【 摘要 】 主要结合Mark系列雷达敌我识别系统的技术特点，分析该系列敌我识别系统的工作原理以及典型信号特征，挖掘该系统的存在弱点，研究对其进行侦察和干扰的技术。利用其体制局限、频带有限、应答广播呼叫、旁瓣抑制以及应答占据等缺陷，结合电子对抗干扰资源和干扰战术，提出了敌我识别对抗装备技术体制，提出了四种可行的干扰方法：阻塞干扰、应答占据、欺骗干扰和系统校时攻击。为后续敌我识别对抗装备的研制提供理论参考。
【 关键词 】 敌我识别；Mark系列； 应答占据；旁瓣抑制；电子对抗
Research on IFF Countermeasure Technology
Zhang Xian-hong Liao Yu-peng Wang Min-jie
(China Electronics Coporation, Guilin Changhai Development of a Limited Lliability CompanyGuangxiGuilin 541001)
【 Abstract 】 With the Mark series radar IFF system technical characteristics, analyzes the series of IFF system working principle, the typical signal characteristic and the system weakness, research the technology for reconnaissance and jamming. Using the system limitations, band-limited response, sidelobe suppression, broadcast call and response to occupy such defects, and based on jamming source and tactics of electronic countermeasure, puts forward the IFF countermeasure equipment technical system, the article puts forward four jamming methods: interference noise jamming, response to occupy, deception jamming and system timing attack. For the follow-up IFF countermeasure equipment is developed to provide theoretical reference.
【 Keywords 】 IFF; mark series; response to occupy; sidelobe suppression; ECM
0 引言
随着识别通信技术的发展和现代战争对识别技术的新要求，敌我识别对抗技术已经成为电子对抗领域的一个重要研究课题。敌我识别系统是对雷达所探测、发现目标进行敌我属性识别、形成完整战场态势的主要实战装备，敌我识别技术研究作为电子侦察领域的一个重要内容，可以作为获得敌方军事情报的重要来源。敌我识别系统侦察是指通过对敌方敌我识别系统信号的侦收、识别与定位，引导敌我识别干扰平台对敌方敌我识别系统进行攻击、干扰或破坏等综合对抗活动。通过敌我识别侦察和干扰，可增加敌方武器系统的误伤概率，同时保护我方装备。
本文结合Mark系列雷达敌我识别系统的技术特点，分析该系列敌我识别系统的工作原理以及典型信号特征，挖掘该系统的存在弱点，提出敌我识别对抗装备技术体制和干扰方法。
1 Mark系列雷达敌我识别系统
1.1 组成及工作原理
雷达敌我识别系统通常与雷达协同作战,通过在雷达终端上对相应的目标标注附加标志,标明“友”、“敌”。敌我识别系统由询问器和应答器两部分配合工作。最简单的敌我识别系统，应该包括两套询问机、应答机这四个基本单元组成。如图1所示。
