MARK XIIA IFF系统及其信号消息格式❋

邱宏坤，杨建波，毛虎

（空军航空大学，吉林长春130022）

MARK XIIA IFF系统及其信号消息格式❋

邱宏坤，杨建波，毛虎

（空军航空大学，吉林长春130022）

Mark XIIA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Mark XIIA的最重要部分。首先，分析了Mark XIIA Mode 5的性能特点，表明Mode 5不仅能完成基本的敌我识别功能，同时具有态势感知、选址询问、数据传输等功能；其次，对Mark XIIA系统的工作原理进行了分析，给出了系统工作原理框图；最后，叙述了Mark XIIA Mode 5的信号消息格式及处理流程，分析了其抗干扰性能。

敌我识别；Mark XIIA；Mode 5；信号格式；消息格式

1 引言

Mark XIIA敌我识别（Identification Foe or Friend，IFF）系统是Mark XII的升级版本，在原有基础上增加了Mode 5 IFF。Mode 5 IFF系统采用安全信息格式和数据传输技术，提高了系统的安全性、抗干扰性和战场态势感知能力，可用作空对地、地对空、空对空、海对海等战斗识别。BAE公司副总裁兼识别和态势感知部总经理Paul Markwardt表示，Mode 5的开发在敌我识别系统的发展中具有里程碑的意义。当前，美军和北约盟军的军用监视平台，如E－3B AWACS（机载预警和控制系统）、E－2C预警机、AEGIS（宙斯盾）作战系统都将装备Mode 5敌我识别系统，空中、地面及水面作战平台的敌我识别系统也可升级到Mode 5［1］。本文将对Mark XIIA Mode 5的工作性能和信号设计特点进行介绍和分析。

2 Mark XIIA的性能特点

Mode 5是Mark XIIA系统中最为重要的部分，Mode 5的设计与开发是根据Mark XII Mode 4使用中所出现的问题提出的，与Mark XII Mode 4相比较，Mode 5采取了多种措施来提高系统的性能。

2.1 系统安全性高

Mark XII Mode 4使用的是人工更换红色密钥加密算法，这种算法已有40年的历史，而Mode 5使用可自动替换的黑色密钥新加密算法，使系统加密更加方便快捷、安全。Mode 5询问及应答信号采用了RS编码纠错、软扩频、询问／应答信号保护（IRP／

RRP）等新技术，增强了系统的可靠性。射频信号调制方式为MSK（Minimum Shift Keying），与Mark XII

Mode 4 PAM调制方式相比较，MSK所占频谱带宽更窄，减少了对此频段JTIDS系统的干扰，同时MSK调制有着更好的抗干扰性能。

2.2 工作模式多

Mark XII Mode 4只能完成基本的识别功能，而Mode 5有4级工作模式，分别为Level 1、Level 2、Level 3和Level 4［2］。各工作模式功能与传输信息如下：

（1）Level 1为改进的识别模式，询问／应答信息中增加了平台识别编号（PIN）和致命因子（Lethal），致命因子为带有命令攻击意图的杀伤性询问信息；

（2）Level 2为带有位置报告的态势感知模式，位置报告中包含纬度、经度、高度、平台识别编号、国家代码和任务代码等信息。态势感知模式有两种工作方式，即“Triggered”和“Squittered”。“Triggered”为通用询问／应答工作方式，询问机通过发射询问信号，请求应答机发射位置报告；“Squittered”为“无呼叫应答”工作方式，空中或舰船的应答机将以0.45～0.55 s的间隔来发射位置报告，地面应答机将以2.2～2.8 s的间隔来发射位置报告；

（3）Level 3为选址询问模式，实现了对友方战斗群中特定平台如舰队的旗舰、飞行中队的长机进行个别询问［3］；

（4）Level 4为数据传输模式，可实现空中、水面、地面等各武器平台间的高容量、高速率数据传输和交换。

2.3 系统内部干扰低

敌我识别系统中存在着“窜扰”（Fruit）和“混扰”（Garbled）等系统内部干扰，从而导致系统性能下降，Mode 5采用了以下措施来降低系统内部干扰：

（1）询问机采用了更低的询问频率

Mode 5的询问频率低于225 Hz，只是Mark XII Mode 4系统的一半。低询问频率可减少系统内部的旁瓣触发干扰和对其它敌我识别系统的“窜扰”。

表1［4］为Mode 4和Mode 5在系统不同灵敏度的情况下的“窜扰”信号环境，可以看出，在同等系统灵敏度条件下，Mode 5“窜扰”信号密度为Mark XII Mode 4的一半，采用低询问频率可降低“窜扰”对系统性能的影响。

