大水也冲龙王庙预警机中的敌我识别

曹　晨

只要是打仗，总是在敌我之间进行。所以，分清敌我，是打仗的首要问题。自从有战争开始，人们就在寻找各种办法来分清敌我。战国时的兵书《尉缭子兵法》中记载了这样的敌我识别方法：左、中、右三军用不同颜色的旗帜和帽沿上不同颜色的羽毛来区分，纵队之间用不同颜色的记章来区分，列与列之间把记章佩戴在身体的不同部位来区分。但是，现代战争由于作战单元多如牛毛、作战手段五花八门、作战速度疾如闪电，单靠人自身的感官和思维去判断敌我，已远不能满足作战要求。特别是二次大战期间，英国发明了雷达，让战争拥有了“千里眼”，同盟国很是兴奋了一阵子，可是很快他们便意识到一个大麻烦，那就是雷达虽然能够看到更多的飞机，但不管是敌方飞机还是我方飞机，在雷达屏幕上看到的都是一样的光点，无法区分是敌是我。所以，当时的英国空军轰炸机指挥中心的司令官就发出了警告：雷达带来的问题比自身所能解决的问题还要多，除非找出一种能在屏幕上区别敌我飞机的方法，否则就要停止研制和使用雷达。那么，是什么方法使得雷达几十年来一直能够安身立命并长就一双“火眼金睛”?这些方法在预警机中是如何使用的?这就是我们今天的话题。

敌我识别器——无线电“对暗号”

要想搞清楚雷达所发现的一架战斗机到底是“何方神圣”，主要靠问与答。可是，问又不能明问，以免暴露自己，只能带着暗号问。当然，答也不能明答，只能带着暗号答，就跟我们在反特影视里所看到的那样。当中最经典也是最好玩的，当数《智取威虎山》中杨子荣和座山雕的那一段对话。现代战争中，由于雷达发现的飞机常常是在数十千米至几百千米以外，靠声音和语言来对暗号是不行了，还得靠无线电。而对暗号的过程，自然也远远不会像文学作品中描写的那样可爱和潇洒。在所有分清敌我的办法中，现代战争用得最多的是敌我识别器(IFF)，就是通过发射携带了“暗号”的无线电波来达到分清敌我的目的。能够发射询问信号的无线电装置，称为询问机；在战斗机上，则会安装能够发射回答信号的无线电装置，称为应答机。不管询问机还是应答机，因为都要发射无线电信号，所以都得有天线。于是，询问机、应答机和天线就成了敌我识别器的三要素。如果一架战斗机接到了来自预警机的询问信号，并且是“自己人”，就能够“读懂”携带在无线电波中的“暗号”，并通过自身的应答机向预警机发射回答的信号——当然，也是带“暗号”的，并且能够被预警机“读懂”。如果是敌人，由于“读”不懂暗号，所以也就不能正确回答，或者根本就做不出反应。这就是无线电“对暗号”的识别方法。

敌我识别器工作时，虽然也是利用无线电波，但同雷达不同的是，雷达在看飞机的时候，首先需要自己发射无线电波，电波碰到飞机后，只是无意地反射，而不会再次发射，整个发现飞机的过程中只有雷达的一次自身的发射。而敌我识别器完成一次“对暗号”的过程，需要两次发射：一次是预警机对战斗机发射询问用的暗号，第二次则是战斗机读懂暗号后，自身向预警机有意发射的回答信号。因为有两次发射，所以敌我识别器还被称为“二次雷达”。特别是用于识别民用飞机时，一般就不说“敌我识别器”而说“二次雷达”了。而我们通常所说的雷达，有的时候被说成是“一次雷达”一实际上，几乎所有的敌我识别器都不光能认识自己的飞机，也能区别出不同的民航飞机。而只要雷达是用于打仗的，装有雷达的地方，就一定有敌我识别器，它们就像如影随形的两兄弟，总是并肩战斗、共同迎敌。因为这个缘故，敌我识别器有时候又被理解成为“第二雷达”，而这正是英语中“SSR”的原意。