当雷达发现目标后,由雷达敌我识别系统的询问机向待识别目标有规则的发射经过编码调制的加密询问信号。如属己方目标，则应答机收到信号立即判断是否有效，而后对询问信号进行译码，若满足预先约定的准则，则应答机由全向天线自动发射经过编码调制的应答信号。询问机收到应答信号后，对其进行译码，并输出识别标志给雷达终端,与该目标回波信息同时显示，标明敌我。
1.2 Mark系列雷达敌我识别系统浅析
北约原有的Mark系列雷达敌我识别系统主要为MarkⅩ和MarkⅫ。针对前两种的不足和在实战中暴露出的问题，在MarkⅫ的基础上进行了改进，即美军现已列装的MarkⅫA。
MarkⅫA在原有基础上增加了Mode 5。Mode 5相比Mark Ⅻ Mode 4主要有几个方面的改进。
1) 使用可自动替换的黑色密钥新加密算法,使系统加密更加方便快捷、安全。
2) 询问及应答信号采用了RS编码纠错、软扩频、询问/应答信号保护(IRP/RRP)等新技术,增强了系统的可靠性。
3) 射频信号调制采用MSK方式,与Mark Ⅻ Mode 4 PAM调制方式相比较,MSK所占频谱带宽更窄,减少了对此频段JTIDS系统的干扰,同时MSK调制使得整个系统有着更好的抗干扰性能。
4) MarkⅫ Mode 4只能完成基本的识别功能,采用4级工作模式,不但改进了询问/应答识别方式，还使得系统具有态势感知、选址询问、数据传输以及空对地识别模式等多种功能。
5) 应答机采用随机延迟应答、降低询问速率、使用直接序列扩频设计报文结构和波形等手段，降低系统干扰，提高系统性能。
6) Mode 5 方式采用安全信息格式和数据传输技术,提高了系统的安全性、抗干扰性和战场态势感知能力,可用作空对地、地对空、空对空、海对海等战斗识别。
2 干扰技术可行性分析
2.1 系统存在不足
在敌我识别系统发展中，尽管采取种种措施，提高其作战性能，但依然存在一些不足、局限。有些不足是由其特殊工作体制决定的，一时很难消除。
2.1.1 协同体制局限
雷达敌我识别系统采用协同体制，需要与雷达进行信息交换，还要与待识别目标交换属性信息。在平台数量大、种类多的情况下，询问、应答信号复杂交错，容易产生混乱。协同工作体制还给系统带来诸多不确定性，如协同设备是否开机、工作是否正常、是否被占据等。
2.1.2 工作频带有限
敌我识别系统多采用公开、固定工作频率。如询问信号频率为1030MHz，应答信号为1090MHz。即使后来MarkⅫA采用扩频、调频等技术，其频带扩展仍然有限。
2.1.3 应答机全向、全功率工作方式局限
雷达敌我识别系统的询问机天线是定向的,而应答机天线是全向的。应答天线的全向设计使得雷达敌我识别系统为敌方的干扰、反辐射攻击提供有利条件。
2.1.4 旁瓣抑制技术存在缺陷
雷达敌我识别系统询问作用距离与发射功率成平方根的关系,而不像雷达的作用距离与发射功率成四次方根的关系。因此询问机旁瓣询问信号引起应答机应答的可能性非常大,严重时甚至会在雷达显示器上造成“环绕”效应。利用此缺陷,干扰机可以模拟从旁瓣方向发射的询问信号,不断发送给应答接收机,抑制应答机对正常询问信号的应答。
2.1.5 应答机应答容量较低
应答占据是由雷达敌我识别系统应答机的工作方式引起的,只能改善不能消除。容易知道,询问信号的询问速率越大则应答占据概率越大,应答机对正常询问信号的损失概率就越大。因此干扰机可以发射速率很快的模拟询问信号到应答机,使应答机信号损失概率增大,从而降低它的工作效能。
2.1.6 时间同步、校时需求
为增强系统抗干扰能力，现装敌我识别系统的密码采用伪随机变化的方式，且每时隙自动变化一次。因此系统的工作必须在具有统一的时间和统一的密钥的前提下，才能完成系统识别的功能。一旦系统无法同步，则无法工作。
2.2 干扰可行性分析
2.2.1 干扰对象确定
