复杂环境下MARKⅫA IFF信号识别方法

丁 浩

(华东电子工程研究所 合肥 230088)

1 引言

Mode 5易于进行综合集成，目前美军如E-3BAWACS(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，并且可与现役的MarkⅩ、MarkⅫ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［2］。

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。

2 MARKⅫA Mode 5的信号特征

MarkⅫA 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1μs，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80.3125μs，并进行MSK调制，其询问信号的传输数据格式如图1所示［3］。

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，系统接收到询问信号后延迟 T=(480+8N)μs进行应答，其中480μs为接收到询问信号最后一个同步脉冲的固定延迟时间，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(RRD)码决定。

Mode 5 Level 1的应答信号首先有2个同步脉冲(P1、P2)，后面紧跟一组持续时间为9μs的数据长脉冲(9个字符组成:D1～D9)。同步脉冲宽度为1μs，脉冲间隔变量为 S1，有 16种情况:0～1.875μs，增量为 0.125μs，并进行 MSK 调制，其应答信号的传输数据格式如图2所示。

图2 Level 1的应答信号示意图

Mode 5 Level 2的应答信号首先有4个同步脉冲(P1、P2、P3、P4)，后面紧跟一组持续时间为 33μs的数据长脉冲(33个字符组成:D1～D33)。同步脉冲宽度为1μs，脉冲间隔可变，变化量分别为S1、S2、S3，同步脉冲持续时间为26.625μs，并进行MSK调制，其应答信号的传输数据格式如图3所示。

3）嫁接用的接穗务必采自无溃疡病、叶斑病、黄化病、早期落叶病、红蜘蛛等病虫感染危害的健康树，要求用木质化程度高、芽体分化好的春梢作接穗，以成龄结果树春梢最好。

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［4］。

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1μs，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。

图4 模拟的同步脉冲组

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1μs，判断同步脉冲的间隔是否在17.375μs、10μs、13μs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MarkⅫA 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±0.1μs，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。因此有必要将脉冲幅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，解码得到的信息为虚假信息。

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 A1、A2、A3、A4，则取四脉冲的平均幅度

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Mode 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。

图7 询问信号识别概率

输入信号频率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。

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MarkⅫA Mode 5信号的进行识别，在信噪比6dB时正确识别率接近80%，信噪比在10dB以上时，能够对Mode 5信号的正确识别。

5 结束语

MarkⅫA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MarkⅩ、MarkⅫ所存在的问题而设计的新型敌我识别系统。本文针对MarkⅫA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MarkⅫA Mode 5信号的侦察识别，仿真结果验证了该方法的有效性。

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

［2］邱红坤，杨建设，毛虎.MarkⅫA IFF系统及其信号消息格式［J］.电讯技术，2010，50(6):16-20.

［3］US.Department of Defense.Technical Standard for the ATCRBS/IFF/MarkⅫA Electronic I-dentification System and Military Implementation of Mode S.AIMS 03-1000A［R］.US.DoD，2006.

［4］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.