“暗号”中的秘密

最早的敌我识别系统是美国人在20世纪40年代开发的MARKX(马克10)系统，现在已发展到MARK 12。它起初采用了1、2、3三个询问模式，都是打仗用的。后来为了提高保密性能，使打仗时的敌我识别更为可靠，MARK 12又增加了保密模式4。只用于军用从50年代开始，MARK系统从军用向民航推广，模式3被选为军民共用，也称为3/A模式。其中A代表“ATC”，即“空中交通管制”，这就是民航中通常所说的“航空管制”的学名。此外，还增加了一个C模式，与A模式一起用于民航。

对于西方国家，敌我识别器和二次雷达都是合用一套询问机和应答机；由于二次雷达是用于民航的，频率必须全世界通用，但二次雷达和敌我识别器又是同一套设备，所以敌我识别器和二次雷达的工作频率是一样的，询问频率是1030兆赫，应答频率是1090兆赫。在打仗时要想保密，主要靠编码，或者叫增加“暗号”的种类和复杂程度。那么，在询问和回答的“暗号”中，究竟隐藏了什么样的秘密呢?

——它在哪里?即战斗机相对于预警机的距离与方位，这是一个二维的信息。这个功能雷达也有，只是雷达测量距离时，仅仅需要把电波从天线发射出去到接收回来的往返时间记录下来再除以2，得到电波单程在路上的时间。而敌我识别器测量距离时，得到电波单程在路上的时间后还要减去战斗机上的应答器“破译”和发出应答“暗号”的时间。

——它是我的朋友，还是我的敌人?即战斗机的敌我属性。敌我属性除了是敌、是友、是我的区别之外，也有中立的或属性不明的，这些不同的属性常常在雷达显示屏上以不同的颜色区分，来提示给雷达操作员。

——它在一个什么样的队形里?即编队状态和飞机编号。编队状态可以根据军队内部既定的类别来加以定义，比如说一类编队、二类编队、长机或僚机等，分别代表战斗机协同作战时的“队形”。这些信息都隐藏在模式1～4中的暗号里。

——如果是我的朋友，它飞得有多高?即我方战斗机的高度信息，从C码中得到。获得飞机的高度，这个功能雷达也有。我们在上一期介绍过，预警机上雷达对飞机高度的测量是非常不准确的，对200千米外的飞机，其测高的结果可能同真实的飞机高度相差1千米以上。而敌我识别器获得的战斗机高度却是很准确的，常常误差只有几十米不到，比有的地面雷达还要测得准。敌我识别器怎么会有如此神通，连雷达都自愧不如呢?一“语”道破天机——原来敌我识别器对飞机的高度是“问”出来的，而不是“测”出来的。战斗机上的敌我识别应答机和高度计是相连的，应答时可以“顺手牵羊”，将高度数据一起打包在应答的无线电波中，以“暗号”的形式发送给预警机。这样一来，我们也就看到了敌我识别器在知道战斗机的高度时所使用的不过是“一招鲜”而已，说穿了倒有些“一文不值”了。

——民航用的飞机代码，即俗称的“A码”，可以从3/A模式中获得。

——其它特殊的信息。例如对于民航机，可以包含飞机被劫持或处于其它紧急状态时的呼救信号。而在打仗时，如

果事先对每架自己的飞机或友机都编了号，相当于为每一架飞机都起了一个名字，那么预警机就可以通过发射询问信号，让每架飞机都“自报家门”，这样就能知道每一架飞机的“名字”——学名叫“单个识别码”。

总的讲，在打仗时，即使是自己人，或者因为敌我识别器故障，或者因为关机，甚至根本就没装敌我识别器，就也可能对自己人的询问不理不睬。那么这种情况下，要想搞清楚对方到底是谁，就是一件很麻烦的事儿，是一门很大的学问，也有一个很玄虚的名字，叫“非合作目标识别”。关于这点，本文就暂且不表了。与预警雷达的“一唱一和”

