Mark-XII協(xié)同敵我識別系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)

文/聶鑫

1 引言

第二次世界大戰(zhàn)以后，以美國為首的北約國家率先成功研制Mark-I、Mark-II、Mark-III、Mark-V 等基本型的協(xié)同式敵我識別系統(tǒng)，并以此為基礎(chǔ)成功研制Mark-XII 型協(xié)同式敵我識別系統(tǒng)，得到廣泛應(yīng)用。文獻(xiàn)[1]對Mark-XII 的現(xiàn)狀、存在的問題進(jìn)行了簡要的說明，其中，竄擾、混擾、詢問占據(jù)、旁瓣干擾、對高精度時(shí)鐘的依賴等問題成為降低該型敵我識別效能的重要原因，本文就其中的詢問占據(jù)、旁瓣干擾、高精度時(shí)鐘依賴等問題進(jìn)行了探討與分析，為新型敵我識別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

2 Mark-XII協(xié)同敵我識別系統(tǒng)存在的部分缺點(diǎn)探討

2.1 混擾、竄擾

協(xié)同敵我識別系統(tǒng)產(chǎn)生混擾、竄擾問題的原因主要有以下2 個(gè)方面：

（1）詢問天線有效波束范圍內(nèi)有多部應(yīng)答機(jī)，且應(yīng)答機(jī)距離較近；

（2）詢問天線旁瓣引起的應(yīng)答機(jī)應(yīng)答。

混擾問題的原因示意如圖1所示。

文獻(xiàn)[2]針對Mark XII 的混擾缺點(diǎn)提出了改進(jìn)措施，即采用隨機(jī)應(yīng)答方式，使距離詢問機(jī)相同距離的應(yīng)答機(jī)的應(yīng)答信號到達(dá)詢問機(jī)的時(shí)間不同，以此來減少混擾。為了提高混擾條件下的識別概率，目前的做法還包括多次詢問，詢問目標(biāo)抑制等方法。下面來分析在單次詢問和多次詢問情況下，采用隨機(jī)應(yīng)答方式的識別概率情況。

我們假設(shè)有一臺詢問機(jī)同時(shí)對主波束內(nèi)對相同距離的n 臺應(yīng)答機(jī)進(jìn)行詢問，應(yīng)答時(shí)隙為m 個(gè)，應(yīng)答機(jī)發(fā)送一個(gè)應(yīng)答信號所用的時(shí)隙在[0，m-1]區(qū)間均勻分布，文獻(xiàn)[3]給出了n 臺應(yīng)答機(jī)沒有選用同一時(shí)隙發(fā)送應(yīng)答信號的概率即“一判一”情況下的識別概率p（假設(shè)在理想情況下一個(gè)識別周期檢測概率為100%）：

表1：應(yīng)答時(shí)隙與識別概率表

圖1：混擾、竄擾產(chǎn)生的原因示意圖

圖2：詢問定時(shí)結(jié)構(gòu)

當(dāng)m＜n 時(shí)，p=0，即當(dāng)應(yīng)答時(shí)隙數(shù)小于相同數(shù)量的應(yīng)答機(jī)數(shù)時(shí)，識別概率為0，混擾概率為1-P=100%。

以下為應(yīng)答時(shí)隙為5～10 情況下，5 臺應(yīng)答機(jī)在“一判一”情況下的識別概率（該識別概率要求同時(shí)識別出5 臺應(yīng)答機(jī)）。

由表1可以看出，在“一判一”的情況下，識別概率隨應(yīng)答時(shí)隙的增加而線性增加，在“四判一”（即一個(gè)識別周期詢問4 次，有一次成功則判為識別正確）情況下，由于使用了二次雷達(dá)中常用的滑窗處理技術(shù)，因此識別概率大大提高，使用滑窗檢測的目標(biāo)檢測概率Pd 為：

式中：

m 為滑窗長度；

i 為檢測目標(biāo)所需要的最少應(yīng)答門限值；

P1 為一次詢問檢測概率，即一判一概率。

在表1中，按理想條件考慮m=4，t=1，則識別概率在應(yīng)答窗為25 個(gè)時(shí)，Pd=0.9855。

2.2 高精度時(shí)間依賴

目前，采用詢問應(yīng)答模式的協(xié)同式敵我識別系統(tǒng)均采用了高精確時(shí)鐘同步來確保詢問方和應(yīng)答方密碼參數(shù)的統(tǒng)一，Mark-XII 敵我識別系統(tǒng)也是如此，如果戰(zhàn)時(shí)校時(shí)手段受到干擾或者破壞，敵我識別系統(tǒng)將很快失去作戰(zhàn)效能。而且，由于協(xié)同式敵我識別系統(tǒng)保密的重要性，為了不被敵方截獲，不被轉(zhuǎn)發(fā)干擾，敵我識別系統(tǒng)的加密時(shí)間越來越短，在這種情況下，若詢問方或者應(yīng)答方在沒有校時(shí)條件或者校時(shí)系統(tǒng)受到干擾的情況下，如何讓敵我識別系統(tǒng)更加長久的工作成了重要的問題。

