第４ｌ卷第１期（总第１５９期） ２０１２年３月 火控雷达技术 Ｆｉｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｒａｄａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．４１ Ｎｏ．１（Ｓｅｒｉｅｓ １５９） Ｍａｒ．２０１２ 复杂环境下ＭＡＲＫ ＸＩＩＡ ＩＦＦ信号识别方法 丁 浩 （华东电子工程研究所合肥２３００８８） 【摘要】ＭａｒｋⅫＡ是美军和北约盟军统一研制的新型敌我识别系统，其中Ｍｏｄｅ ５ ＩＦＦ是ＭａｒｋⅫＡ 的最为重要部分。本文深入分析了Ｍｏｄｅ ５ ＩＦＦ信号的脉冲特征，提出了一种在复杂电磁环境下基 于信号特征匹配的识别方法，仿真结果验证了该方法的有效性和可行性。 关键词：敌我识别；Ｍｏｄｅ ５；信号识别 中图分类号：ＴＮ９１１．７ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００８－８６５２（２０１２）０１４２４３４９４ Ｉｄｅｎｔｉｉｃａｔｉｆｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍａｒｋ ＸＩＩＡ ＩＦＦ Ｓｉｇｎａｌ ｉｎ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｄｉｎｇ Ｈａｏ （Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｆｅｉ ２３００８８） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｏｄｅ ５ ＩＦＦ（Ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ Ｆｏｅ ｏｒ Ｆｒｉｅｎｄ）ｉｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ Ｍａｒｋ ＸＩＩＡ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ＩＦＦ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ ＵＳ ａｎｄ ＮＡＴＯ ａｒｍｉｅｓ．Ｐｕｌｓｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｍｏｄｅ ５ ＩＦＦ ｓｉｇｎａｌｓ ａｒｅ ａｎａ－ ｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ａ ｎｅｗ ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｇｎａｌｓ ｆｅａｔｕｒｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｉｎ ｃｏｍｐｌｅｘ ｅｒ．ｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｓｉｍ— ｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｖｅｒｉｉｆｅｓ ｔｈｅ ｖａｌｉｄｉｔｙ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＩＦＦ；Ｍｏｄｅ ５；ｓｉｇｎａｌ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ １ 引言 Ｍａｒｋ ＸＩＩＡ敌我识别（Ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ Ｆｏｅ ｏｒ Ｆｒｉｅｎｄ， 个亟待解决的问题。本文通过对ＭａｒｋⅫＡ Ｍｏｄｅ ５ 信号的脉冲特征进行深入分析，提出了一种在复杂 环境下识别敌我信号的新方法。 