大水也沖龍王廟預警機中的敵我識別

曹　晨

只要是打仗，總是在敵我之間進行。所以，分清敵我，是打仗的首要問題。自從有戰(zhàn)爭開始，人們就在尋找各種辦法來分清敵我。戰(zhàn)國時的兵書《尉繚子兵法》中記載了這樣的敵我識別方法：左、中、右三軍用不同顏色的旗幟和帽沿上不同顏色的羽毛來區(qū)分，縱隊之間用不同顏色的記章來區(qū)分，列與列之間把記章佩戴在身體的不同部位來區(qū)分。但是，現(xiàn)代戰(zhàn)爭由于作戰(zhàn)單元多如牛毛、作戰(zhàn)手段五花八門、作戰(zhàn)速度疾如閃電，單靠人自身的感官和思維去判斷敵我，已遠不能滿足作戰(zhàn)要求。特別是二次大戰(zhàn)期間，英國發(fā)明了雷達，讓戰(zhàn)爭擁有了“千里眼”，同盟國很是興奮了一陣子，可是很快他們便意識到一個大麻煩，那就是雷達雖然能夠看到更多的飛機，但不管是敵方飛機還是我方飛機，在雷達屏幕上看到的都是一樣的光點，無法區(qū)分是敵是我。所以，當時的英國空軍轟炸機指揮中心的司令官就發(fā)出了警告：雷達帶來的問題比自身所能解決的問題還要多，除非找出一種能在屏幕上區(qū)別敵我飛機的方法，否則就要停止研制和使用雷達。那么，是什么方法使得雷達幾十年來一直能夠安身立命并長就一雙“火眼金睛”?這些方法在預警機中是如何使用的?這就是我們今天的話題。

敵我識別器——無線電“對暗號”

要想搞清楚雷達所發(fā)現(xiàn)的一架戰(zhàn)斗機到底是“何方神圣”，主要靠問與答?？墒?，問又不能明問，以免暴露自己，只能帶著暗號問。當然，答也不能明答，只能帶著暗號答，就跟我們在反特影視里所看到的那樣。當中最經(jīng)典也是最好玩的，當數(shù)《智取威虎山》中楊子榮和座山雕的那一段對話?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭中，由于雷達發(fā)現(xiàn)的飛機常常是在數(shù)十千米至幾百千米以外，靠聲音和語言來對暗號是不行了，還得靠無線電。而對暗號的過程，自然也遠遠不會像文學作品中描寫的那樣可愛和瀟灑。在所有分清敵我的辦法中，現(xiàn)代戰(zhàn)爭用得最多的是敵我識別器(IFF)，就是通過發(fā)射攜帶了“暗號”的無線電波來達到分清敵我的目的。能夠發(fā)射詢問信號的無線電裝置，稱為詢問機；在戰(zhàn)斗機上，則會安裝能夠發(fā)射回答信號的無線電裝置，稱為應答機。不管詢問機還是應答機，因為都要發(fā)射無線電信號，所以都得有天線。于是，詢問機、應答機和天線就成了敵我識別器的三要素。如果一架戰(zhàn)斗機接到了來自預警機的詢問信號，并且是“自己人”，就能夠“讀懂”攜帶在無線電波中的“暗號”，并通過自身的應答機向預警機發(fā)射回答的信號——當然，也是帶“暗號”的，并且能夠被預警機“讀懂”。如果是敵人，由于“讀”不懂暗號，所以也就不能正確回答，或者根本就做不出反應。這就是無線電“對暗號”的識別方法。

