Mark-XII協同敵我識別系統存在的缺點

文/聶鑫

1 引言

第二次世界大戰以后，以美國為首的北約國家率先成功研制Mark-I、Mark-II、Mark-III、Mark-V 等基本型的協同式敵我識別系統，并以此為基礎成功研制Mark-XII 型協同式敵我識別系統，得到廣泛應用。文獻[1]對Mark-XII 的現狀、存在的問題進行了簡要的說明，其中，竄擾、混擾、詢問占據、旁瓣干擾、對高精度時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、旁瓣干擾、高精度時鐘依賴等問題進行了探討與分析，為新型敵我識別系統的設計提供參考。

2 Mark-XII協同敵我識別系統存在的部分缺點探討

2.1 混擾、竄擾

協同敵我識別系統產生混擾、竄擾問題的原因主要有以下2 個方面：

（1）詢問天線有效波束范圍內有多部應答機，且應答機距離較近；

（2）詢問天線旁瓣引起的應答機應答。

混擾問題的原因示意如圖1所示。

文獻[2]針對Mark XII 的混擾缺點提出了改進措施，即采用隨機應答方式，使距離詢問機相同距離的應答機的應答信號到達詢問機的時間不同，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，采用隨機應答方式的識別概率情況。

我們假設有一臺詢問機同時對主波束內對相同距離的n 臺應答機進行詢問，應答時隙為m 個，應答機發送一個應答信號所用的時隙在[0，m-1]區間均勻分布，文獻[3]給出了n 臺應答機沒有選用同一時隙發送應答信號的概率即“一判一”情況下的識別概率p（假設在理想情況下一個識別周期檢測概率為100%）：

表1：應答時隙與識別概率表

圖1：混擾、竄擾產生的原因示意圖

圖2：詢問定時結構

當m＜n 時，p=0，即當應答時隙數小于相同數量的應答機數時，識別概率為0，混擾概率為1-P=100%。

以下為應答時隙為5～10 情況下，5 臺應答機在“一判一”情況下的識別概率（該識別概率要求同時識別出5 臺應答機）。

由表1可以看出，在“一判一”的情況下，識別概率隨應答時隙的增加而線性增加，在“四判一”（即一個識別周期詢問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中常用的滑窗處理技術，因此識別概率大大提高，使用滑窗檢測的目標檢測概率Pd 為：

式中：

m 為滑窗長度；

i 為檢測目標所需要的最少應答門限值；

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，則識別概率在應答窗為25 個時，Pd=0.9855。

2.2 高精度時間依賴

目前，采用詢問應答模式的協同式敵我識別系統均采用了高精確時鐘同步來確保詢問方和應答方密碼參數的統一，Mark-XII 敵我識別系統也是如此，如果戰時校時手段受到干擾或者破壞，敵我識別系統將很快失去作戰效能。而且，由于協同式敵我識別系統保密的重要性，為了不被敵方截獲，不被轉發干擾，敵我識別系統的加密時間越來越短，在這種情況下，若詢問方或者應答方在沒有校時條件或者校時系統受到干擾的情況下，如何讓敵我識別系統更加長久的工作成了重要的問題。

文獻[3]提出了一種新型的敵我識別系統，其詢問定時結構如圖2所示，它包括三個詢問脈沖組P1、P2 和P3 以及應答脈沖組Pr，其中：P1、P2 和P3 的三個詢問脈沖組表示傳輸參數不同的3 個子詢問脈沖組信號，1 個詢問脈沖組可以包含多個詢問脈沖，它們的傳輸參數分別對應“當前幀”、“前一幀”和“后一幀”的傳輸參數，應答機只要收到P1、P2 和P3中的任何一個詢問信號，應答機均予以應答。因此，當應答機有不超過規定的時間誤差時，可以使應答機至少能收到一個詢問信號，幀的時間大小設計決定了詢問方和應答方的時間差可以最大達到多少，幀越長，詢問機和應答機之間的時間誤差就可以越大。

與上述定時結構類似，減小系統對高精度時間依賴還可以采用如下方式，即發射端發射信號采用“當前幀”傳輸參數，而接收端采用“前一幀”、“后一幀”和“當前幀”三路不同的傳輸參數來接收。由于發射端只發射一個脈沖，可以減少詢問信號的暴露，但是接收端需要三路同時接收，需要增加接收端的處理開銷和功耗，因此，采用哪種設計方式，需要綜合考慮。除此之外，我們還可以利用設備之間的相對校時來處理全系統時間統一的問題，全系統中，若某一平臺校時時間較晚，則我們認為其時間可以作為基準時間，該平臺以廣播的形式向全系統廣播時間，使系統內其它平臺時間向該平臺靠攏，以此來達到全系統時間基本統一的目的，也就從另一角度減小了系統對高精度時間的依賴。

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

雙通道發送詢問脈沖的方式來實現詢問旁瓣抑制功能，即詢問信號中專門設置一段等幅信號分別由和（Σ）、差（Δ）通道發射出去，當應答機收到詢問信號后，提取Σ、Δ 信號電平Mark-XII敵我識別系統采用和（Σ）、差（Δ）信息，當提取的Σ 信號電平大于Δ 信號電平時，應答機認為該詢問信號由主瓣發出，否則為旁瓣發出，由此達到旁瓣抑制的作用，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，實線為和波束，虛線為差波束，當和波束電平大于差波束電平的地方稱為穿刺點。在穿刺點的應答機雖然不在主波束內，但仍會應答，引起混擾、旁瓣干擾或誤判。

文獻[4]提出了一種新型旁瓣抑制技術，即在和、差雙通道天線的基礎上增加了全向通道，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，應答機認為該詢問信號由主瓣發出，由圖5可以看出，通過調節Ω 信號電平的大小，旁瓣抑制率可以達到100%。

3 總結

（1）在詢問-應答式協同方式下，可以采用詢問機隨機選擇起始時刻詢問和應答機隨機延時應答，來有效降低系統內部干擾，如“混擾”、“竄擾”，同時提高了系統的方位分辨力、距離分辨力和多目標處理能力；

（2）詢問機通過發射傳輸參數不同的P1、P2和P3脈沖組，可以減少系統對高精度時鐘源的依賴；

（3）可以采用三通道的ISLS 處理，通過調節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 結束語

Mark-XII 協同敵我識別系統經過大量的實驗驗證與實戰檢驗，在密集目標或復雜電磁環境下，該系統設計缺陷逐步暴露，本文就該系統的幾個缺點進行了探討，將各文獻中采取的新方法和新技術進行了梳理討論，可以為其它新型敵我識別系統的設計提供參考。