外軍飛機對海目標敵我識別錯誤機理分析 *

李寶鵬 ,高偉亮,夏 棟,郭維波

(海軍航空大學青島校區(qū) 航空電子工程與指揮系，山東 青島 266041)

0 引 言

隨著世界各國對海洋權(quán)益的不斷爭奪，海戰(zhàn)場將成為未來軍事沖突和局部戰(zhàn)爭主要發(fā)生地。艦載機作為海戰(zhàn)場作戰(zhàn)主要武器平臺，承擔著對海面軍艦、潛艇等目標的預警、探測、打擊等重要任務(wù)。飛機對海面目標敵我識別正確率和時效性，將會直接影響作戰(zhàn)指揮與控制的準確性、不同作戰(zhàn)單位間的協(xié)調(diào)性、聯(lián)合作戰(zhàn)系統(tǒng)的反應(yīng)速度和誤傷概率[1]。

近年來的軍事沖突和局部戰(zhàn)爭，在整個誤傷、誤擊發(fā)生事件中，地對地誤擊約占60%，地對空誤擊約占4%，空對地誤擊約占36%。相對地面戰(zhàn)場和空中戰(zhàn)場，海戰(zhàn)場因為目標種類多、用頻裝備多、氣象環(huán)境復雜、異常海雜波等導致電磁環(huán)境極為復雜，使對海目標敵我識別錯誤概率增加，導致發(fā)生誤傷誤擊的隱患增大。1987年的波斯灣戰(zhàn)爭，伊拉克一架由商用客機改裝的“獵鷹”50VIP攻擊機發(fā)射了兩枚“飛魚”導彈，誤擊了美國正在執(zhí)行巡航任務(wù)的“斯塔克”號護衛(wèi)艦，造成37人喪生。2020年5月，伊朗“賈馬蘭”號護衛(wèi)艦發(fā)射“努爾”反艦導彈，誤擊了本國參加軍演的“科納拉克”號支援船，造成40人傷亡。經(jīng)分析，這些誤擊誤傷都是敵我識別系統(tǒng)的失效或性能不完備造成的。因此，必須加強海戰(zhàn)場環(huán)境下空海敵我識別錯誤機理研究，從技術(shù)改進和系統(tǒng)使用角度有效提高海戰(zhàn)場環(huán)境下的敵我識別正確率[2-3]。

本文以西方體制Mark XII敵我識別系統(tǒng)為研究對象，通過分析飛機識別海上艦船目標(空海識別)敵我屬性的機理，以機載雷達、機載詢問機、艦載應(yīng)答機之間的識別鏈路特性分析為切入點，研究了不同種鏈路條件下對應(yīng)的敵我識別結(jié)果，并分析了多徑效應(yīng)、詢問機距離/角度分辨率不一致、雷達與詢問機天線波束中心不重合、多密集目標識別、電子對抗等造成的空海敵我識別錯誤的原因機理。

1 飛機對海目標敵我識別機理

以西方體制敵我識別系統(tǒng)Mark XII為例，飛機對海面艦船目標進行敵我識別采用的是協(xié)同式敵我識別，飛機和艦船分別搭載著詢問機和應(yīng)答機[4]。如圖1所示，整個識別過程中參與的主要設(shè)備有機載雷達、機載詢問機、艦載應(yīng)答機。

圖1 空海敵我識別設(shè)備組成

其中，機載雷達用于發(fā)現(xiàn)海上艦船目標，探測目標的距離和方位，向機載詢問機觸發(fā)敵我詢問命令，顯示目標敵我屬性；機載詢問機用來向目標發(fā)射詢問信號，接收目標的應(yīng)答信號，分析獲取目標距離方位參數(shù)，解析目標的敵我屬性；艦載應(yīng)答機主要用來接收機載詢問機發(fā)出的詢問信號，發(fā)出應(yīng)答信號。飛機對艦船目標進行敵我識別過程如圖2所示。

圖2 空海敵我識別流程

機載雷達截獲海面艦船目標，將目標的方位、距離信息提供給機載詢問機，觸發(fā)機載詢問機向艦船所在區(qū)域發(fā)出詢問信號(脈沖串信號，脈沖間隔采用統(tǒng)一時間加密)。艦船搭載的應(yīng)答機收到詢問信號，進行詢問脈沖密碼解析，若密碼不正確則不應(yīng)答，詢問機在規(guī)定時間內(nèi)未收到應(yīng)答信號，目標屬性判斷為“未知”；若密碼正確，則確認為友方詢問，并發(fā)射應(yīng)答信號(脈沖串信號，脈沖間隔采用統(tǒng)一時間加密)。機載詢問機接收到目標應(yīng)答信號，進行應(yīng)答脈沖密碼解析，若密碼不正確，則判斷目標屬性為“未知”;若密碼正確，則解析計算艦船目標距離和方位，并與雷達提供的艦船目標距離和方位進行匹配。若匹配成功，則識別為“友方”目標；如果距離方位不匹配，則識別為“敵方”目標，并將目標屬性信息提交給雷達顯示[5-6]。