（2）应答机采用了更为复杂的应答延迟技术

Mark XII Mode 4系统中，应答机在接收到询问信号后，应答延迟时间为T＝（202＋4N）μs，其中202μs为接收到询问信号最后一个同步脉冲的固定延迟时间，4Nμs为随机延迟时间，N值由询问信号决定，N的取值有0，1，2，3，…，15共16种情况。如图1所示，3架距离很近的飞机，在接收到询问信号后，各自发射应答信号，由于收到的是同一询问信号，它们的应答延迟时间是相同的，这就造成询问机接收的应答信号相互叠加，产生“混扰”，使询问机难以辨别目标信号。

Mode 5系统中延迟时间为T＝（480＋8N）μs，其中固定延迟时间为480μs，8Nμs为随机应答延迟时间，N值由应答信号8 bit随机应答延迟（Random Reply Delay，RRD）码决定，即便是同一区域的多个应答目标，应答信号不同，它们的应答延迟时间也不相同，这样就很好地解决了“混扰”对系统的影响。如图1所示，3架距离很近的飞机，在接收到询问信号后，各自发射的应答信号应答延迟时间不同，询问机很容易区分3架飞机的识别信息。

2.4 抗欺骗式干扰能力强

Mark XII Mode 4询问及应答信号一旦被敌方截获，由于采用的体制简单，容易产生欺骗式干扰。而Mode 5采取了多种方法来防止信号被“复制”。Mode 5采取了上面提到的应答随机延迟技术，在一定程度上降低了应答信号被“复制”的可能性，同时Mode 5询问及应答信号还采用了同步脉冲间隔参差技术，大大增强了信号被“复制”难度，提高了其系统抗欺骗式干扰的能力，同步脉冲间隔参差数据由加密机提供。

3 Mark XIIA系统组成及工作原理

Mark XIIA系统可作为单独的询问机和应答机装备在作战平台上，同时也具有组合询问／应答的能力。图2为组合询问／应答机系统组成框图，由天线单元、发射机／接收机单元、询问／应答信号处理单元和目标显示控制单元组成。

3.1 询问／应答工作流程

Mark XIIA组合询问／应答机具有询问及应答双重功能，下面分别就询问和应答两个方面对其工作流程作以阐述。

（1）询问工作流程

询问机按照相应的模式，对需要识别的目标发射频率为1 030 MHz询问信号，应答机对询问信号处理后发射频率为1 090 MHz的应答信号，询问机接收应答信号，并把信号分别送入两个通道（和通道与差通道），每个通道对应着一个接收机，最后把信号送入询问机信号处理器进行识别处理。在发射询问信号过程中，询问信号的发射是通过和（∑）波束通道和差（Δ）波束通道配合来实现的，其目的为了抑制旁瓣方向的应答机对询问信号的应答；在接收应答信号过程中，接收机通过对比两个通道所接收信号的幅度决定是否产生抑制脉冲，来抑制对旁瓣应答信号的处理。

（2）应答工作流程

应答机通过上（Top）、下（Bot）两个天线来接收相应模式的询问信号。上、下两个天线的设计使得应答机做到近似球形的空域覆盖，消除了机身对信号的遮挡。上、下天线分别对应两个相同的接收机，通过对比两个接收机收到询问信号的幅度来判断询问信号大致方位。询问信号送入应答机信号处理器处理后，选择相应的强询问信号天线，发射频率为1 090 MHz的应答信号。

3.2 接收机工作原理

Mark XIIA系统可兼容Mark X、Mark XII等敌我识别系统，它具有处理Mode 1、Mode 2、Mode 3／A、Mode C、Mode 4和Mode 5模式的能力，同时可升级至对民用识别系统Mode S的识别处理。因此，Mark