敵我識別器工作時，雖然也是利用無線電波，但同雷達不同的是，雷達在看飛機的時候，首先需要自己發(fā)射無線電波，電波碰到飛機后，只是無意地反射，而不會再次發(fā)射，整個發(fā)現(xiàn)飛機的過程中只有雷達的一次自身的發(fā)射。而敵我識別器完成一次“對暗號”的過程，需要兩次發(fā)射：一次是預警機對戰(zhàn)斗機發(fā)射詢問用的暗號，第二次則是戰(zhàn)斗機讀懂暗號后，自身向預警機有意發(fā)射的回答信號。因為有兩次發(fā)射，所以敵我識別器還被稱為“二次雷達”。特別是用于識別民用飛機時，一般就不說“敵我識別器”而說“二次雷達”了。而我們通常所說的雷達，有的時候被說成是“一次雷達”一實際上，幾乎所有的敵我識別器都不光能認識自己的飛機，也能區(qū)別出不同的民航飛機。而只要雷達是用于打仗的，裝有雷達的地方，就一定有敵我識別器，它們就像如影隨形的兩兄弟，總是并肩戰(zhàn)斗、共同迎敵。因為這個緣故，敵我識別器有時候又被理解成為“第二雷達”，而這正是英語中“SSR”的原意。

“暗號”中的秘密

最早的敵我識別系統(tǒng)是美國人在20世紀40年代開發(fā)的MARKX(馬克10)系統(tǒng)，現(xiàn)在已發(fā)展到MARK 12。它起初采用了1、2、3三個詢問模式，都是打仗用的。后來為了提高保密性能，使打仗時的敵我識別更為可靠，MARK 12又增加了保密模式4。只用于軍用從50年代開始，MARK系統(tǒng)從軍用向民航推廣，模式3被選為軍民共用，也稱為3/A模式。其中A代表“ATC”，即“空中交通管制”，這就是民航中通常所說的“航空管制”的學名。此外，還增加了一個C模式，與A模式一起用于民航。

對于西方國家，敵我識別器和二次雷達都是合用一套詢問機和應答機；由于二次雷達是用于民航的，頻率必須全世界通用，但二次雷達和敵我識別器又是同一套設備，所以敵我識別器和二次雷達的工作頻率是一樣的，詢問頻率是1030兆赫，應答頻率是1090兆赫。在打仗時要想保密，主要靠編碼，或者叫增加“暗號”的種類和復雜程度。那么，在詢問和回答的“暗號”中，究竟隱藏了什么樣的秘密呢?

——它在哪里?即戰(zhàn)斗機相對于預警機的距離與方位，這是一個二維的信息。這個功能雷達也有，只是雷達測量距離時，僅僅需要把電波從天線發(fā)射出去到接收回來的往返時間記錄下來再除以2，得到電波單程在路上的時間。而敵我識別器測量距離時，得到電波單程在路上的時間后還要減去戰(zhàn)斗機上的應答器“破譯”和發(fā)出應答“暗號”的時間。

——它是我的朋友，還是我的敵人?即戰(zhàn)斗機的敵我屬性。敵我屬性除了是敵、是友、是我的區(qū)別之外，也有中立的或屬性不明的，這些不同的屬性常常在雷達顯示屏上以不同的顏色區(qū)分，來提示給雷達操作員。

——它在一個什么樣的隊形里?即編隊狀態(tài)和飛機編號。編隊狀態(tài)可以根據(jù)軍隊內部既定的類別來加以定義，比如說一類編隊、二類編隊、長機或僚機等，分別代表戰(zhàn)斗機協(xié)同作戰(zhàn)時的“隊形”。這些信息都隱藏在模式1～4中的暗號里。

——如果是我的朋友，它飛得有多高?即我方戰(zhàn)斗機的高度信息，從C碼中得到。獲得飛機的高度，這個功能雷達也有。我們在上一期介紹過，預警機上雷達對飛機高度的測量是非常不準確的，對200千米外的飛機，其測高的結果可能同真實的飛機高度相差1千米以上。而敵我識別器獲得的戰(zhàn)斗機高度卻是很準確的，常常誤差只有幾十米不到，比有的地面雷達還要測得準。敵我識別器怎么會有如此神通，連雷達都自愧不如呢?一“語”道破天機——原來敵我識別器對飛機的高度是“問”出來的，而不是“測”出來的。戰(zhàn)斗機上的敵我識別應答機和高度計是相連的，應答時可以“順手牽羊”，將高度數(shù)據(jù)一起打包在應答的無線電波中，以“暗號”的形式發(fā)送給預警機。這樣一來，我們也就看到了敵我識別器在知道戰(zhàn)斗機的高度時所使用的不過是“一招鮮”而已，說穿了倒有些“一文不值”了。