预警机中的敌我识别器和二次雷达(SSR)虽然共用一套设备，且都要与雷达配合工作，但有时候在具体的配合方式上还是有所不同。

预警机在飞行时，二次雷达的询问机可以一直开机，不断向空中发射无线电波；天线波束可以像雷达一样，在空中对战斗机和民航机进行搜索或扫描，而不管与它配合的雷达是否开机。工作过程中，军用的1～4模式和民用的A码模式可以轮换。如果某一时刻，有一个回答信号进来，敌我识别器就要判断这种情况下是误报呢，还是确实有飞机存在。如果确实有飞机存在，而不是误报，就会在屏幕上的某个位置显示出一个点，并指示出这个点所代表的飞机的位置。这样的点，专业上叫“点迹”。如果随着天线的扫描，连续有很多回答的信号进来，二次雷达就会在屏幕上显示出很多的点，并且判断出这些点分别对应的是哪几架飞机，然后把属于同一架飞机的那些点连起来形成一条线，这条线可以指示出飞机运动的方向和速度，专业上叫“航迹”。当雷达也在工作时，也可能与二次雷达看到同一架飞机。由于同一架飞机的信息(如距离、方位和高度)有了两个来源，这时候预警机就得动一动脑筋了，看看每一类信息到底该用谁的数据更可靠，一般来说，在雷达和二次雷达都看到同一架飞机的情况下，并且这架飞机是我机或民航机，那么雷达的距离和方位数据更值得信任，高度则要用二次雷达的。但是，对于民航机的情况，二次雷达看飞机的连续性要比雷达好，因为二次雷达可以“问”到民航机的代码，通过代码可以把多个不同的点迹准确地进行归类，把属于不同飞机的飞行轨迹区分开，

与SSR不同，IFF则不是始终处于工作状态，只是在雷达看到飞机时，才会由雷达给IFF发一个指令，告诉它要发出询问信号，询问后的结果将给雷达航迹“一点颜色看看”。例如，我机或友机的航迹用红色，敌机的航迹用蓝色，敌我属性不明或中立的飞机用黄色显示等等，或者改变屏幕上用以表示飞机的图形形状，之后则保持沉默，直到出现新的雷达航迹再一次告诉IFF，“你又该干活了”。IFF的这种触发式工作方式主要是因为保密起见。如果频繁工作，可能被敌方所侦收，进而破译我方密码，从而引起灭顶之灾。要知道，敌我识别器的“暗号”的含义(也就是编码)就是它的生命。如果被敌方破译，唯一的选择便是把部队中的敌我识别器全部更换。1976年9月6日，苏联飞行员维克多驾驶米格25叛逃至日本，致使苏联丧失大量的军事机密，被迫更换空军和防空军的所有敌我识别器，由此至少损失20亿卢布。所以，为确保安全，飞机上通常安装有敌我识别器密码的自动销毁系统。顺便说明一下，由于对于西方国家来说，SSR和IFF设备共用，所以对SSR和IFF不加区分。在本文中，读者只需要知道，当像雷达一样独立地扫描工作，或者用于对民航机的场合，就多称为SSR；而当用于军用场合，以触发方式工作，主要获得飞机的敌我属性时，就多称为IFF。

由于雷达在某个方向上发现战斗机后，需要引导敌我识别器在同样的方向上发射携带询问暗号的无线电波用来探得战斗机的敌我属性，因此，敌我识别器的询问机天线需要在发现战斗机的方向上把无线电波能量更为集中地发射出去，这样无线电波能够传得更远。否则对于远处的战斗机，雷达的电波够得着，敌我识别器的电波却够不着，这样战斗机的敌我属性就不能知道了。但由于应答机要接收和应答来自其它飞机的询问信号，所以它的应答机天线在各个方向上接收询问信号的能力是相同的。形象地说，应答机的天线在接收无线电波时，天线的接收能力在空间的分布是一个圆，叫做全向天线：询问机的天线在发射无线电波时，发射能力在空间的分布像一朵梅花瓣，叫做有方向性天线，其中有一个梅花瓣特别长——就是主瓣，说明在这枚花瓣的方向上能够最强地发射电磁波：其余的瓣就是副瓣，或者叫旁瓣。为了避免预警机机身对电波的遮挡，天线总是选在一些受机身遮挡较少的地方。例如，敌我识别器的询问天线可以像雷达天线一样放在机背蘑菇形的天线罩内高高在上，而应答天线则一般装在机头或垂尾。

就询问天线来说，它可以“寄生”在雷达天线上，也可以安装在与雷达天线不同的位置上。例如，E－3A预警机的雷达工作在S波段(波长为lO厘米)，雷达天线阵面和询问天线阵面在机背的大盘子里背对背安装。此时，雷达在某个方向上发现飞机目标后，敌我识别器经半个扫描周期(5秒)后在这个方向上发出询问信号。此时不用担心飞机目标在这5秒钟后找不到了，因为敌我识别器的波束宽度一般要比雷达波束宽。以2度计算，在100千米的距离上波束覆盖范围就是3500米。即使飞机目标以2马赫飞行，在5秒内飞行的距离3400米，也还是逃不过敌我识别天线波束的“手掌心”。

