射頻與激光組合識別方案?

王波??（中國西南電子技術(shù)研究所，成都610036）

射頻與激光組合識別方案?

王波??
（中國西南電子技術(shù)研究所，成都610036）

分析了Mark XIIA敵我識別系統(tǒng)和激光敵我識別系統(tǒng)的現(xiàn)狀，提出了射頻與激光組合識別方案。該方案綜合利用激光指向性高和Mark XIIA系統(tǒng)識別能力強的優(yōu)點，通過并行使用射頻詢問射頻應(yīng)答工作方式和激光詢問射頻應(yīng)答工作方式，避免了來自射頻詢問主波束內(nèi)的多目標應(yīng)答問題，在具備多目標處理能力的同時，提高了對密集目標中點目標的敵我屬性識別能力。該方案也為單兵提供了可行的敵我識別手段。最后，論述了該方案的實用性，以期為新型敵我識別系統(tǒng)的設(shè)計提供參考。

敵我識別；Mark XIIA；組合敵我識別；激光敵我識別

1 引言

正確識別目標敵我屬性是軍事斗爭的基本需求，也是取得戰(zhàn)爭勝利的基本要素。從識別的準確性、實時性等方面來看，采取詢問－應(yīng)答工作方式的協(xié)同式敵我識別［1］是當前最主要的敵我識別手段。目前，Mark系列敵我識別（IFF）系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，其最新的Mark XIIA系統(tǒng)為Mark XII系統(tǒng)的升級版本［2］，工作于L頻段，可裝備于地面、水面及空中作戰(zhàn)平臺，主要用于配合平臺觀瞄、探測設(shè)備對發(fā)現(xiàn)的目標進行敵我屬性識別。Mark XIIA系統(tǒng)采用了時間同步、數(shù)字加密、軟擴頻［3］等技術(shù)，具有識別能力強、保密性好、抗干擾能力強的特點，并具備數(shù)據(jù)傳輸和交換功能［4］。此外，由于激光具有方向性好、抗電磁干擾能力強等特點，歐美各國也開展了激光敵我識別技術(shù)的探索，但是由于存在應(yīng)答方需瞄準詢問方發(fā)送激光應(yīng)答信號的難題［5］，一般采用激光詢問射頻應(yīng)答敵我識別方式。

Mark XIIA系統(tǒng)的方位分辨力為2°～3°，在目標密集環(huán)境中，詢問主波束內(nèi)會有多個目標應(yīng)答，若多個目標與詢問方的距離在一定誤差范圍內(nèi)，則詢問方無法判別平臺瞄準的待識別目標是否應(yīng)答。而單兵由于負重和安裝方面的限制，無法裝備IFF詢問機（定向詢問天線尺寸較大），如CIDDS、LW-CIDS、HDSIDS等美軍的單兵識別系統(tǒng)主要使用激光和電臺來分別實現(xiàn)單兵與戰(zhàn)車間、單兵間、單兵與直升機間的識別，識別的實時性難以保證［6］，且多種識別系統(tǒng)的存在勢必要求協(xié)同平臺裝備多種敵我識別系統(tǒng)，增加了平臺加裝和使用難度。

為解決上述問題，綜合考慮部分作戰(zhàn)平臺（如直升機等）同時裝備了激光設(shè)備和IFF設(shè)備，本文提出了Mark XIIA系統(tǒng)IFF設(shè)備與激光設(shè)備的組合識別方案，充分利用激光指向性高和Mark XIIA系統(tǒng)識別能力強的優(yōu)點，在具備多目標處理能力的同時，提高對密集目標中點目標的敵我識別能力。此外，采用小型化設(shè)計的IFF應(yīng)答機能滿足便攜使用要求，可將激光詢問射頻應(yīng)答方式直接應(yīng)用于負重能力有限的單兵部隊，實現(xiàn)單兵與戰(zhàn)場各單元間的敵我屬性識別和數(shù)據(jù)傳輸。

2 射頻／激光組合識別系統(tǒng)設(shè)計方案

2.1 組成

如表1所示，射頻／激光組合識別系統(tǒng)由Mark XIIA系統(tǒng)設(shè)備（包括詢問設(shè)備、應(yīng)答設(shè)備）與改造的激光設(shè)備（包括激光測距機、激光告警器）組成。IFF詢問設(shè)備與激光測距機改造設(shè)備組成詢問方，IFF應(yīng)答設(shè)備與激光告警器改造設(shè)備組成應(yīng)答方。