ＩＦＦ）系统是美军和北约盟军统一研制的新型敌我识 别系统，是使用扩展频谱技术对Ｍａｒｋ ＸＩＩ系统进行改 进，在原有通信模式的基础上开发了新模式Ｍｏｄｅ ５。 工作模式分为Ｍｏｄｅ １、２、３／Ａ、Ｃ、４以及Ｍｏｄｅ ５。Ｍｏｄｅ ５是其最为重要的部分，从完成的基本的敌我识别任 务，扩展到敌我识别、态势感知、选址询问、数据传输 以及空对地识别模式等能力 。 Ｍｏｄｅ ５易于进行综合集成，目前美军如Ｅ一 ２ ＭＡＲＫ ＸｎＡ Ｍｏｄｅ ５的信号特征 Ｍａｒｋ ＸＩＩＡ Ｍｏｄｅ ５信号目前共有４种工作模式， 分别称为Ｌｅｖｅｌ １、Ｌｅｖｅｌ ２、Ｌｅｖｅｌ ３和Ｌｅｖｅｌ ４，因国 内外文献叙述极少，其中Ｌｅｖｅｌ ３和Ｌｅｖｅｌ ４的信号 格式尚未清楚。 ２．１询问信号 Ｍｏｄｅ ５的询问频率１０３０ＭＨｚ，询问信号首先有 ４个同步脉冲，（Ｌ１、Ｌ２）是２个旁瓣抑制脉冲，后面 紧跟１１个加密的数据脉冲。Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４为保密 模式同步脉冲，脉宽为１ ，４个同步脉冲间隔可变， 变化量分别为ｓ１、ｓ２、ｓ３，后面的脉冲组的宽度为 ８０．３１２５￣ｓ，并进行ＭＳＫ调制，其询问信号的传输数 据格式如图１所示 Ｊ。 ３ＢＡＷＡＣＳ（机载预警和控制系统）、Ｅ一２Ｃ预警机、 ＡＥＧＩＳ（宙斯盾）作战系统都将装备Ｍｏｄｅ ５敌我识 别系统，并且可与现役的Ｍａｒｋ Ｘ、Ｍａｒｋ ＸＩＩ系统兼 容，通过增加软件和加密硬件为新研或在役的陆基、 机载设备升级Ｍｏｄｅ ５ 。 随着现代电磁环境的日益复杂，在复杂电磁环 境下实现敌我识别信号的识别，是电子侦察领域一 收稿日期：２０１ｌ一０８—３Ｏ 作者简介：丁浩，男，１９７６年生，工程师。研究方向为电子对抗与雷达信号处理。 火控雷达技术 Ｐｌ １ 第４ｌ卷 Ｄｌ Ｄ２ Ｄ３ Ｄｌ１ Ｐ２ Ｓ２ Ｐ３ ＩＳ３ Ｐ４ Ｌ１ Ｌ２ ｔ－－１Ｏ．５ｇｓ １‘，１＜… …’ … ０ １ 二‘・０－二Ｊ ‘ １０ Ｃ‘１Ｃ… …～Ｊｐ ｏｎ １ 图１ Ｍｏｄｅ ５的询问信号示意图 ２．２应答信号 Ｍｏｄｅ ５的应答频率１０９０ＭＨｚ，系统接收到询问 Ｍｏｄｅ ５ Ｌｅｖｅｌ １的应答信号首先有２个同步脉 冲（Ｐｌ、Ｐ２），后面紧跟一组持续时间为９ ｓ的数据 长脉冲（９个字符组成：Ｄ１～Ｄ９）。同步脉冲宽度为 １Ｉｘｓ，脉冲间隔变量为Ｓ１，有１６种情况：０～ １．８７５ｐ，ｓ，增量为０．１２５ｐ，ｓ，并进行ＭＳＫ调制，其应 信号后延迟Ｔ＝（４８０＋８Ｎ） ｓ进行应答，其中 ４８０１ｘｓ为接收到询问信号最后一个同步脉冲的固定 延迟时间，８Ｎｐ￣ｓ为随机应答延迟时间，Ｎ值由应答 信号８ ｂｉｔ随机应答延迟（ＲＲＤ）码决定。 答信号的传输数据格式如图２所示。 ｆ＿１ Ｐ１ ｌ ａ，． Ｉ—一 ，… Ｐ２ ｌ一 ＾ｒｕ：＾ｃ…Ｄ１ Ｄ２ Ｄ３ Ｄ４ Ｄ５ Ｄ６ Ｄ７ Ｄ８ Ｄ９ －Ｊ 图２ Ｌｅｖｅｌ １的应答信号示意图 Ｍｏｄｅ ５ ｅｖｅｌＬ ２的应答信号首先有４个同步脉 冲（Ｐｌ、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４），后面紧跟一组持续时间为３３ｐ，ｓ 的数据长脉冲（３３个字符组成：Ｄ１一Ｄ３３）。同步脉 Ｐ３ 冲宽度为ｌｐ，ｓ，脉冲间隔可变，变化量分别为ｓｌ、ｓ２、 Ｓ３，同步脉冲持续时间为２６．６２５ｐ，ｓ，并进行ＭＳＫ调 制，其应答信号的传输数据格式如图３所示。 Ｐ４ Ｄ３３ 图３ Ｌｅｖｅｌ ２的应答信号示意图 ３ Ｍｏｄｅ ５信号的识别 信号识别是根据检测输入信号的脉宽与脉冲间 ＰＤＷ进行信号的识别，根据脉宽，去掉非ＩＦＦ信号， 在剩余的脉冲中根据脉冲的重频及持续时间等参 数，与Ｍｏｄｅ ５信号模式的框架结构进行特征匹配， 就完全可以判断其是否存在，且解出相应的信息码， 从而实现对该信号的识别 Ｊ。 Ｍｏｄｅ ５询问信号的识别关键在于４个同步脉 冲的检测和判断，模拟的脉冲组如图４所示。