对协同式敌我识别系统，具体干扰对象包括询问应答信号接收机、应答机询问信号接收机。由于询问机的天线为定向天线，且机械方位扫描，干扰信号在空间上很难与之匹配，而应答机天线采用全向接收，干扰信号进入应答机的接收机相对容易。因此对敌我识别系统的干扰以干扰应答机的接收机为主。
2.2.2 干扰环节确定
根据最佳干扰理论，最佳干扰信号是在敌方的接收机处，与系统信号具有相同或相近的频域、时域（脉幅、脉宽、脉冲间隔）特征的信号，即干扰信号与系统信号保持较高的相关性。这不仅可以提高干扰效果，且可降低干扰功率。因此在干扰信号产生上，应尽可能保证干扰信号与系统信号间具有高的相关度。
由于系统工作频带有限，且重频、脉宽等时域参数易通过信号侦收获得，通过相关干扰信号，可实施射频、中频、视频的干扰。由于系统采用复杂的加密算法和多位密钥对信号中的信息位进行加密，且每一时隙变化一次，很难快速破译。因此密码破译在工程及实战上，不具备现实意义，在可行性干扰中放弃解码处理的欺骗性干扰方式。
综上所述，力争能让干扰信号进入系统接收机的射频、中频、视频部分。采用同频噪声干扰，阻塞接收信道；采用相关视频脉冲信号，进入视频处理，造成视频时域重叠、交错，导致译码混乱，延缓其处理时间，不能正常处理系统内信号，降低其识别概率。
2.3 敌我识别系统干扰策略
鉴于敌我识别系统的工作频率固定利于载频引导,其没有脉冲积累方便干扰机发射功率的设计，以及可以利用该系统应答天线的全向特性、询问旁瓣特性与应答占据的缺陷来进行相应的干扰设计，根据敌我识别系统的特点以及针对该系统的弱点和不足，可将敌我识别系统干扰的方法分为以下几类：
2.3.1 阻塞式干扰
1）噪声阻塞式干扰
干扰设备发射强大的同频噪声调制信号，阻塞询问机和应答机的接收信道，使之不能接收系统内正常信号。根据目前敌我识别技术现状，西方敌我识别系统工作频率较为固定，即使采用一些扩频、跳频技术，其工作带宽仍然很有限。通过目前较高响应速度的数字存储转发技术，可以实现快速瞄频干扰，提高干扰效率，同时可以进一步降低干扰功率。此方式意在进入接收机的射频、中频部分，因此干扰信号只需保持与系统信号频域的相关性，不需知道信号的其它参数。但正是因为相关度不高，要求的干扰功率较高。
2）多音干扰
多音干扰由多个频率不同、功率不同、相位随机的单频信号组成，这些单频信号的功率之和为多音干扰的功率，其时域表达式为：
（1）
其中，n为多音干扰的个数，ji为第i个单音干扰的功率，fi为第i个单音干扰的频率，?渍i为均匀分布[0,2?仔]的随机变量。改变n、ji、fi就可以改变多音干扰的个数、干扰功率和频率。
3）组合干扰
根据最佳干扰理论，要对信号进行有效的干扰必须是干扰信号和通信信号的时域特征、频域特征、电平特征相一致或相近。随机二元码MSK调制信号从时域和频域两方面与最佳干扰理论相符，又锯齿调频信号能产生梳状频谱，因此可以采用锯齿调频信号加随机二元码MSK调制组合干扰方式对敌我识别系统进行干扰。而且当侦察装备不能实时侦察到敌我识别系统的工作参数如扩频序列等特征参数时，组合干扰是最佳的干扰形式。
2.3.2 欺骗性干扰
对雷达敌我识别系统的欺骗性干扰按照干扰对象是询问机或应答机可以分为：应答欺骗干扰和询问欺骗干扰。应答欺骗干扰一般用于我方作战平台的自卫干扰。当我方作战平台被敌方的询问机询问后,其自卫干扰机转发或模拟侦察到的敌应答机的应答信号以欺骗敌方的询问机,达到保护自己的目的；而询问欺骗干扰是指我方干扰机转发或模拟敌询问机的询问信号欺骗敌应答机,暴露敌应答机平台的位置,并影响应答机对正常询问信号的应答。
1）高重频伪装询问干扰
高重频伪装询问干扰就是用高重频的询问信号对敌雷达敌我识别系统的应答机进行欺骗,使应答机不断接收处理干扰信号甚至应答干扰信号,从而降低对正常询问信号的响应概率。它是基于应答机的应答占据缺陷而产生的一种干扰样式。它的干扰压制性主要体现在：它是对应答机应答容量的一种攻击,通过高重频的伪装询问信号占据应答机对正常询问信号的处理时间,降低了应答接收机检测到正常询问信号的能力,从而阻止雷达敌我识别系统对目标的敌我属性的判断。对应答机的高重频伪装询问干扰需要设计合适的伪装询问信号编码,让应答机误认为其是询问信号。