2.2 工作方式

射頻／激光組合識別系統(tǒng)的工作方式包括射頻詢問射頻應(yīng)答工作方式和激光詢問射頻應(yīng)答工作方式。其中，射頻詢問射頻應(yīng)答工作方式為Mark XIIA系統(tǒng)現(xiàn)有的工作方式，激光詢問射頻應(yīng)答方式為新增的工作方式。系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。

射頻詢問射頻應(yīng)答工作方式：詢問和應(yīng)答通道均由IFF設(shè)備完成。啟動詢問后，IFF詢問設(shè)備發(fā)送經(jīng)加密、編碼的射頻詢問信號，之后進行接收應(yīng)答信號的各參數(shù)運算和預(yù)置，等待接收射頻應(yīng)答信號；IFF應(yīng)答設(shè)備收到射頻詢問信號后，進行解碼、解密，若確定詢問信號有效，發(fā)送經(jīng)加密、編碼的射頻應(yīng)答信號；IFF詢問設(shè)備在有效時間內(nèi)若接收到射頻應(yīng)答信號，進行解碼、解密，提取信息并測距。詢問設(shè)備的一次識別由多個識別周期（1個識別周期包括1個詢問和對應(yīng)的應(yīng)答或不應(yīng)答）組成，在識別結(jié)束前，若收到平臺測距設(shè)備送來的目標距離信息，可以將識別距離與之進行匹配運算。完成識別后，將識別結(jié)果和目標匹配情況輸出顯示。

激光詢問射頻應(yīng)答工作方式：詢問通道由激光設(shè)備完成，應(yīng)答通道由IFF設(shè)備完成。啟動詢問后，激光測距機改造設(shè)備發(fā)出加密的激光詢問脈沖（激光詢問脈沖也用于激光測距），同時觸發(fā)IFF詢問設(shè)備進行接收射頻應(yīng)答信號的各參數(shù)運算和預(yù)置，等待接收響應(yīng)激光詢問的射頻應(yīng)答信號；激光告警器改造設(shè)備收到激光詢問信號后，進行解碼、解密，若確定詢問信號有效，在規(guī)定時間點觸發(fā)IFF應(yīng)答設(shè)備發(fā)送經(jīng)加密、編碼的射頻應(yīng)答信號；IFF詢問設(shè)備在有效的應(yīng)答窗時間內(nèi)若接收到射頻應(yīng)答信號，進行解碼、解密，提取信息并測距；IFF詢問設(shè)備若接收到激光測距機改造設(shè)備傳送的目標距離信息，可以將識別距離與之進行匹配運算。完成識別后，將識別結(jié)果和目標匹配情況輸出顯示。

采用射頻詢問射頻應(yīng)答工作方式時，可得到射頻詢問主波束內(nèi)的單個或多個目標敵我屬性、距離等信息。采用激光詢問射頻應(yīng)答工作方式時，通過激光詢問來提高對待識別目標的空間分辨力，可得到觀瞄設(shè)備指向目標的敵我屬性、距離等信息。激光詢問射頻應(yīng)答工作方式也適用于部分無法加裝Mark XIIA系統(tǒng)詢問設(shè)備的特殊平臺。

2.3 工作流程

在射頻／激光組合識別系統(tǒng)的功能和實現(xiàn)方面，筆者設(shè)計了并行式方案，即同時執(zhí)行兩種工作方式，使射頻／激光組合識別系統(tǒng)既能與現(xiàn)有的Mark XIIA系統(tǒng)互通，也能與改造后的射頻／激光組合識別系統(tǒng)連通。

并行式方案中，在一次完整的識別內(nèi)，詢問方同時采用了激光詢問和射頻詢問兩種詢問方式，應(yīng)答方依次采用兩種不同的應(yīng)答信號格式自動進行應(yīng)答。

系統(tǒng)工作流程如圖2所示。

（1）詢問方的工作流程

啟動詢問后，激光測距機改造設(shè)備發(fā)送激光詢問信號的同時，傳送詢問觸發(fā)信號給IFF詢問設(shè)備，并在測距完成后將目標距離信息傳送給IFF詢問設(shè)備；IFF詢問設(shè)備啟動第1個識別周期，同時判斷是否到達激光詢問射頻應(yīng)答窗位置，在到達前繼續(xù)進行后續(xù)識別周期；到達激光詢問射頻應(yīng)答窗位置時，中止射頻詢問流程，重置參數(shù)開啟應(yīng)答窗，等待接收響應(yīng)激光詢問的射頻應(yīng)答信號；激光詢問射頻應(yīng)答窗結(jié)束后，繼續(xù)進行后續(xù)識別周期的射頻詢問流程；每個識別周期結(jié)束后，射頻詢問設(shè)備均需將識別距離與目標距離做匹配運算，存儲識別結(jié)果；完整的識別流程結(jié)束后，將射頻詢問和激光詢問方式獲取的識別結(jié)果輸出顯示。