——民航用的飛機代碼，即俗稱的“A碼”，可以從3/A模式中獲得。

——其它特殊的信息。例如對于民航機，可以包含飛機被劫持或處于其它緊急狀態(tài)時的呼救信號。而在打仗時，如

果事先對每架自己的飛機或友機都編了號，相當于為每一架飛機都起了一個名字，那么預警機就可以通過發(fā)射詢問信號，讓每架飛機都“自報家門”，這樣就能知道每一架飛機的“名字”——學名叫“單個識別碼”。

總的講，在打仗時，即使是自己人，或者因為敵我識別器故障，或者因為關機，甚至根本就沒裝敵我識別器，就也可能對自己人的詢問不理不睬。那么這種情況下，要想搞清楚對方到底是誰，就是一件很麻煩的事兒，是一門很大的學問，也有一個很玄虛的名字，叫“非合作目標識別”。關于這點，本文就暫且不表了。與預警雷達的“一唱一和”

預警機中的敵我識別器和二次雷達(SSR)雖然共用一套設備，且都要與雷達配合工作，但有時候在具體的配合方式上還是有所不同。

預警機在飛行時，二次雷達的詢問機可以一直開機，不斷向空中發(fā)射無線電波；天線波束可以像雷達一樣，在空中對戰(zhàn)斗機和民航機進行搜索或掃描，而不管與它配合的雷達是否開機。工作過程中，軍用的1～4模式和民用的A碼模式可以輪換。如果某一時刻，有一個回答信號進來，敵我識別器就要判斷這種情況下是誤報呢，還是確實有飛機存在。如果確實有飛機存在，而不是誤報，就會在屏幕上的某個位置顯示出一個點，并指示出這個點所代表的飛機的位置。這樣的點，專業(yè)上叫“點跡”。如果隨著天線的掃描，連續(xù)有很多回答的信號進來，二次雷達就會在屏幕上顯示出很多的點，并且判斷出這些點分別對應的是哪幾架飛機，然后把屬于同一架飛機的那些點連起來形成一條線，這條線可以指示出飛機運動的方向和速度，專業(yè)上叫“航跡”。當雷達也在工作時，也可能與二次雷達看到同一架飛機。由于同一架飛機的信息(如距離、方位和高度)有了兩個來源，這時候預警機就得動一動腦筋了，看看每一類信息到底該用誰的數(shù)據(jù)更可靠，一般來說，在雷達和二次雷達都看到同一架飛機的情況下，并且這架飛機是我機或民航機，那么雷達的距離和方位數(shù)據(jù)更值得信任，高度則要用二次雷達的。但是，對于民航機的情況，二次雷達看飛機的連續(xù)性要比雷達好，因為二次雷達可以“問”到民航機的代碼，通過代碼可以把多個不同的點跡準確地進行歸類，把屬于不同飛機的飛行軌跡區(qū)分開，

與SSR不同，IFF則不是始終處于工作狀態(tài)，只是在雷達看到飛機時，才會由雷達給IFF發(fā)一個指令，告訴它要發(fā)出詢問信號，詢問后的結果將給雷達航跡“一點顏色看看”。例如，我機或友機的航跡用紅色，敵機的航跡用藍色，敵我屬性不明或中立的飛機用黃色顯示等等，或者改變屏幕上用以表示飛機的圖形形狀，之后則保持沉默，直到出現(xiàn)新的雷達航跡再一次告訴IFF，“你又該干活了”。IFF的這種觸發(fā)式工作方式主要是因為保密起見。如果頻繁工作，可能被敵方所偵收，進而破譯我方密碼，從而引起滅頂之災。要知道，敵我識別器的“暗號”的含義(也就是編碼)就是它的生命。如果被敵方破譯，唯一的選擇便是把部隊中的敵我識別器全部更換。1976年9月6日，蘇聯(lián)飛行員維克多駕駛米格25叛逃至日本，致使蘇聯(lián)喪失大量的軍事機密，被迫更換空軍和防空軍的所有敵我識別器，由此至少損失20億盧布。所以，為確保安全，飛機上通常安裝有敵我識別器密碼的自動銷毀系統(tǒng)。順便說明一下，由于對于西方國家來說，SSR和IFF設備共用，所以對SSR和IFF不加區(qū)分。在本文中，讀者只需要知道，當像雷達一樣獨立地掃描工作，或者用于對民航機的場合，就多稱為SSR；而當用于軍用場合，以觸發(fā)方式工作，主要獲得飛機的敵我屬性時，就多稱為IFF。