2）询问旁瓣抑制干扰
询问旁瓣抑制干扰就是干扰机模拟询问机旁瓣发射的询问信号对敌方的应答机进行干扰,使应答机误判干扰信号为旁瓣询问信号后抑制应答。当干扰信号密度较高时,可以频繁抑制应答机的应答,从而使正常询问信号得不到应答,降低应答机对正常询问信号的响应概率。对应答机的询问旁瓣抑制干扰同样需要设计伪装的旁瓣询问信号,让应答机误认为其是旁瓣询问信号。
2.3.3 应答机占据干扰
由于应答机应答是固定的,而且一般容量较低,当干扰设备以较高的频率发射敌方询问信号或询问旁瓣抑制信号时,会造成应答设备频繁启动、对收到的询问信号进行处理和解码,造成了应答机占据。一方面，被“占据”的应答机不能接收系统内正常信号；另一方面，应答机收到“占据”询问信号后，认为是己方询问，又会发射出大量的应答信号，并对己方询问器形成“串扰”或“混扰”，致使干扰作用范围内的询问器的检测概率急剧下降，造成敌我识别系统瘫痪。
当采用应答机占据干扰时，要求应答机输入端询问机和干扰机达到功率密度相等就可以保证干扰有效。此种方式的干扰功率要比阻塞干扰的低很多。
根据仿真可以得出以下重要结论：
1) 应答机对正常询问信号的回答概率为指数分布、不会等于零；
2) 旁瓣询问压制的干扰效果与干扰信号密度?籽"有关，?籽"越大，应答机对正常询问信号的回答概率越小,干扰效果越好；
3) 旁瓣询问压制的干扰效果与应答机单次询问占据时间tc有关,在相同干扰强度时，tc越大, ?籽"越大,则应答机对询问信号的响应概率越小,干扰效果越好。
在工程实践时应综合考虑应答机时间参数tc、应答机对信号的检测概率、询问应答信号模式以及费效比等因素,根据干扰战术要求选择适当的干扰脉冲密度。
2.3.4 系统校时信号攻击
敌我识别系统采用的时间基准一般为天文台短波授时信号或GPS时基信号。通常，校时方法有GPS校时、BPM短波校时和人工校时三种方式。对系统校时信号进行干扰，破坏系统校时信号，可使其无法统一授时，迫使其工作于简单模式，便于对抗。
3 装备技术体制
北约Mark系列敌我识别系统的询问机工作频率为1030MHz，应答机工作频率为1090MHz。敌我识别对抗装备采用定向天线，并可根据需要结合空间功率合成技术组合成阵列形式。
3.1 敌我识别对抗装备组成
敌我识别对抗装备大体上分为两部分：侦查装备以及干扰装备。各部分具体配置如图2所示。
1）侦察装备
侦察装备主要完成对空间信号进行搜索侦察，判断当前工作区域是否存在需干扰对象并确定干扰对象的信号类型和空间位置。其中信号处理模块为其核心模块。
信号处理模块用来对空间信号的识别并估计信号参数，具体完成对敌我识别信号频率、扩频码的估计，以便干扰设备能够根据估计结果做出最佳干扰决策。
2）干扰装备
干扰装备依据侦察装备提供的参数做出合理的干扰决策实现对敌我识别系统进行干扰。其中干扰决策是干扰装备的核心模块。
干扰决策模块依据信号处理提供的信号参数来分析敌我识别模式，根据信号参数的有效性做出干扰样式决策，即从阻塞式干扰、欺骗性干扰、应答占据以及混合干扰等干扰策略中确定最佳干扰方式。
3.2 干扰配置
3.2.1 对地面监视雷达/预警机询问机干扰
1）欺骗应答
欺骗应答以正确侦收、破译敌我识别信号为前提，当干扰机接收到敌方询问信号后，对其进行欺骗应答，使地面监视雷达/预警机认“敌”为“友”。对于这种干扰样式，破译是关键部分，只要能正确识别敌方询问/应答信号格式，甚至密文的信息，欺骗干扰样式的效果往往很好，但这对解码、破译的设备要求很高。
2）阻塞干扰
Mark系列敌我识别系统询问、应答频率较为固定。在能侦收到敌我识别信号却不能正确破译的情况下，采用阻塞干扰相对比较容易实现。此方式干扰信号只需保持与雷达敌我识别系统信号频域相关性，信号相关度不高，但干扰能量很大甚至非常大。
3.2.2 对作战单元应答机干扰
1）伪装询问
用伪装询问信号，欺骗对方应答机按照规定模式应答，使应答机起到无线电信标的作用，以使作战单元暴露方位等信息，从而支援作战。