整個識別過程三種設(shè)備時間的信號鏈路時序關(guān)系如圖3所示。可見，飛機對海目標敵我識別鏈路，涉及到了機載詢問機、機載雷達、艦載應(yīng)答機，三種設(shè)備是否正常協(xié)調(diào)工作，詢問與識別信號的傳輸鏈路是否完整，時序關(guān)系是否正常，信號的碼型是否正確，均可能導致識別目標屬性錯誤或者不識別，進而影響飛機正確識別海上目標的概率。

圖3 空海敵我識別時序圖

2 不同信號鏈路識別結(jié)果分析

假設(shè)某海域有3個友方目標(代號A、B、C)和1個敵方目標(代號D)，飛機雷達發(fā)現(xiàn)了友方目標“A”和敵方目標“D”，在進行敵我識別過程中，不同的信號鏈路對應(yīng)的識別結(jié)果如表1所示。 “鏈路正確”是指的在一個時間鏈路周期內(nèi)，詢問機向“A”目標發(fā)出詢問信號，收到“A”目標的應(yīng)答信號，或者詢問機向“D”目標發(fā)出詢問信號，未收到“D”目標的應(yīng)答信號，同時也未收到其他目標的應(yīng)答信號。“-”代表未知或未執(zhí)行。“是否收到應(yīng)答”是指收到目標“A”或“D”的應(yīng)答。

表1 不同信號鏈路識別結(jié)果

序號1至序號3是對敵方目標“D”不同鏈路對應(yīng)的識別結(jié)果，序號4至序號8是對友方目標“A”不同鏈路對應(yīng)的識別結(jié)果。

序號1是指詢問機未發(fā)射詢問信號，未收到“D”目標應(yīng)答信號，距離方位無法判斷，屬性判斷為“敵”，識別結(jié)果正確，識別鏈路錯誤。

序號2是指詢問機發(fā)射詢問信號，但“D”目標因時隙密碼錯誤，無法接收友方詢問信號，未發(fā)出應(yīng)答信號，屬性判斷為“敵”， 識別結(jié)果正確，識別鏈路正確。

序號3是指在同一個鏈路周期內(nèi)，詢問機發(fā)射詢問信號，詢問機未接收到“D”的應(yīng)答信號，但是接收到了友方某個目標的應(yīng)答信號(A或B或C)，且距離、方位一致，屬性判斷為“我”，識別結(jié)果錯誤，識別鏈路錯誤。

序號4是指詢問機未發(fā)出詢問信號，未收到應(yīng)答信號，屬性判斷為“敵”，識別結(jié)果錯誤，識別鏈路錯誤。

序號5是指詢問機發(fā)出詢問信號，收到“A”目標應(yīng)答信號，且距離方位一致，屬性判斷為“友”， 識別結(jié)果正確，識別鏈路正確。

序號6是指詢問機發(fā)出詢問信號，收到“A”的應(yīng)答信號，因為雷達給出的“A”目標距離方位和詢問機解析的“A”目標距離方位不一致，將“A”目標屬性判斷為“敵”，此時識別鏈路正確，但是識別結(jié)果錯誤。

序號7是指詢問機發(fā)出詢問信號，未收到“A”應(yīng)答信號，距離方位一致無法判斷，屬性判斷為“敵”，識別結(jié)果錯誤，識別鏈路錯誤。

序號8是指詢問機發(fā)出詢問信號，未收到“A”目標的應(yīng)答信號，但因為收到了距離方位一致的其他目標應(yīng)答信號，將其當成了“A”的應(yīng)答信號，屬性判斷為“友”，此時識別結(jié)果正確，但是識別鏈路錯誤。

3 識別鏈路錯誤機理分析

飛機對艦船目標進行敵我識別所涉及到了雷達、機載詢問機、艦載應(yīng)答機三種設(shè)備，三種設(shè)備之間的信號傳輸與處理時隙精度要求高，一般在微秒級，系統(tǒng)間的協(xié)同配合是有效識別的關(guān)鍵所在。圖4所示為西方體制Mark XII模式4(保密模式)詢問/應(yīng)答脈沖格式。詢問脈沖由同步脈沖(P1～P4)、旁瓣擬制(Side-lobe Suppression,SLS)脈沖(P5)、加密脈沖(P6～P37)組成，加密脈沖由32位隨機編碼位組成，包含4位延遲位、12位詢問確認位和16位填充位。