XIIA系统接收机具有接收不同模式及处理不同模式信号的能力。图3为Mark XIIA组合询问／应答机接收机工作原理框图。

询问／应答接收机通过天线收到频率为1 030／1 090 MHz的询问信号后，首先经过带宽为20 MHz

的带通滤波器1，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［4］，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2的带宽为7.5 MHz，用来处理调制方式为PAM的Mode 1、2、3／A、4的信号和调制方式为DPSK／PPM的Mode S信号；宽带通道中，带通滤波器3的带宽为18 MHz，用来处理信号调制方式为MSK的Mode 5信号。

4 Mark XIIA Mode 5信号消息格式及信号处理流程

Mode 5有Level 1、Level 2、Level 3和Level 4 4级工作模式，其中Level 3和Level 4的具体技术规范还没有完全定义［4］。

4.1 Mode 5询问／应答信号格式

（1）询问信号格式

图4［5］给出了Mode 5的询问信号格式。询问信号格式由4个同步脉冲（P1、P2、P3、P4）、2个旁瓣抑制脉冲（L1、L2）和11个数据脉冲（D1～D11）组成，脉冲宽度为1μs，4个同步脉冲间隔可变，变化量分别为S1、S2、S3，由加密机提供的8 bit stagger数据决定。脉冲信号调制方式为MSK，调制码速率为16 Mbit／s。

（2）Level 1应答信号格式

图5［5］给出了Mode 5 Level 1应答信号格式。Level 1应答信号由2个同步脉冲（P1、P2）和一个数据长脉冲（9个字符组成：D1～D9）组成。同步脉冲宽度为1μs，长脉冲的持续时间为9μs。P1和P2脉冲间隔变量为S1，有16种情况：0～1.875μs，增量为0.125μs。同步脉冲及数据长脉冲采用MSK调制，调制码速率为16 Mbit／s。

（3）Level 2应答信号格式

图6［5］给出了Mode 5 Level 2应答信号格式。Level 2应答信号由4个同步脉冲（P1、P2、P3、P4）和一个数据长脉冲（33个字符组成：D1～D33）组成。同步脉冲宽度为1μs，数据长脉冲的持续时间为33μs。同步脉冲间隔可变，变化量分别为S1、S2、S3，由加密机提供的8 bit stagger数据决定。同步脉冲及数据长脉冲采用MSK调制，调制码速率为16 Mbit／s。

4.2 Mode 5消息格式

Mode 5提供了32种Level 1和Leve 2消息格式，每一种询问消息格式对应相应的应答消息格式，应答格式由询问信号的5 bit消息格式码决定。除有传统的识别（ID）格式外增加了SHORAD和Lethal功能，SHORAD用于近距防空系统中，Lethal为带有命令攻击意图的杀伤性询问信息的消息格式。

根据询问信号的请求，Level 1应答分为两种情况，一种是ID（识别）应答，另一种是Data（数据）应答。ID应答码包含两个8 bit RRD码和两个10 bit随机码，Data应答码包含8 bit RRD码和28 bit数据码。Data应答根据28 bit数据的不同，区分为Mode 1／2数据应答、Mode 3／C数据应答、PIN数据应答3种情况。

Level 2应答报告传输132 bit数据，包含77 bit战术数据码、27 bit安全码、24 bit纠错码和4 bit格式码。其中4 bit格式码把Level 2的报告内容区分为5种情况：ID PIN（0000）、Data M1／M2（0001）、Data M3／Altitude（0010）、Lethal PIN（0011）和Data High-Res PIN（0100），当Mode 5应答机工作在Level 2的“Squittered”状态下，空中／舰船平台“无呼叫应答”使用0100格式，地面平台“无呼叫应答”使用0011格式。

4.3 Mode 5信号处理流程

Mode 5是Mark XIIA的重要组成部分，Mode 5询问及应答信号的处理采用了许多现代新技术，如RS编码、软扩频、MSK调制等，这些新技术的应用使得系统具有更高的安全性和更强的抗干扰性能。Mode 5询问／应答信号处理流程如图7所示。