由于雷達在某個方向上發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)斗機后，需要引導敵我識別器在同樣的方向上發(fā)射攜帶詢問暗號的無線電波用來探得戰(zhàn)斗機的敵我屬性，因此，敵我識別器的詢問機天線需要在發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)斗機的方向上把無線電波能量更為集中地發(fā)射出去，這樣無線電波能夠傳得更遠。否則對于遠處的戰(zhàn)斗機，雷達的電波夠得著，敵我識別器的電波卻夠不著，這樣戰(zhàn)斗機的敵我屬性就不能知道了。但由于應答機要接收和應答來自其它飛機的詢問信號，所以它的應答機天線在各個方向上接收詢問信號的能力是相同的。形象地說，應答機的天線在接收無線電波時，天線的接收能力在空間的分布是一個圓，叫做全向天線：詢問機的天線在發(fā)射無線電波時，發(fā)射能力在空間的分布像一朵梅花瓣，叫做有方向性天線，其中有一個梅花瓣特別長——就是主瓣，說明在這枚花瓣的方向上能夠最強地發(fā)射電磁波：其余的瓣就是副瓣，或者叫旁瓣。為了避免預警機機身對電波的遮擋，天線總是選在一些受機身遮擋較少的地方。例如，敵我識別器的詢問天線可以像雷達天線一樣放在機背蘑菇形的天線罩內高高在上，而應答天線則一般裝在機頭或垂尾。

就詢問天線來說，它可以“寄生”在雷達天線上，也可以安裝在與雷達天線不同的位置上。例如，E－3A預警機的雷達工作在S波段(波長為lO厘米)，雷達天線陣面和詢問天線陣面在機背的大盤子里背對背安裝。此時，雷達在某個方向上發(fā)現(xiàn)飛機目標后，敵我識別器經(jīng)半個掃描周期(5秒)后在這個方向上發(fā)出詢問信號。此時不用擔心飛機目標在這5秒鐘后找不到了，因為敵我識別器的波束寬度一般要比雷達波束寬。以2度計算，在100千米的距離上波束覆蓋范圍就是3500米。即使飛機目標以2馬赫飛行，在5秒內飛行的距離3400米，也還是逃不過敵我識別天線波束的“手掌心”。

對于采用相控陣天線的預警機，它的敵我識別天線則“寄生”于雷達天線的上部或下部。由于其雷達是相控陣的，詢問機天線也是相控陣的，以便兩個天線在搜索時能夠服從同一個計算機的統(tǒng)一號令。

波光粼粼的湖面與“單脈沖技術”

我們都有這樣的生活經(jīng)驗，在明媚的陽光之下，垂楊柳邊，一片平靜的湖面，在微風的吹拂下，波光搖曳。這些粼粼的波光有時候會讓我們覺得晃眼，有時候卻又很溫柔地進入我們的視線。這種情況實際上表示，陽光照射到湖面以后，由于微風吹動了湖水，姿態(tài)在變化和起伏，使得陽光照射到同一片水波的位置會不一樣，從而使水波反射進入人眼的陽光強度發(fā)生了變化。目標對雷達的反射有如此理。在雷達的波束先后兩次照射到目標的時間間隔內，由于目標在此期間的姿態(tài)或其它物理特性的變化，雷達兩次收到的回波強度會有很大不同，專業(yè)上叫作“目標閃爍”或“目標起伏”。這對雷達確定目標位置是非常不利的，就像人眼第一次看到了個目標，可是這時候還來不及知道它具體在哪兒，想再看一眼的時候，它卻已不知去向。所以，雷達在確定目標位置時，要想測得準一些，總是希望克服目標閃爍的影響。前面介紹過，二次雷達可以像雷達一樣地工作，所以，目標閃爍對二次雷達也有著一樣的影響。由于目標并不隨雷達或二次雷達的意志而運動，因此要想克服目