圖4 詢問/應(yīng)答信號碼型

應(yīng)答脈沖由E1～E3組成。應(yīng)答脈沖的位置由詢問碼決定。當應(yīng)答機收到時隙同步脈沖后才會接收32位詢問脈沖，首先進行解密處理，提取4位延遲時間數(shù)據(jù)和12位確認碼。詢問器收到應(yīng)答后，對應(yīng)答信號再進行延遲時間的判別，并與雷達提供的目標距離方位信息進行比對，當正確時才判定此應(yīng)答為友方。其中，應(yīng)答延遲時間(單位μs)為

T=(202+4N) 。

(1)

式中：N=0～15，具體值由詢問信號的加密脈沖延遲位決定。

由此可見，系統(tǒng)間的工作時序多，詢問/應(yīng)答信號在傳輸中可能因為外部因素的影響發(fā)生畸變、交疊，在接收處理中可能出現(xiàn)次數(shù)飽和，導致收發(fā)信息誤碼、無法解析等。

3.1 多徑效應(yīng)造成傳輸信號通道增加

當飛機高度較低、艦船天線架設(shè)較低時，飛機發(fā)出的詢問信號和艦載應(yīng)答機發(fā)出的應(yīng)答信號會出現(xiàn)多徑效應(yīng)。多徑效應(yīng)會造成信號傳輸通道的增加，如圖5(a)所示，詢問機發(fā)出1次詢問，目標可能會收到多次詢問，應(yīng)答機發(fā)出1次應(yīng)答，詢問機可能會收到多次應(yīng)答。詢問機或應(yīng)答機同時處理多通道數(shù)據(jù)時，可能會發(fā)生處理能力飽和、碼間串擾、數(shù)據(jù)通道堵塞的現(xiàn)象，接收不到詢問或者應(yīng)答信號。多徑效應(yīng)造成的第二種情況如圖5(b)所示，如果區(qū)域內(nèi)有2個目標，詢問機對A目標的詢問可能會因多徑效應(yīng)使信號傳輸方向改變，使B目標接收到，B目標發(fā)出的應(yīng)答信號又因為多徑效應(yīng)被詢問機接收到，當成A目標的應(yīng)答，導致識別鏈路錯誤。

圖5 詢問/應(yīng)答信號傳輸多徑效應(yīng)

3.2 海面復雜電磁環(huán)境造成信號傳輸損耗

造成海面復雜電磁環(huán)境效應(yīng)的主要因素是海面復雜氣象環(huán)境和地形特征[7]。海的組成波是由重力波到毛細波之間的波生成的，海浪、浪涌和風速、海面表張力等造成的動態(tài)變化海表面多尺度結(jié)構(gòu)特征，導致了電磁信號特殊傳播特性，使海雜波呈現(xiàn)時變、動態(tài)、非高斯的特點，不同海況對電磁波后向散射強度的影響非常明顯，海陸交界處形成的大氣湍流雜波多普勒頻移較大，大氣傳播特性異常。這些復雜電磁效應(yīng)特性會影響著詢問與應(yīng)答信號幅值、頻率穩(wěn)定、極化形式、信雜比，可能會導致信號碼型畸變或達不到信號處理門限值而不能被對方接收處理。

3.3 詢問/應(yīng)答機天線方向不平行造成信號極化損失

飛機在空中對海面艦船進行識別時，飛機處于高速機動狀態(tài)，飛行速度快，飛行姿態(tài)也會不斷變化。艦船在海浪中行駛，相對飛機雖然速度不高，但若在海浪中行進，艦身會處于搖擺姿態(tài)。飛機平臺與艦船的高相對速度與不同姿態(tài)，會導致敵我識別系統(tǒng)收發(fā)天線的姿態(tài)變化。機載詢問機天線常采用垂直極化，艦載應(yīng)答機天線常采用垂直極化，當飛機和艦船姿態(tài)發(fā)生相對變化時，兩種天線可能不是平行關(guān)系，而是交叉關(guān)系。如圖6所示，當詢問機天線與應(yīng)答機天線處于不同角度時，造成的極化方式失配一般在0～3 dB，甚至可能會超過3 dB[8]，進而會帶來信號接收功率的損耗，使信號低于詢問機和應(yīng)答機的處理信號門限值，導致不應(yīng)答。