（2）應(yīng)答方的工作流程

IFF應(yīng)答設(shè)備與激光告警器改造設(shè)備平時處于應(yīng)答狀態(tài)，周期性更換密碼，等待接收詢問信號；當激光告警器改造設(shè)備接收到有效的激光詢問信號后，應(yīng)在規(guī)定時間點發(fā)送應(yīng)答觸發(fā)信號給IFF應(yīng)答設(shè)備；若IFF應(yīng)答設(shè)備接收到有效的射頻詢問信號，發(fā)送射頻應(yīng)答信號；若IFF應(yīng)答設(shè)備接收到激光告警器改造設(shè)備送來的應(yīng)答觸發(fā)信號，發(fā)送響應(yīng)激光詢問的射頻應(yīng)答信號。

3 關(guān)鍵技術(shù)和環(huán)節(jié)

3.1 激光詢問射頻應(yīng)答工作方式信號格式的設(shè)計

激光詢問信號可采用脈沖編碼調(diào)制方式［7］，以脈沖數(shù)和脈位間隔進行加密，密碼由Mark XIIA系統(tǒng)設(shè)備提供，其密碼有效期可與Mark XIIA系統(tǒng)一致，也可另行設(shè)置。脈沖數(shù)和間隔的設(shè)置需綜合考慮激光脈沖編碼量、現(xiàn)役激光裝備的脈沖發(fā)射頻度、脈位抖動誤差，以及系統(tǒng)識別時間等要素。

當射頻詢問和激光詢問同時發(fā)送時，IFF詢問設(shè)備需以時分方式設(shè)置兩個不同的應(yīng)答窗，依次接收兩種應(yīng)答信號。射頻應(yīng)答信號采用Mark XIIA系統(tǒng)技術(shù)體制，信息中可含有位置、狀態(tài)等信息，在自動報知本設(shè)備敵我屬性的同時完成數(shù)據(jù)傳遞。

組合識別系統(tǒng)將激光詢問信號解碼時間與射頻詢問射頻應(yīng)答時間復(fù)用，在原來的系統(tǒng)識別時間上僅增加了響應(yīng)激光詢問的射頻應(yīng)答信號的處理時間。為了減少應(yīng)答信號的占據(jù)，且不大幅增加識別時間，在該射頻應(yīng)答信號格式的設(shè)計上，需參考Mark XIIA系統(tǒng)信號格式，綜合考慮應(yīng)答窗的位置和長度、激光詢問信號的處理時間，以及射頻詢問射頻應(yīng)答方式中識別周期的分布均勻性。

3.2 Mark XIIA系統(tǒng)設(shè)備與激光設(shè)備的信息交聯(lián)

為使激光詢問射頻應(yīng)答工作方式中詢問設(shè)備能完成測距，需要進行實時的信息交聯(lián)，使詢問方和應(yīng)答方能同時開啟應(yīng)答窗進行處理。

考慮觸發(fā)信號的實時性要求，在IFF設(shè)備與激光改造設(shè)備間增加直接信號交聯(lián)，以脈沖信號觸發(fā)詢問和應(yīng)答。激光測距機改造設(shè)備在發(fā)送激光詢問信號的起始點同時發(fā)送脈沖式觸發(fā)信號給IFF詢問設(shè)備，使IFF詢問設(shè)備獲知激光詢問信號發(fā)送時間，及時開啟應(yīng)答窗處理射頻應(yīng)答信號，完成測距和數(shù)據(jù)提取。當激光告警器改造設(shè)備接收到有效激光詢問信號時，固定延時后發(fā)送脈沖式觸發(fā)信號給IFF應(yīng)答設(shè)備，使IFF應(yīng)答設(shè)備能及時獲知應(yīng)答觸發(fā)時間，在準確的應(yīng)答窗內(nèi)發(fā)送應(yīng)答信號。為提高測距精度，應(yīng)嚴格限制脈沖觸發(fā)信號的同步精度和脈沖特征。

同時，為提高激光詢問射頻應(yīng)答工作方式的保密性和判別準確性，應(yīng)增加通信協(xié)議，使激光設(shè)備能接收Mark XIIA系統(tǒng)設(shè)備送來的密碼，并能使射頻詢問設(shè)備能接收激光測距機改造設(shè)備送來的目標距離數(shù)據(jù)。

3.3 激光設(shè)備改造技術(shù)