文獻(xiàn)[3]提出了一種新型的敵我識別系統(tǒng)，其詢問定時(shí)結(jié)構(gòu)如圖2所示，它包括三個(gè)詢問脈沖組P1、P2 和P3 以及應(yīng)答脈沖組Pr，其中：P1、P2 和P3 的三個(gè)詢問脈沖組表示傳輸參數(shù)不同的3 個(gè)子詢問脈沖組信號，1 個(gè)詢問脈沖組可以包含多個(gè)詢問脈沖，它們的傳輸參數(shù)分別對應(yīng)“當(dāng)前幀”、“前一幀”和“后一幀”的傳輸參數(shù)，應(yīng)答機(jī)只要收到P1、P2 和P3中的任何一個(gè)詢問信號，應(yīng)答機(jī)均予以應(yīng)答。因此，當(dāng)應(yīng)答機(jī)有不超過規(guī)定的時(shí)間誤差時(shí)，可以使應(yīng)答機(jī)至少能收到一個(gè)詢問信號，幀的時(shí)間大小設(shè)計(jì)決定了詢問方和應(yīng)答方的時(shí)間差可以最大達(dá)到多少，幀越長，詢問機(jī)和應(yīng)答機(jī)之間的時(shí)間誤差就可以越大。

與上述定時(shí)結(jié)構(gòu)類似，減小系統(tǒng)對高精度時(shí)間依賴還可以采用如下方式，即發(fā)射端發(fā)射信號采用“當(dāng)前幀”傳輸參數(shù)，而接收端采用“前一幀”、“后一幀”和“當(dāng)前幀”三路不同的傳輸參數(shù)來接收。由于發(fā)射端只發(fā)射一個(gè)脈沖，可以減少詢問信號的暴露，但是接收端需要三路同時(shí)接收，需要增加接收端的處理開銷和功耗，因此，采用哪種設(shè)計(jì)方式，需要綜合考慮。除此之外，我們還可以利用設(shè)備之間的相對校時(shí)來處理全系統(tǒng)時(shí)間統(tǒng)一的問題，全系統(tǒng)中，若某一平臺校時(shí)時(shí)間較晚，則我們認(rèn)為其時(shí)間可以作為基準(zhǔn)時(shí)間，該平臺以廣播的形式向全系統(tǒng)廣播時(shí)間，使系統(tǒng)內(nèi)其它平臺時(shí)間向該平臺靠攏，以此來達(dá)到全系統(tǒng)時(shí)間基本統(tǒng)一的目的，也就從另一角度減小了系統(tǒng)對高精度時(shí)間的依賴。

圖3：和、差雙通道天線水平方向示意圖

圖4：和、差雙通道天線水平方向圖

圖5：和、差、全向三通道天線水平方向示意圖

2.3 詢問旁瓣抑制

雙通道發(fā)送詢問脈沖的方式來實(shí)現(xiàn)詢問旁瓣抑制功能，即詢問信號中專門設(shè)置一段等幅信號分別由和（Σ）、差（Δ）通道發(fā)射出去，當(dāng)應(yīng)答機(jī)收到詢問信號后，提取Σ、Δ 信號電平Mark-XII敵我識別系統(tǒng)采用和（Σ）、差（Δ）信息，當(dāng)提取的Σ 信號電平大于Δ 信號電平時(shí)，應(yīng)答機(jī)認(rèn)為該詢問信號由主瓣發(fā)出，否則為旁瓣發(fā)出，由此達(dá)到旁瓣抑制的作用，和、差雙通道天線水平方向示意圖如圖3所示。

但由于受到材料、加工精度等的影響，成品天線的和、差雙通道天線水平方向圖如圖4所示。圖中，實(shí)線為和波束，虛線為差波束，當(dāng)和波束電平大于差波束電平的地方稱為穿刺點(diǎn)。在穿刺點(diǎn)的應(yīng)答機(jī)雖然不在主波束內(nèi)，但仍會應(yīng)答，引起混擾、旁瓣干擾或誤判。

文獻(xiàn)[4]提出了一種新型旁瓣抑制技術(shù)，即在和、差雙通道天線的基礎(chǔ)上增加了全向通道，其方向圖如圖5所示。

詢問信號中除包含和（Σ）、差（Δ）信號外，還包含一段等幅的全向（Ω）信號，當(dāng)Σ 信號電平大于Δ 信號電平并且Σ 信號電平大于Ω信號電平時(shí)，應(yīng)答機(jī)認(rèn)為該詢問信號由主瓣發(fā)出，由圖5可以看出，通過調(diào)節(jié)Ω 信號電平的大小，旁瓣抑制率可以達(dá)到100%。

3 總結(jié)

（1）在詢問-應(yīng)答式協(xié)同方式下，可以采用詢問機(jī)隨機(jī)選擇起始時(shí)刻詢問和應(yīng)答機(jī)隨機(jī)延時(shí)應(yīng)答，來有效降低系統(tǒng)內(nèi)部干擾，如“混擾”、“竄擾”，同時(shí)提高了系統(tǒng)的方位分辨力、距離分辨力和多目標(biāo)處理能力；

（2）詢問機(jī)通過發(fā)射傳輸參數(shù)不同的P1、P2和P3脈沖組，可以減少系統(tǒng)對高精度時(shí)鐘源的依賴；

（3）可以采用三通道的ISLS 處理，通過調(diào)節(jié)因子可以保證詢問主波束外的Δ、Ω 方向圖對Σ 方向圖的100%覆蓋。

4 結(jié)束語

Mark-XII 協(xié)同敵我識別系統(tǒng)經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)，在密集目標(biāo)或復(fù)雜電磁環(huán)境下，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷逐步暴露，本文就該系統(tǒng)的幾個(gè)缺點(diǎn)進(jìn)行了探討，將各文獻(xiàn)中采取的新方法和新技術(shù)進(jìn)行了梳理討論，可以為其它新型敵我識別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。