对于采用相控阵天线的预警机，它的敌我识别天线则“寄生”于雷达天线的上部或下部。由于其雷达是相控阵的，询问机天线也是相控阵的，以便两个天线在搜索时能够服从同一个计算机的统一号令。

波光粼粼的湖面与“单脉冲技术”

我们都有这样的生活经验，在明媚的阳光之下，垂杨柳边，一片平静的湖面，在微风的吹拂下，波光摇曳。这些粼粼的波光有时候会让我们觉得晃眼，有时候却又很温柔地进入我们的视线。这种情况实际上表示，阳光照射到湖面以后，由于微风吹动了湖水，姿态在变化和起伏，使得阳光照射到同一片水波的位置会不一样，从而使水波反射进入人眼的阳光强度发生了变化。目标对雷达的反射有如此理。在雷达的波束先后两次照射到目标的时间间隔内，由于目标在此期间的姿态或其它物理特性的变化，雷达两次收到的回波强度会有很大不同，专业上叫作“目标闪烁”或“目标起伏”。这对雷达确定目标位置是非常不利的，就像人眼第一次看到了个目标，可是这时候还来不及知道它具体在哪儿，想再看一眼的时候，它却已不知去向。所以，雷达在确定目标位置时，要想测得准一些，总是希望克服目标闪烁的影响。前面介绍过，二次雷达可以像雷达一样地工作，所以，目标闪烁对二次雷达也有着一样的影响。由于目标并不随雷达或二次雷达的意志而运动，因此要想克服目

标闪烁，只能从雷达或二次雷达本身想办法，这个办法就是采用单脉冲技术。这种技术能够大大增加对飞机角度测量的准确性。在理解单脉冲技术之前，我们需要知道，雷达或二次雷达的脉冲工作是怎么一回事，以及在不采用单脉冲技术的时候，又是怎样测角度的。

大部分雷达在发射无线电波时，就像人类通过嗓门说话一样，是不会滔滔不绝、一直说下去的，而是说一会儿，歇一会儿。说的时候是在发射能量，一般持续一个微秒量级;歇的时候是在接收回波，就是在“听”，一般持续几十微秒。并且是说的时候不听，听的时候不说，就像人通常在说话时很难听到别人说给自己听的话一样，否则接收到的回波要被发射出去的能量给挡住了。用图形来表示的话，雷达发射电波的时间可以表示为在数轴上的一个个隔开的矩形，在矩形之间的空隙就是雷达接收电波的时间，而这一个个矩形就是一个个脉冲。

当雷达不采用单脉冲技术时，对角度的测量需要利用波束在至少两个不同位置上对飞机的两次照射。如果只在一个位置上照射，由于波束是有宽度的，对于预警机来说，通常为1°左右，那么都被这1°的波束所覆盖到的，但其具体位置又有所不同的多个目标，在雷达看来都是在同样的方位上。如果利用两个波束在两个不同位置上的照射，就可能把对角度的区分能力提高到这波束宽度范围内的几分之一或零点几度。具体做法是，通过先后改变波束位置，使得在这两个位置上都能照射到飞机，并且目标在这两个波束位置上的回波强度都一样，那么由于波束位置是事先知道的，就可以判断出目标的方向是在这两个波束位置的角平分线上。如果目标不是位于两个波束位置的正中，那么两次回波在强度上就有所不同。由于这种测角方法需要利用波束先后两次照射到目标期间返回到雷达的很多个脉冲，而由于目标闪烁的影响，这些回波的强度可能会变化很大，所以测角效果不好。

技术人员解决这个问题的办法就是“同时”产生两个波束照射目标而不是“先后”利用两个波束照射目标，以克服先后两个波束照射的间隔中目标回波强度的变化。两个波束同时照射时，会有百十个脉冲从目标返回雷达。理论上，只需要一个返回的脉冲所携带的能量就能把角度测出来，而测量的准确度却可以提高一个数量级。当然，实际上利用的脉冲远远不止一个，主要是因为脉冲越多，蕴含的能量就越多，雷达就越容易接收和分析：并且，利用多个脉冲测量的结果，还可以通过取平均值减少误差。

