

[9]王宏日，赵立功.敌我识别系统技术与方法研究[C]//坦克装甲车专业学术交流会论文集，2010（10）：218-221.