Identifikasjonsvenn eller fiende - Identification friend or foe

En IFF testsett som brukes av en United States Air Force avionikk tekniker teknisk sersjant for testing tran på flyet
Modell XAE IFF -sett, det første radiogjenkjennings IFF -systemet i USA

Identifikasjon, venn eller fiende ( IFF ) er et identifikasjonssystem designet for kommando og kontroll . Den bruker en transponder som lytter etter et avhørssignal og deretter sender et svar som identifiserer kringkasteren. IFF -systemer bruker vanligvis radarfrekvenser , men andre elektromagnetiske frekvenser, radio eller infrarød, kan brukes. Det gjør det mulig for militære og sivile avhørssystemer for lufttrafikkontroll å identifisere fly, kjøretøyer eller styrker som vennlige og å bestemme deres peiling og rekkevidde fra avhøreren. IFF brukes av både militære og sivile fly. IFF ble først utviklet under andre verdenskrig, med ankomst av radar, og flere vennlige brannhendelser.

IFF kan bare positivt identifisere vennlige fly eller andre styrker. Hvis et IFF -avhør ikke mottar svar eller et ugyldig svar, blir objektet ikke positivt identifisert som fiende; vennlige styrker svarer kanskje ikke ordentlig til IFF av forskjellige årsaker som utstyrsfeil, og parter i området som ikke er involvert i kampen, for eksempel sivile fly, vil ikke bli utstyrt med IFF.

IFF er et verktøy i den bredere militære aksjonen Combat Identification (CID), karakterisering av objekter som er oppdaget i kampfeltet tilstrekkelig nøyaktig til å støtte operative beslutninger. Den bredeste karakteriseringen er vennens, fiendens, nøytrale eller ukjente. CID kan ikke bare redusere vennlige brannhendelser, men bidrar også til generell taktisk beslutningstaking.

Historie

Med den vellykkede utplasseringen av radarsystemer for luftvern under andre verdenskrig , ble stridende umiddelbart konfrontert med vanskeligheten med å skille vennlige fly fra fiendtlige; På den tiden ble fly fløyet i høy hastighet og høyde, noe som gjorde visuell identifikasjon umulig, og målene viste seg som funksjonløse blips på radarskjermen. Dette førte til hendelser som slaget ved Barking Creek , over Storbritannia, og luftangrepet på festningen Koepenick over Tyskland.

britiske imperiet

Tidlige konsepter

Radardekning av Chain Home- systemet, 1939-40

Allerede før distribusjonen av deres Chain Home radarsystem (CH), hadde RAF vurdert problemet med IFF. Robert Watson-Watt hadde innlevert patenter på slike systemer i 1935 og 1936. I 1938 begynte forskere ved Bawdsey Manor eksperimenter med "reflektorer" bestående av dipolantenner som var innstilt for å resonere til primærfrekvensen til CH-radarene. Når en puls fra CH -senderen traff flyet, ville antennene resonere kort tid og øke energimengden som returneres til CH -mottakeren. Antennen ble koblet til en motorisert bryter som periodisk stengte den, og forhindret den i å produsere et signal. Dette førte til at returen på CH -settet periodisk forlenges og forkortes etter hvert som antennen ble slått på og av. I praksis ble systemet funnet for upålitelig til bruk; returen var sterkt avhengig av retningen flyet beveget seg i forhold til CH -stasjonen, og returnerte ofte lite eller ingen tilleggssignal.

Det hadde blitt mistenkt at dette systemet ville være til liten nytte i praksis. Da det viste seg å være tilfelle, vendte RAF til et helt annet system som også ble planlagt. Dette besto av et sett med sporingstasjoner som brukte HF/DF radioretningsmålere . Flyradioene deres ble modifisert for å sende ut en 1 kHz tone i 14 sekunder hvert minutt, slik at stasjonene fikk god tid til å måle flyets bæring. Flere slike stasjoner ble tildelt hver "sektor" av luftforsvarssystemet, og sendte målingene sine til en plottstasjon ved sektors hovedkvarter, som brukte triangulering for å bestemme flyets plassering. Systemet ble kjent som " pip-squeak ", men det var arbeidskrevende og viste ikke informasjonen direkte til radaroperatørene. Et system som fungerte direkte med radaren var klart ønskelig.

IFF Mark II

Hovedartikkel: IFF Mark II

Den første aktive IFF -transponderen (sender/responder) var IFF Mark I som ble brukt eksperimentelt i 1939. Denne brukte en regenerativ mottaker , som matet en liten mengde av den forsterkede utgangen tilbake til inngangen, og forsterket sterkt selv små signaler så lenge de var av en enkelt frekvens (som Morse -kode, men i motsetning til talesendinger). De ble innstilt på signalet fra CH -radaren (20–30 MHz), og forsterket det så sterkt at det ble sendt tilbake ut av flyets antenne. Siden signalet ble mottatt samtidig med den opprinnelige refleksjonen av CH -signalet, var resultatet en lengre "blip" på CH -displayet som var lett å identifisere. Ved testing ble det funnet at enheten ofte ville overmanne radaren eller produsere for lite signal til å bli sett, og samtidig ble nye radarer introdusert ved bruk av nye frekvenser.