標閃爍，只能從雷達或二次雷達本身想辦法，這個辦法就是采用單脈沖技術。這種技術能夠大大增加對飛機角度測量的準確性。在理解單脈沖技術之前，我們需要知道，雷達或二次雷達的脈沖工作是怎么一回事，以及在不采用單脈沖技術的時候，又是怎樣測角度的。

大部分雷達在發(fā)射無線電波時，就像人類通過嗓門說話一樣，是不會滔滔不絕、一直說下去的，而是說一會兒，歇一會兒。說的時候是在發(fā)射能量，一般持續(xù)一個微秒量級;歇的時候是在接收回波，就是在“聽”，一般持續(xù)幾十微秒。并且是說的時候不聽，聽的時候不說，就像人通常在說話時很難聽到別人說給自己聽的話一樣，否則接收到的回波要被發(fā)射出去的能量給擋住了。用圖形來表示的話，雷達發(fā)射電波的時間可以表示為在數(shù)軸上的一個個隔開的矩形，在矩形之間的空隙就是雷達接收電波的時間，而這一個個矩形就是一個個脈沖。

當雷達不采用單脈沖技術時，對角度的測量需要利用波束在至少兩個不同位置上對飛機的兩次照射。如果只在一個位置上照射，由于波束是有寬度的，對于預警機來說，通常為1°左右，那么都被這1°的波束所覆蓋到的，但其具體位置又有所不同的多個目標，在雷達看來都是在同樣的方位上。如果利用兩個波束在兩個不同位置上的照射，就可能把對角度的區(qū)分能力提高到這波束寬度范圍內的幾分之一或零點幾度。具體做法是，通過先后改變波束位置，使得在這兩個位置上都能照射到飛機，并且目標在這兩個波束位置上的回波強度都一樣，那么由于波束位置是事先知道的，就可以判斷出目標的方向是在這兩個波束位置的角平分線上。如果目標不是位于兩個波束位置的正中，那么兩次回波在強度上就有所不同。由于這種測角方法需要利用波束先后兩次照射到目標期間返回到雷達的很多個脈沖，而由于目標閃爍的影響，這些回波的強度可能會變化很大，所以測角效果不好。

技術人員解決這個問題的辦法就是“同時”產生兩個波束照射目標而不是“先后”利用兩個波束照射目標，以克服先后兩個波束照射的間隔中目標回波強度的變化。兩個波束同時照射時，會有百十個脈沖從目標返回雷達。理論上，只需要一個返回的脈沖所攜帶的能量就能把角度測出來，而測量的準確度卻可以提高一個數(shù)量級。當然，實際上利用的脈沖遠遠不止一個，主要是因為脈沖越多，蘊含的能量就越多，雷達就越容易接收和分析：并且，利用多個脈沖測量的結果，還可以通過取平均值減少誤差。

在二次雷達中采用單脈沖技術，所帶來的好處是，不僅提高了二次雷達本身的測角準確性，而且由于預警機上的雷達早就采用了單脈沖技術，使得二次雷達的測角準確性與雷達更為接近，從而提高了整個系統(tǒng)的匹配性。就像大家所熟悉的木桶理論，在預警機這樣一個復雜的系統(tǒng)中，必須要考慮各種電子設備在性能上的匹配。