2）占据干扰
干扰设备以极高的重复频率向作战单元发射询问信号或询问旁瓣抑制信号，使干扰设备有效作用范围内的应答机被占据。应答机被“占据”后，一方面不能收到正确询问信号；另一方面，应答机收到“占据”询问信号后，认为是己方询问，又会发射出大量的应答信号，并对己方询问器形成“窜扰”或“混扰”，致使干扰作用范围内的询问器的检测概率急剧下降，甚至造成敌我识别系统瘫痪。
3）阻塞干扰
对应答机阻塞干扰，干扰信号总是从主瓣进入应答机，因此干扰方程为：
式中，Pt为询问机发射功率，Gj(?兹)为干扰机天线在应答机方向上的增益，Gt为询问机的最大增益。
3.2.3 阻塞干扰干扰功率与干扰距离关系分析
1）询问机阻塞干扰
询问机收到的干信比为：
式中，Pj为干扰机发射功率(W)；Gj为干扰机天线增益；Rj为干扰机与应答机距离；Pt为应答机发射功率；Gt为应答机天线增益；Gp为应答信号扩频增益；Rj为询问机与应答机距离；Gr(?渍)为询问机天线在干扰机方向上的增益；Lrj干扰机与询问机间的功率损耗；Lrt询问机与应答机间的功率损耗。
实现有效压制干扰的基本条件是J/S≥Kj；Kj为在应答机输入端有效干扰的压制系数,它是干扰信号调制样式、调制参数和询问机信号参数的复杂函数。
可以得到询问机阻塞干扰方程：
式中，Gr为询问机天线最大增益。
仿真参数：Pt=500W；Gt=5dB；Gp=25dB；Rt=100km；Gr(?渍)=3dB；Gr=25dB。
从图3可看到,在询问机功率已知,询问机与应答机距离保持不变的情况下,随着干扰距离的增加,干扰有效时所要求压制功率与距离成指数关系。
2）应答机阻塞干扰
应答机收到的干信比为：
式中，Pj为干扰机发射功率(W)；Gj为干扰机天线增益；Rrj为干扰机与应答机距离；Lrj干扰机与应答机间的功率损耗；Ps为询问机发射功率；Gs为询问机天线增益；Gp为询问信号扩频增益；Rrs为询问机与应答机距离；Lrs询问机与应答机间的功率损耗。
实现有效压制干扰的基本条件是J/S≥Kj；Kj为在应答机输入端有效干扰的压制系数,它是干扰信号调制样式、调制参数和询问机信号参数的复杂函数。
可以得到：
仿真参数：
从图4可看到,在询问机功率已知,询问机与应答机距离保持不变的情况下,随着干扰距离的增加,干扰有效时所要求压制功率与距离成指数关系。
4 结论
本文主要针对目前北约Mark系列雷达敌我识别系统的技术特点进行分析，在此基础上利用其体制局限、频带有限、应答广播呼叫、旁瓣抑制以及应答占据等缺陷，对干扰对象、干扰环节进行了分析，阐述了四种可行的干扰方法：阻塞干扰、应答占据、欺骗干扰和系统校时攻击。
在无法实时侦察敌我识别系统的扩频图案时，阻塞干扰是最易实现的干扰样式，并且锯齿波调频、随机二进制MSK调制组合干扰是阻塞干扰样式中最有效的方法。在能实时、正确侦收敌我识别信号但不能实时破译时，应答占据是最有效的方法。其中对询问机的阻塞干扰等效功率一般为MW级，对应答机的阻塞干扰等效功率一般为KW级。欺骗干扰虽然能达到最佳的干扰效果，但由于当前元器件的局限使得该方法不具有实时性，在实际作战中现实意义不明显。对系统校时信号攻击这种干扰方式可用于任何一种战场环境下，具有普遍适用性。
经过理论分析和仿真对比，阻塞干扰、应答占据以及系统校时信号攻击的复合干扰模式能够有效的实现对敌我识别系统的干扰，理论上可以实现对Mark系列雷达敌我识别系统的有效干扰。
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项目名称：
总参“十一·五”预先研究项目：4301030202。
作者简介：
张先洪（1978-），男，2005年硕士研究生毕业于西安石油大学计算机应用技术专业；研究领域：雷达对抗指挥信息系统、数据处理。
廖宇鹏（1977-），男，2000年本科毕业于广西大学；研究领域：电子对抗维修系统，电子对抗设备。
王敏杰（1987-），男，2010年本科毕业于西安科技大学通信工程专业；研究领域：电子对抗，信号处理。