為了利用現(xiàn)役平臺上裝備的激光設(shè)備，需在不改變其現(xiàn)有功能性能的前提下進行改造。激光測距機改造設(shè)備在保持原測距機性能不變的基礎(chǔ)上，增加激光詢問功能，實現(xiàn)激光詢問信號的發(fā)射與原測距功能的復(fù)用。激光告警器改造設(shè)備在保持原告警器性能不變的基礎(chǔ)上，增加對激光脈沖編碼詢問信號探測和識別功能，以及高精度計時和應(yīng)答觸發(fā)等功能，實現(xiàn)激光詢問信號的接收與原告警功能的復(fù)用。

4 實用性分析

射頻／激光組合識別系統(tǒng)具有以下實用性。

（1）具有很大的靈活性

兩種工作方式的并行使用可發(fā)揮最大優(yōu)勢，應(yīng)答設(shè)備的應(yīng)答信息可幫助詢問設(shè)備更準確地判決目標屬性，實現(xiàn)目標密集環(huán)境中的點目標敵我識別功能。且組合識別系統(tǒng)的工作方式兼顧了不同的平臺配置情況，當平臺配置的敵我識別系統(tǒng)只具備其中一種工作方式時，也可完成敵我識別功能。

（2）實現(xiàn)較為簡便

現(xiàn)役作戰(zhàn)平臺通常配裝了激光設(shè)備和Mark系列IFF設(shè)備，可以僅通過少許硬件和軟件上的改動，使激光設(shè)備具備激光詢問信號發(fā)射和接收功能，使IFF設(shè)備具有激光編碼密碼發(fā)送、射頻應(yīng)答信號處理等功能。

（3）適用于單兵裝備

單兵通常裝備了激光設(shè)備，通過改造激光設(shè)備，以及加裝小型化的IFF應(yīng)答機，組合成詢問應(yīng)答機，能使用射頻應(yīng)答天線接收激光詢問射頻應(yīng)答信號，完成詢問功能，實現(xiàn)對目標的敵我屬性識別和數(shù)據(jù)獲取，并能自動應(yīng)答報知屬性和傳送數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語

本文提出了Mark XIIA系統(tǒng)IFF設(shè)備與激光設(shè)備的組合識別概念，設(shè)計了射頻與激光的組合識別方案，通過并行使用射頻詢問射頻應(yīng)答工作方式和激光詢問射頻應(yīng)答工作方式、合理設(shè)計組合識別的工作時序和信號格式，使射頻與激光組合識別系統(tǒng)的激光詢問信號解碼時間與射頻詢問射頻應(yīng)答時間復(fù)用，充分利用激光指向性高和Mark XIIA系統(tǒng)識別能力強的優(yōu)點，避免了來自射頻詢問主波束內(nèi)的多目標應(yīng)答，在具備對密集目標處理能力的同時，提高對單個重點目標的快速、可靠的敵我識別能力。并通過采用響應(yīng)激光詢問的射頻應(yīng)答來提高應(yīng)答信號的安全性、保密性和抗干擾性，以及增加應(yīng)答信息量。

同時，兩種工作方式的使用靈活性也為單兵提供了可行的敵我識別手段。該方案具備簡便、實用的特點，可為新型敵我識別系統(tǒng)的設(shè)計提供參考。

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A Scheme for RF and Laser Combination IFF System

WANG Bo
（Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China）

The Mark XIIA Identification of Friend or Foe（IFF）systeMand laser IFF systeMare analyzed，the design of Radio Frequency（RF）and laser combination IFF systeMis proposed.In the design，the high directivity of laser and the excellent identification capability ofMark XIIA systeMare used sufficiently.RF interrogation／transponder and laser interrogation／RF transponder operation modes are employed parallelly.Multiple responseswithinmain beaMof RF interrogation are avoided.With capability ofmultiple targets processing，rapid and reliable identification capability focused on point-target of battlefield can be improved.Meanwhile，feasible identificationmeasure is also provided for individual soldier.Finally，practicability of proposed design is specified，which is helpful for the design of new IFF systems.

identification of friend or foe（IFF）；mark XIIA；combination IFF system；laser IFF

the B.S.degree in 2002.She is now an engineer.Her research concerns secondary surveillance radar.

TN958.96；TN249

A

1001－893X（2013）06－0699－05

王波（1980—），女，湖南常寧人，2002年獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為工程師，主要研究方向為二次雷達。WANG Bo was born in Changning，Hunan Province，in 1980.She

Email：wangbo0104＠163.com

10.3969／j.issn.1001－893x.2013.06.004

2013－01－04；

2013－04－10 Received date：2013－01－04；Revised date：2013－04－10

??通訊作者：wangbo0104＠163.coMCorresponding author：wangbo0104＠163.com