敵我識別中的“新貴”——S模式

敵我識別器在使用時，經(jīng)常會碰到各種干擾，主要有“旁瓣干擾”、“竄擾”、“混擾”等，當預警機敵我識別詢問天線的性能不是很好(主要是旁瓣較高，也就是天線把能量盡可能多地集中到主瓣范圍內輻射的能力不強)或戰(zhàn)斗機離預警機較近時，詢問信號可能通過旁瓣輻射出去而問到戰(zhàn)斗機。可是，這種詢問本來是應該由主瓣發(fā)出的，如果通過副瓣發(fā)射出去，副瓣就是“假傳圣旨”，戰(zhàn)斗機收到“圣旨”后就會回答。由于副瓣和主瓣不在同一個方位上。因此，回答的信號就會從副瓣的方向進入敵我識別器，從而造成預警機對戰(zhàn)斗機方向的判斷錯誤。為消除副瓣干擾，可以單獨發(fā)射一個比較信號，將與主瓣對應的回答信號和與副瓣對應的回答信號在幅度上進行比較。一般來說，來自主瓣的回答信號總是要比來自副瓣的要強一些，這樣就可以不處理由副瓣問出來的回答信號，也就抑制了旁瓣干擾。

當有兩架以上的預警機對多架戰(zhàn)斗機進行詢問時，預警機收到的來自某一個戰(zhàn)斗機的回答信號中，也會夾雜有這個戰(zhàn)斗機對另外一架預警機的回答信號，這種干擾就是“竄擾”，類似于我們在打電話時的“串線”，把另外一條電話線上的通話當成了與自己的對話。而當預警機的敵我識別天線同時照射到兩個或兩個以上的我方戰(zhàn)斗機時，預警機可以同時收到這些戰(zhàn)斗機的回答信號。當多架目標很接近時，多個回答信號會重疊和交錯在一起。就像本來是多個獨立的甸子，每個句子的意思都是清楚的：可是不同句子的單詞打亂了順序混在一起，預警機就無法讀懂這個回答的句子，從而造成“混擾”。經(jīng)模擬計算，敵我識別天線只照射到1架飛機時，“暗號”被對上的機會為90％以上；照射到5架飛機時，這個機會則下降到72％。為了消除這兩類干擾，人們開發(fā)了一種新的敵我識別和二次雷達的工作模式，那就是S模式。s模式為每架飛機分配一個特定的地址代碼，代碼可達1600多萬個，可以進行點名詢問，從而從根本上解決了竄擾和混擾的問題。因為這個原因，s模式就變得非?！俺韵恪?，已經(jīng)成為西方各國開發(fā)敵我識別器的焦點。

大水也沖龍王廟

不少讀者都會對1973年的中東戰(zhàn)爭津津樂道，而談起這次戰(zhàn)爭時，說得最多的，恐怕就是埃及軍隊在擊落以色列89架飛機的同時，也擊落了自己的69架飛機，真可謂是“殺敵一千、自毀八百”。當時，敵我識別器應用還不廣泛。到了海灣戰(zhàn)爭期間，多國部隊已經(jīng)都使用了MARK12敵我識別器系統(tǒng)，但由于各國敵我識別器自身的“暗號”事關國家安全，不能輕易泄露，也不能貿然整合，所以并不能很好地協(xié)同工作。再有，友機的敵我識別器有時因為關機、故障或其它原因，不能正確回答，都造成了“水淹龍王廟”的慘劇時有發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，海灣戰(zhàn)爭期間美軍其死亡148人，其中有35人是自己人的火力誤傷，也就是說，每4個陣亡的美軍士兵中，就有1個死于自己人之手。而在海灣戰(zhàn)爭結束后不久的1994年4月14日，發(fā)生了一起與預警機直接有關的誤傷事件——美國空軍的2架在E－3A預警機控制下的F－15戰(zhàn)斗機向2架正在飛行的直升機發(fā)射導彈，機上26人全部喪生，事后才發(fā)現(xiàn)這2架飛機是美國UH－60“黑鷹”直升機。由此可以看到，即使應用了敵我識別器，它在戰(zhàn)場中的應用還是有很多局限性的。所以，人們總是在不斷尋找其它各種辦法，包括電子設備、光學手段以及不同的戰(zhàn)術方法等，同敵我識別器配合使用。其中一種辦法，就是利用電子偵察和通信偵察。那么，它們的基本原理是什么?在預警機中是如何應用的?請看下期：預警機中的“順風耳”——無線電偵察。