圖6 詢問機與應(yīng)答機天線角度關(guān)系

3.4 雷達天線與詢問天線波束中線不重合造成目標方位不匹配

如圖7(a)所示，正常情況下雷達天線和詢問機天線的波束中心軸線重合(詢問天線和差處理后)，目標同時處于雷達天線和詢問機天線波束輻射范圍。但由于飛機姿態(tài)變化或詢問天線性能的下降，可能使會使雷達天線和詢問機天線的波束中心軸線不重合，兩者中心軸線出現(xiàn)一定的角度偏差，當偏差較大時會出現(xiàn)如圖7(b)所示的情況，雷達測量目標角度與詢問機測向角度不統(tǒng)一，使雷達提供的目標角度與詢問機解析的目標角度不一致，導致目標應(yīng)答信號被詢問機當作其他目標的應(yīng)答而被剔除。

圖7 雷達天線與詢問天線波束中心線重合誤差

3.5 距離角度分辨力低造成的誤識別

如圖8(a)所示，友方目標“A”和目標“D”方位一致，但是距離不同，如果兩者距離相近，且低于詢問機的距離分別辯率，詢問機在對“D”進行詢問時，詢問信號被“A”接收到，“A”發(fā)出的應(yīng)答信號被詢問機接收到，由于目標“A”和“D”的距離較近，詢問機把“A”的應(yīng)答當成了“D”的應(yīng)答，造成誤識別。另一種情況如圖8(b)所示，當目標“A”和目標“D”距離相近但方位不同，如果兩者的方位角度差低于詢問波束的角度分辨率，詢問機在對“D”目標進行詢問時，詢問信號會被“A” 目標接收到，“A” 目標發(fā)出的應(yīng)答信號被詢問機接收到，由于“A” 目標和“D”目標的距離角度較近，詢問機把“A” 目標的應(yīng)答當成了“D”目標的應(yīng)答，造成誤識別。

圖8 目標距離/角度關(guān)系

3.6 電子對抗環(huán)境下鏈路被干擾造成的誤判

隨著敵我識別系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，敵我識別對抗技術(shù)也相繼發(fā)展起來[9]，目前文獻公開的敵我識別對抗系統(tǒng)主要有三種：美國的AN/ALQ-108敵我識別干擾吊艙、西班牙的“塔蘭”(TARAN)系統(tǒng)和“尼德簡姆”(NIDJAN)系統(tǒng)。Mark XII系統(tǒng)采用單一固定頻點發(fā)射詢問/應(yīng)答信號，應(yīng)答機天線為全向天線，接收處理詢問信號按照時間先后進行，信號先到先答，不能同時處理多個同時到達的詢問信號，詢問/應(yīng)答機靈敏度范圍有限[10]。針對這些技術(shù)缺陷可對其進行噪聲壓制干擾、應(yīng)答機占據(jù)干擾、高重頻脈沖干擾，主要機理如下：一是在詢問機對“友方”目標進行多次詢問時間段內(nèi)，模擬對方詢問信號進行多次“見縫插針”式詢問，使對方應(yīng)答機在規(guī)定的時間內(nèi)不應(yīng)答或使系統(tǒng)處理達到飽和，造成詢問機收到“友方”應(yīng)答的統(tǒng)計概率達不到要求；二是通過偵查對方詢問信號重復頻率，將干擾詢問信號重頻調(diào)整至與對方詢問信號一致的重頻上，并使干擾詢問信號時間超前于真實詢問信號，使干擾詢問進行“定點搶問”式詢問，每次詢問搶在真實詢問信號前面，使其對方應(yīng)答機無法響應(yīng)己方詢問機的詢問。另外，在上述兩種干擾技術(shù)的基礎(chǔ)上，還可以在干擾詢問信號中加入旁瓣抑制脈沖，使旁瓣抑制脈沖幅度大于或等于詢問信號脈沖幅度，應(yīng)答機接收到該干擾詢問信號，會誤判斷為詢問機的旁瓣詢問信號，應(yīng)答機就不會做出應(yīng)答，而且會產(chǎn)生一段時間的抑制(在此過程中不接收處理任何信號)，從而接收不到己方的詢問信號。

4 結(jié)束語

海戰(zhàn)場環(huán)境下飛機對海目標敵我識別正確率的提高是減少誤襲誤傷的重要手段，它關(guān)系著對敵打擊質(zhì)量和己方裝備與人員的生命安全，決定著軍事行動的成敗。因此，通過研究空海識別錯誤時的信號鏈路機理，針對性地采取技術(shù)措施和改進系統(tǒng)使用方法，避免各種不識別和誤事別情況的發(fā)生。在多兵種空海武器平臺聯(lián)合演練時，必須借鑒外軍敵我識別系統(tǒng)訓練經(jīng)驗，將空海識別能力驗證作為一項重要工作對待，查找不同平臺不同情況下敵我識別系統(tǒng)使用中存在的問題，制定應(yīng)對舉措和科學的戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法，以提高未來“空海一體化”作戰(zhàn)的打贏能力。