Mark-XII协同敌我识别系统存在的缺点

文/聂鑫

1 引言

第二次世界大战以后，以美国为首的北约国家率先成功研制Mark-I、Mark-II、Mark-III、Mark-V 等基本型的协同式敌我识别系统，并以此为基础成功研制Mark-XII 型协同式敌我识别系统，得到广泛应用。文献[1]对Mark-XII 的现状、存在的问题进行了简要的说明，其中，窜扰、混扰、询问占据、旁瓣干扰、对高精度时钟的依赖等问题成为降低该型敌我识别效能的重要原因，本文就其中的询问占据、旁瓣干扰、高精度时钟依赖等问题进行了探讨与分析，为新型敌我识别系统的设计提供参考。

2 Mark-XII协同敌我识别系统存在的部分缺点探讨

2.1 混扰、窜扰

协同敌我识别系统产生混扰、窜扰问题的原因主要有以下2 个方面：

（1）询问天线有效波束范围内有多部应答机，且应答机距离较近；

（2）询问天线旁瓣引起的应答机应答。

混扰问题的原因示意如图1所示。

文献[2]针对Mark XII 的混扰缺点提出了改进措施，即采用随机应答方式，使距离询问机相同距离的应答机的应答信号到达询问机的时间不同，以此来减少混扰。为了提高混扰条件下的识别概率，目前的做法还包括多次询问，询问目标抑制等方法。下面来分析在单次询问和多次询问情况下，采用随机应答方式的识别概率情况。

我们假设有一台询问机同时对主波束内对相同距离的n 台应答机进行询问，应答时隙为m 个，应答机发送一个应答信号所用的时隙在[0，m-1]区间均匀分布，文献[3]给出了n 台应答机没有选用同一时隙发送应答信号的概率即“一判一”情况下的识别概率p（假设在理想情况下一个识别周期检测概率为100%）：

表1：应答时隙与识别概率表

图1：混扰、窜扰产生的原因示意图

图2：询问定时结构

当m＜n 时，p=0，即当应答时隙数小于相同数量的应答机数时，识别概率为0，混扰概率为1-P=100%。

以下为应答时隙为5～10 情况下，5 台应答机在“一判一”情况下的识别概率（该识别概率要求同时识别出5 台应答机）。

由表1可以看出，在“一判一”的情况下，识别概率随应答时隙的增加而线性增加，在“四判一”（即一个识别周期询问4 次，有一次成功则判为识别正确）情况下，由于使用了二次雷达中常用的滑窗处理技术，因此识别概率大大提高，使用滑窗检测的目标检测概率Pd 为：

式中：

m 为滑窗长度；

i 为检测目标所需要的最少应答门限值；

P1 为一次询问检测概率，即一判一概率。

在表1中，按理想条件考虑m=4，t=1，则识别概率在应答窗为25 个时，Pd=0.9855。

2.2 高精度时间依赖

目前，采用询问应答模式的协同式敌我识别系统均采用了高精确时钟同步来确保询问方和应答方密码参数的统一，Mark-XII 敌我识别系统也是如此，如果战时校时手段受到干扰或者破坏，敌我识别系统将很快失去作战效能。而且，由于协同式敌我识别系统保密的重要性，为了不被敌方截获，不被转发干扰，敌我识别系统的加密时间越来越短，在这种情况下，若询问方或者应答方在没有校时条件或者校时系统受到干扰的情况下，如何让敌我识别系统更加长久的工作成了重要的问题。

文献[3]提出了一种新型的敌我识别系统，其询问定时结构如图2所示，它包括三个询问脉冲组P1、P2 和P3 以及应答脉冲组Pr，其中：P1、P2 和P3 的三个询问脉冲组表示传输参数不同的3 个子询问脉冲组信号，1 个询问脉冲组可以包含多个询问脉冲，它们的传输参数分别对应“当前帧”、“前一帧”和“后一帧”的传输参数，应答机只要收到P1、P2 和P3中的任何一个询问信号，应答机均予以应答。因此，当应答机有不超过规定的时间误差时，可以使应答机至少能收到一个询问信号，帧的时间大小设计决定了询问方和应答方的时间差可以最大达到多少，帧越长，询问机和应答机之间的时间误差就可以越大。

与上述定时结构类似，减小系统对高精度时间依赖还可以采用如下方式，即发射端发射信号采用“当前帧”传输参数，而接收端采用“前一帧”、“后一帧”和“当前帧”三路不同的传输参数来接收。由于发射端只发射一个脉冲，可以减少询问信号的暴露，但是接收端需要三路同时接收，需要增加接收端的处理开销和功耗，因此，采用哪种设计方式，需要综合考虑。除此之外，我们还可以利用设备之间的相对校时来处理全系统时间统一的问题，全系统中，若某一平台校时时间较晚，则我们认为其时间可以作为基准时间，该平台以广播的形式向全系统广播时间，使系统内其它平台时间向该平台靠拢，以此来达到全系统时间基本统一的目的，也就从另一角度减小了系统对高精度时间的依赖。

图3：和、差双通道天线水平方向示意图

图4：和、差双通道天线水平方向图

图5：和、差、全向三通道天线水平方向示意图

2.3 询问旁瓣抑制

双通道发送询问脉冲的方式来实现询问旁瓣抑制功能，即询问信号中专门设置一段等幅信号分别由和（Σ）、差（Δ）通道发射出去，当应答机收到询问信号后，提取Σ、Δ 信号电平Mark-XII敌我识别系统采用和（Σ）、差（Δ）信息，当提取的Σ 信号电平大于Δ 信号电平时，应答机认为该询问信号由主瓣发出，否则为旁瓣发出，由此达到旁瓣抑制的作用，和、差双通道天线水平方向示意图如图3所示。

但由于受到材料、加工精度等的影响，成品天线的和、差双通道天线水平方向图如图4所示。图中，实线为和波束，虚线为差波束，当和波束电平大于差波束电平的地方称为穿刺点。在穿刺点的应答机虽然不在主波束内，但仍会应答，引起混扰、旁瓣干扰或误判。

文献[4]提出了一种新型旁瓣抑制技术，即在和、差双通道天线的基础上增加了全向通道，其方向图如图5所示。

询问信号中除包含和（Σ）、差（Δ）信号外，还包含一段等幅的全向（Ω）信号，当Σ 信号电平大于Δ 信号电平并且Σ 信号电平大于Ω信号电平时，应答机认为该询问信号由主瓣发出，由图5可以看出，通过调节Ω 信号电平的大小，旁瓣抑制率可以达到100%。

3 总结

（1）在询问-应答式协同方式下，可以采用询问机随机选择起始时刻询问和应答机随机延时应答，来有效降低系统内部干扰，如“混扰”、“窜扰”，同时提高了系统的方位分辨力、距离分辨力和多目标处理能力；

（2）询问机通过发射传输参数不同的P1、P2和P3脉冲组，可以减少系统对高精度时钟源的依赖；

（3）可以采用三通道的ISLS 处理，通过调节因子可以保证询问主波束外的Δ、Ω 方向图对Σ 方向图的100%覆盖。

4 结束语

Mark-XII 协同敌我识别系统经过大量的实验验证与实战检验，在密集目标或复杂电磁环境下，该系统设计缺陷逐步暴露，本文就该系统的几个缺点进行了探讨，将各文献中采取的新方法和新技术进行了梳理讨论，可以为其它新型敌我识别系统的设计提供参考。