首 先，在载频信息满足条件的情况下，采用过门限检 测法来判断脉冲存在，同时判断脉宽是否满足 ｌ ｓ，若符合条件，依据同步脉冲参数变化规律，寻 找连续的４个同步脉冲；第二步在检测到４个同步 隔等脉冲特征来判断的，敌我识别信号不同于通信、 雷达信号，其具有特定的信号格式和载频，从ＩＦＦ询 问和应答信号的波形分析可以看出，在脉冲宽度、脉 冲间隔、脉冲个数上都有其相应的识别特征。 系统的工作过程是：当侦测天线阵接收到信号 后，接收机对信号进行变频滤波放大，然后信号处理 机对输出的中频信号进行模数变换、滤波、信号检 测、参数测量、信号模式识别及解码，从而完成对 ＩＦＦ信号的侦察过程。在对中频信号检波时，采用 过门限检测法来判断脉冲的存在，对检测到的脉冲 组进行参数测量，可得到脉冲到达时间、脉幅、脉宽 以及脉冲到达方向等特征参数，形成ＰＤＷ。根据 脉冲后，判断紧跟４个同步脉冲后有无２个旁瓣抑 制脉冲和１１个数据脉冲，若存在，则根据Ｍｏｄｅ ５ 信号的基本判断准则进行识别，否则，继续检测同 步脉冲。 第１期 丁浩：复杂环境下ＭＡＲＫⅫＡＩＦＦ信号识别方法 ４５ 脉冲及以后的编码脉冲将与先前信号的编码脉冲交 叠在一起。在这种情况下，如按照之前的脉冲宽度、 脉冲间隔的特征匹配方法来识别，只能够识别出先 前到达的信号，但是由于后到达信号的干扰，解码得 图４模拟的同步脉冲组 到的信息为虚假信息。 判断准则：利用已知的Ｍｏｄｅ ５ ＩＦＦ信号模式的 框架结构与侦察到的未知信号进行特征匹配，若检测 到四个脉冲Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４的脉宽均为１ＰＳ，判断同步 脉冲的间隔是否在１７．３７５ｐｓ、１０ｐｓ、１３ｐｓ的基础上进 行微量跳变，若符合上述条件，再检测锁存后面的２ 个旁瓣抑制脉冲和１１个数据脉冲的脉宽和脉冲间 隔，判断其脉冲特征是否与Ｍｏｄｅ ５ ＩＦＦ信号模式的框 架结构相匹配，如果这组脉冲串满足Ｍａｒｋ ＸＩＩＡ Ｍｏｄｅ ５的信号特征，则可判定为Ｍｏｄｅ ５询问信号。 Ｍｏｄｅ ５应答信号的两种应答格式分别是２个 同步脉冲和９个字符的数据长脉冲、４个同步脉冲 和３３个字符的数据长脉冲组成，其识别过程可以按 询问信号的识别流程来判别。 ４复杂信号环境下Ｍｏｄｅ ５信号识别 Ｍｏｄｅ ５ ＩＦＦ在实际工作时，信号受实际环境的影 响，难免会出现波形失真和脉冲混叠，导致测得的脉 冲参数与理想值有偏差，此时如果严格按照简单环境 下设立的判断准则来检测ＩＦＦ信号，识别概率会大大 降低。因此需要对识别信号的参数进行一定的容限 范围设置，通常设置脉宽和脉冲间隔的检测容差值允 许的偏差范围为±０．１ ，以提高识别概率。 上节所采取的判断准则是依据脉冲宽度、脉冲 间隔等特征进行判断的，由于询问、应答信号有一定 的长度，在复杂的电磁环境中出现干扰脉冲的情况 下，很容易产生虚假信号，使检测结果很容易发生错 误，从而使识别概率下降。因此有必要将脉冲 度 和载频信息也作为判断准则。 ４．１ ＩＦＦ信号有重叠干扰 以Ｍｏｄｅ ５询问信号为例，若所测得信号的脉 宽、脉冲间隔分别满足判断准则，且脉冲的幅度值、 频率值之间的偏差也在允许的范围内，则认为所测 得的信号为Ｍｏｄｅ ５信号。 在出现信号脉冲重叠的情况下，如图５所示，后 续信号的同步脉冲会和先前信号的脉冲重合在一 起。先前信号同步脉冲Ｐ２与后续信号前导脉冲重 叠Ｑ１占据了同步脉冲Ｐ２的位置，而后续信号同步 图５模拟重叠干扰的同步脉冲组 这种情况下，在脉宽、脉冲间隔满足判断准则 时，找到脉冲标称位置上是否有过多的能量，依据脉 冲幅度来进一步判断。假设检测到Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ 共四个脉冲幅度为Ａ．、Ａ：、Ａ，、Ａ ，则取四脉冲的平均 幅度：Ａ。： 。 斗 １ ｎ 令口 ＝÷∑（ｉ＝１ Ａｉ－Ａ。），ｎ＝４０－／￣，４ｕ为所允许 的最大偏差值，Ａｕ＝ｋａ，其中ｋ在（２，３）范围内取 值。如果ｌ Ａｌ—Ａ０ ｌ、Ｉ Ａ２一Ａ０ Ｉ、Ｉ Ａ３一Ａ０ Ｉ、ｌ ４一 Ａ。Ｉ均小于△ ，则满足幅度测试的条件；否则认为 所测得信号并非为Ｍｏｄｅ ５询问信号。 