I stedet for å sette Mark I i produksjon, ble en ny IFF Mark II introdusert tidlig i 1940. Mark II hadde en serie med separate tunere inne innstilt på forskjellige radarbånd som den gikk gjennom ved hjelp av en motorisert bryter, mens en automatisk forsterkningskontroll løste problemet det sender ut for mye signal. Mark II var teknisk komplett da krigen begynte, men mangel på sett betydde at den ikke var tilgjengelig i mengde, og bare et lite antall RAF -fly bar den på tidspunktet for slaget ved Storbritannia . Pip-squeak ble holdt i drift i denne perioden, men da slaget ble avsluttet, ble IFF Mark II raskt satt i full drift. Pip-squeak ble fortsatt brukt for områder over land der CH ikke dekket, samt et nødveiledningssystem.

IFF Mark III

Hovedartikkel: IFF Mark III

Selv i 1940 nådde det komplekse systemet til Mark II sine grenser mens nye radarer stadig ble introdusert. I 1941 ble det introdusert en rekke delmodeller som dekket forskjellige kombinasjoner av radarer, vanlige marine for eksempel, eller de som ble brukt av RAF. Men innføringen av radarer basert på mikrobølge -frequency hulrom magne gjort dette foreldet, det var rett og slett ingen måte å få en responder til å operere i dette bandet ved å bruke samtidselektronikk.

I 1940 hadde den engelske ingeniøren Freddie Williams foreslått å bruke en separat frekvens for alle IFF -signaler, men den gangen syntes det ikke noe presserende behov for å endre det eksisterende systemet. Med introduksjonen av magnetron begynte arbeidet med dette konseptet ved Telecommunications Research Establishment som IFF Mark III . Dette skulle bli standarden for de vestlige allierte i det meste av krigen.

Mark III -transpondere ble designet for å svare på spesifikke 'avhørere', i stedet for å svare direkte på mottatte radarsignaler. Disse avhørerne jobbet med et begrenset utvalg av frekvenser, uansett hvilken radar de ble parret med. Systemet tillot også begrenset kommunikasjon, inkludert muligheten til å overføre et kodet " Mayday " -svar. IFF -settene ble designet og bygget av Ferranti i Manchester etter Williams spesifikasjoner. Tilsvarende sett ble produsert i USA, først som kopier av britiske sett, slik at allierte fly ville bli identifisert ved avhør av hverandres radar.

IFF -sett var åpenbart høyt klassifiserte. Dermed var mange av dem tilkoblet eksplosiver i tilfelle flybesetningen reddet seg ut eller krasjet. Jerry Proc rapporterer:

Ved siden av bryteren for å slå på enheten var IFF destruct -bryteren for å forhindre fangst av fienden. Mange piloter valgte feil bryter og sprengte IFF -enheten. Pusten fra en inneholdt eksplosjon og den sterke lukten av brennende isolasjon i cockpiten avskrekket ikke mange piloter fra å ødelegge IFF -enheter gang på gang. Til slutt ble bryteren for selvdestruksjon sikret med en tynn ledning for å forhindre at den ble brukt ved et uhell. "

Tyskland

Kodegenerator fra tyske WWF IFF-Radio FuG 25a Erstling

FuG 25a Erstling (engelsk: Firstborn, Debut) ble utviklet i Tyskland i 1940. Det ble innstilt på lav- VHF- båndet ved 125 MHz brukt av Freya-radaren , og en adapter ble brukt med det lav- UHF- båndede 550–580 MHz brukt av Würzburg . Før en flytur ble senderen mottatt med en valgt dagskode på ti biter som ble slått inn i enheten. For å starte identifiseringsprosedyren, skiftet bakkeoperatøren pulsfrekvensen til radaren fra 3750 Hz til 5000 Hz. Den luftbårne mottakeren dekoder det og begynte å overføre dagskoden. Radaroperatøren ville deretter se blitsen forlenge og forkortes i den gitte koden, og sikre at den ikke ble forfalsket. IFF -senderen fungerte på 168 MHz med en effekt på 400 watt (PEP).

Systemet inkluderte en måte for bakkekontrollører å avgjøre om et fly hadde riktig kode eller ikke, men det inkluderte ikke en måte for transponderen å avvise signaler fra andre kilder. Britiske militærforskere fant en måte å utnytte dette på ved å bygge sin egen IFF -sender kalt Perfectos , som var designet for å utløse et svar fra ethvert FuG 25a -system i nærheten. Når en FuG 25a svarte på sin 168 MHz frekvens, ble signalet mottatt av antennesystemet fra en AI Mk. IV radar , som opprinnelig opererte ved 212 MHz. Ved å sammenligne styrken til signalet på forskjellige antenner kan retningen til målet bestemmes. Montert på mygg , begrenset "Perfectos" den tyske bruken av FuG 25a sterkt.