Mode 5采用了RS（11，9）纠错编码技术。RS码是一类具有很强纠错能力的多进制BCH码，在线性分组码中它的纠错能力和编码效率是最高的，特别适用于存在突发错误的信道。在扩频方面，Mode 5采用的是基于WALSH码的软扩频技术。WALSH码具有很好的同步互相关性，可有效防止多址干扰，并为系统的选址询问提供了可能。同时，软扩频技术特别适合于像Mode 5这样的传输数据速率很高和频带受限的系统，这项技术在TDMA、CDMA、JTIDS等系统中也得到了很广泛的应用。系统射频调制方式为MSK调制。MSK调制是一种恒定包络、相位连续的频移键控调制方式。与ASK、PSK、QPSK等其它数字调制方式相比，MSK调制具有带宽窄、频谱主瓣能量集中、旁瓣滚降衰减快、频带利用率高等优点，这样就减少了对相邻JTIDS系统的干扰。

5 结束语

Mark XIIA Mode 5敌我识别系统采用了许多新技术，不仅增强了系统抗干扰性能，同时拓展了系统的功能。本文通过对其系统工作原理和信号格式处理流程的分析，剖析了该型敌我识别系统的设计内涵。由于掌握资料有限，仅对Level 1和Level 2进行了较为细致的分析，Level 3和Level 4只在功能上作了简要的介绍。

［1］Frank Hill.Mode 5 And Mode S are Coming to a Simulator Near You［J／OL］.（2007－01－25）［2010－01－28］. http：／／www.sisostds.org／index.php.

［2］Combined Communications-Electronics Board.IFF／SIF operational procedures，ACP 160（C）［R］.CCEB，2007：7－8.

［3］黄成芳，何利民.敌我识别MK XIIA浅析［J］.电讯技术，2007，47（4）：66－71.

HUANG Cheng-fang，HE Li-min.Discussion on IFF MK XIIA Mode5［J］.Telecommunication Engineering，2007，47（4）：66－71.（in Chinese）

［4］Joseph P.Multi-ModeIFFReceiverArchitecture：US，6885695B1［P／OL］.2005－04－06［2006－05－08］.www. freepatentsonline.com／6885695.html.

［5］AIMS 03－1000A，Technical Standard for the ATCRBS／IFF／Mark XIIA Electronic Identification System and Military Implementation of Mode S［S］.

［6］Theresa Hartley，William Ostrove.An Equipment Forecast［J］.Forecast International，2009：1－2.

［7］AIMS 04－900，Crytographic Interface Standard for the MODE 4／5 cryptographic computer［S］.

［8］Manuel L Garcia，John M Hoffman.Test for Success：Next Generation Aircraft Identification System RF Simulation［C］／Proceedings of 2007 International Conference on Integrated Communication，Navigation（ICNS）.［S.l.］：IEEE，2007：2－5.

QIU Hong-kun was born in Linyi，Shandong Province，in 1987.He is now a graduate student of the Aviation University of Air Force.His research direction is electronic countermeasure.

Email：qhongkun＠163.com

杨建波（1962－），男，吉林九台人，博士，副教授，主要从事通信对抗方面的研究；

YANG Jian-bo was born in Jiutai，Jilin Province，in 1962.He is now an associate professor with the Ph.D.degree.His research direction is communication countermeasure.

毛虎（1987－），男，陕西咸阳人，空军航空大学硕士研究生，主要研究方向为电子对抗。

MAO Hu was born in Xianyang，Shaanxi Province，in 1987.He is now a graduate student of the Aviation University of Air Force.His research direction is electronic countermeasure.

Mark XIIA IFF System and its Signal Message formats

QIU Hong-kun，YANG Jian-bo，MAO Hu
（Aviation University of Air Force，Changchun 130022，China）

Mark XIIA is a new type IFF（Identification Foe or Friend）system developed by US and NATO armies，and Mode 5 IFF is the most important part of the system.Firstly，the functions of the system is analysed.It is shown that Mode 5 has not only the ability of IFF，but also the ability of Battlefield Situation Awareness（BSA），address-selecting inquiry and data transmission.Secondly，the operating principle and block diagram of the system are given.Finally，the signal formats are provided and the anti-jamming ability of Mark XIIA Mode 5 is analysed.

identification foe or friend（IFF）；Mark XIIA；Mode 5；signal format；message format

TN958.96

A

10.3969／j.issn.1001－893x.2010.06.004

邱宏坤（1987－），男，山东临沂人，空军航空大学硕士研究生，主要研究方向为电子对抗；

1001－893X（2010）06－0016－05

2010－01－28；

2010－04－23