当多个询问信号重叠时，由于不同询问信号的 幅度是相关的，因此须有幅度、方位等信息进行关联 处理，可以依据重叠脉冲串中各脉冲按照幅度相关 程度分为不同组，在幅度相关时，需要选定一个基准 脉冲用作比较标准。在依据脉宽、脉冲间隔、脉幅以 及频率信息检测到Ｍｏｄｅ ５询问信号后，同时根据以 上特征参数判断询问信号的数据位，尽量抑制干扰 脉冲的影响。 ４．２ ＩＦＦ信号有交错脉冲干扰 对于Ｍｏｄｅ ５询问信号的识别，在发现同步脉冲 后，继续对数据脉冲加以积累判断，由于干扰脉冲是 随机的，会出现在同步脉冲后的各数据脉冲标称位 置之外的任意位置，出现在固定位置的几率较小，根 据脉冲组具有的这种规律，可以有效的抑制干扰脉 冲的误判。 假设在一个脉冲组共有ｎ个脉冲，与Ｍｏｄｅ ５ ＩＦＦ询问信号的框架结构进行匹配，其中ｍ个脉冲 是出现在框架格式的固定位置上，且脉宽、幅度、频 率均符合条件，而其余脉冲不满足以上条件。 设Ｋ为允许的系数值。如果ｍ／ｎ大于等于Ｋ， 则将这组脉冲判断为Ｍｏｄｅ ５询问信号，其中ｍ个 脉冲就是其数据脉冲；反之，则判断为询问信号不存 火控雷达技术 第４１卷 在。其中Ｋ值的大小须根据实际侦察的信号具体 情况进行确定。 对于Ｍｏｄｅ ５应答信号在复杂信号环境下的识 别，按照其脉冲特征进行特征匹配进行判断，具体的 判断流程如图６所示。 图６复杂环境下Ｍｏｄ。５信号识别流程图 对于Ｍｏｄｅ ５信号来说，只要分析出脉冲组的框 架结构所具有的脉冲特征，按照这种识别方法，可以 判断出该信号是否存在。 ４．３仿真结果 模拟产生Ｍｏｄｅ ５模式信号、随机信号等信号格 式，在不同的信噪比范围内对待识别信号进行 Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ仿真，以验证该识别方法的可信度。 褥 磊 髂 图７询问信号识别概率 输人信号频率７０ＭＨｚ，采样频率３００ＭＨｚ，噪声 是正态分布的随机高斯白噪声，进行５００次的Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ试验，Ｍｏｄｅ ５询问信号和应答信号在０～１５ｄＢ 信噪比范围内的有效识别概率如图７、８所示。 槲 罱 慑 图８应答信号识别概率 从上图可以看出，采用信号特征匹配法对Ｍａｒｋ ⅫＡ Ｍｏｄｅ ５信号的进行识别，在信噪比６ｄＢ时正确 ｒＬ识别率接近８０％，信噪比在１０ｄＢ以上时，能够对 １ １ＪＭｏｄｅ ５信号的正确识别。 ５ 结束语 Ｍａｒｋ ＸＩＩＡ敌我识别系统是为满足现代战争对 敌我识别的需求，对现役的Ｍａｒｋ Ｘ、ＭａｒｋⅫ所存在 的问题而设计的新型敌我识别系统。本文针对 Ｍａｒｋ ＸＩＩＡ信号的脉冲特征，提出的信号特征匹配法 可以实现复杂电磁环境下对Ｍａｒｋ ＸＩＩＡ Ｍｏｄｅ ５信号 的侦察识别，仿真结果验证了该方法的有效性。 参考文献： 黄成芳，何利民．敌我识别Ｍａｒｋ ＸＩＩＡ浅析 ［Ｊ］．电讯技术，２００７，４７（４）：６６－７１． 邱红坤，杨建设，毛虎．Ｍａｒｋ ＸＨＡ ＩＦＦ系统及 其信号消息格式［Ｊ］．电讯技术，２０１０，５０ （６）：１６—２０． ＵＳ．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｄｅｆｅｎｓｅ．Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ＡＴＣＲＢＳ／ＩＦＦ／Ｍａｒｋ ＸＩＩ Ａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉ— ｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｉｌｉｔａｒｙ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｏｄｅ Ｓ．ＡＩＭＳ ０３—１０００Ａ［Ｒ］．ＵＳ． ＤｏＤ，２００６． 钱眺，茅玉龙，查荣．ＩＦＦ信号的分析与识别研 究［Ｊ］．雷达与对抗，２００８（３）：４５－４８．