在二次雷达中采用单脉冲技术，所带来的好处是，不仅提高了二次雷达本身的测角准确性，而且由于预警机上的雷达早就采用了单脉冲技术，使得二次雷达的测角准确性与雷达更为接近，从而提高了整个系统的匹配性。就像大家所熟悉的木桶理论，在预警机这样一个复杂的系统中，必须要考虑各种电子设备在性能上的匹配。

敌我识别中的“新贵”——S模式

敌我识别器在使用时，经常会碰到各种干扰，主要有“旁瓣干扰”、“窜扰”、“混扰”等，当预警机敌我识别询问天线的性能不是很好(主要是旁瓣较高，也就是天线把能量尽可能多地集中到主瓣范围内辐射的能力不强)或战斗机离预警机较近时，询问信号可能通过旁瓣辐射出去而问到战斗机。可是，这种询问本来是应该由主瓣发出的，如果通过副瓣发射出去，副瓣就是“假传圣旨”，战斗机收到“圣旨”后就会回答。由于副瓣和主瓣不在同一个方位上。因此，回答的信号就会从副瓣的方向进入敌我识别器，从而造成预警机对战斗机方向的判断错误。为消除副瓣干扰，可以单独发射一个比较信号，将与主瓣对应的回答信号和与副瓣对应的回答信号在幅度上进行比较。一般来说，来自主瓣的回答信号总是要比来自副瓣的要强一些，这样就可以不处理由副瓣问出来的回答信号，也就抑制了旁瓣干扰。

当有两架以上的预警机对多架战斗机进行询问时，预警机收到的来自某一个战斗机的回答信号中，也会夹杂有这个战斗机对另外一架预警机的回答信号，这种干扰就是“窜扰”，类似于我们在打电话时的“串线”，把另外一条电话线上的通话当成了与自己的对话。而当预警机的敌我识别天线同时照射到两个或两个以上的我方战斗机时，预警机可以同时收到这些战斗机的回答信号。当多架目标很接近时，多个回答信号会重叠和交错在一起。就像本来是多个独立的甸子，每个句子的意思都是清楚的：可是不同句子的单词打乱了顺序混在一起，预警机就无法读懂这个回答的句子，从而造成“混扰”。经模拟计算，敌我识别天线只照射到1架飞机时，“暗号”被对上的机会为90％以上；照射到5架飞机时，这个机会则下降到72％。为了消除这两类干扰，人们开发了一种新的敌我识别和二次雷达的工作模式，那就是S模式。s模式为每架飞机分配一个特定的地址代码，代码可达1600多万个，可以进行点名询问，从而从根本上解决了窜扰和混扰的问题。因为这个原因，s模式就变得非常“吃香”，已经成为西方各国开发敌我识别器的焦点。

大水也冲龙王庙

不少读者都会对1973年的中东战争津津乐道，而谈起这次战争时，说得最多的，恐怕就是埃及军队在击落以色列89架飞机的同时，也击落了自己的69架飞机，真可谓是“杀敌一千、自毁八百”。当时，敌我识别器应用还不广泛。到了海湾战争期间，多国部队已经都使用了MARK12敌我识别器系统，但由于各国敌我识别器自身的“暗号”事关国家安全，不能轻易泄露，也不能贸然整合，所以并不能很好地协同工作。再有，友机的敌我识别器有时因为关机、故障或其它原因，不能正确回答，都造成了“水淹龙王庙”的惨剧时有发生。据统计，海湾战争期间美军其死亡148人，其中有35人是自己人的火力误伤，也就是说，每4个阵亡的美军士兵中，就有1个死于自己人之手。而在海湾战争结束后不久的1994年4月14日，发生了一起与预警机直接有关的误伤事件——美国空军的2架在E－3A预警机控制下的F－15战斗机向2架正在飞行的直升机发射导弹，机上26人全部丧生，事后才发现这2架飞机是美国UH－60“黑鹰”直升机。由此可以看到，即使应用了敌我识别器，它在战场中的应用还是有很多局限性的。所以，人们总是在不断寻找其它各种办法，包括电子设备、光学手段以及不同的战术方法等，同敌我识别器配合使用。其中一种办法，就是利用电子侦察和通信侦察。那么，它们的基本原理是什么?在预警机中是如何应用的?请看下期：预警机中的“顺风耳”——无线电侦察。