Videre krigstidens utvikling

IFF Mark IV og V

The United States Naval Research Laboratory hadde jobbet på egen hånd IFF-systemet siden før krigen. Den brukte en enkelt avhørsfrekvens, som Mark III, men skilte seg ved at den brukte en egen responderfrekvens. Å svare på en annen frekvens har flere praktiske fordeler, særlig at responsen fra en IFF ikke kan utløse en annen IFF på et annet fly. Men det krever en komplett sender for responder -siden av kretsene, i motsetning til det sterkt forenklede regenerative systemet som brukes i britiske design. Denne teknikken er nå kjent som en kryssbåndstransponder .

Da Mark II ble avslørt i 1941 under Tizard Mission , ble det besluttet å bruke den og ta seg tid til å forbedre deres eksperimentelle system ytterligere. Resultatet var det som ble IFF Mark IV. Hovedforskjellen mellom denne og tidligere modeller er at den fungerte på høyere frekvenser, rundt 600 MHz, noe som tillot mye mindre antenner. Dette viste seg imidlertid også å være i nærheten av frekvensene som ble brukt av den tyske Würzburg -radaren, og det var bekymringer for at den ville bli utløst av den radaren og transponderresponsene ville bli valgt på radarskjermen. Dette ville umiddelbart avsløre IFFs operasjonsfrekvenser.

Dette førte til en amerikansk - britisk innsats for å lage en ytterligere forbedret modell, Mark V, også kjent som United Nations Beacon eller UNB. Dette flyttet til enda høyere frekvenser rundt 1 GHz, men driftstesting var ikke fullført da krigen tok slutt. Da testen var ferdig i 1948, begynte den mye forbedrede Mark X å teste og Mark V ble forlatt.

Etterkrigstidens systemer

IFF Mark X

Hovedartikkel: IFF Mark X

Mark X startet som en rent eksperimentell enhet som opererer med frekvenser over 1 GHz, navnet refererer til "eksperimentell", ikke "nummer 10". Etter hvert som utviklingen fortsatte, ble det besluttet å introdusere et kodingssystem kjent som "Selective Identification Feature", eller SIF. SIF tillot retursignalet å inneholde opptil 12 pulser, som representerer fire oktalsifre på 3 bits hver. Avhengig av tidspunktet for avhørssignalet, ville SIF svare på flere måter. Modus 1 indikerte flytypen eller dens oppdrag (for eksempel last eller bombefly) mens modus 2 returnerte en hale -kode.

Mark X begynte å bli introdusert på begynnelsen av 1950 -tallet. Dette var i en periode med stor utvidelse av det sivile lufttransportsystemet, og det ble besluttet å bruke litt modifiserte Mark X -sett også for disse flyene. Disse settene inkluderte en ny militær modus 3 som i hovedsak var identisk med modus 2, og returnerte en firesifret kode, men brukte en annen avhørspuls, slik at flyet kunne identifisere om spørringen var fra en militær eller sivil radar. For sivile fly ble det samme systemet kjent som Mode A, og fordi de var identiske, er de generelt kjent som Mode 3/A.

Flere nye moduser ble også introdusert under denne prosessen. Sivile modus B og D ble definert, men aldri brukt. Modus C svarte med et 12 -biters nummer kodet ved hjelp av Gillham -kode , som representerte høyden som (det tallet) x 100 fot - 1200. Radarsystemer kan enkelt lokalisere et fly i to dimensjoner, men måling av høyde er et mer komplekst problem og, spesielt på 1950 -tallet, økte kostnaden for radarsystemet betydelig. Ved å plassere denne funksjonen på IFF, kan den samme informasjonen returneres for liten ekstra kostnad, hovedsakelig det å legge til en digitaliserer til flyets høydemåler .

Moderne forhørsledere sender vanligvis ut en rekke utfordringer på Mode 3/A og deretter Mode C, slik at systemet kan kombinere identiteten til flyet med dets høyde og plassering fra radaren.

IFF Mark XII

Det nåværende IFF -systemet er Mark XII. Dette fungerer på de samme frekvensene som Mark X, og støtter alle dets militære og sivile moduser.

Det hadde lenge vært ansett som et problem at IFF -responsene kunne utløses av et riktig formet avhør, og disse signalene var ganske enkelt to korte pulser av en enkelt frekvens. Dette tillot fiendtlige sendere å utløse responsen, og ved hjelp av triangulering kunne en fiende bestemme plasseringen av transponderen. Britene hadde allerede brukt denne teknikken mot tyskerne under andre verdenskrig, og den ble brukt av USAF mot VPAF -fly under Vietnamkrigen .

Mark XII skiller seg fra Mark X ved tillegg av den nye militære modus 4. Dette fungerer på en måte som ligner på Mode 3/A, og forhørslederen sender ut et signal som IFF reagerer på. Det er imidlertid to viktige forskjeller.

Den ene er at avhørspulsen etterfølges av en 12-bits kode som ligner den som sendes tilbake av Mark 3-transpondere. Det kodede nummeret endres fra dag til dag. Når nummeret mottas og dekodes i flytransponderen, brukes en ytterligere kryptografisk koding. Hvis resultatet av denne operasjonen samsvarer med verdien som er slått opp til IFF i flyet, svarer transponderen med en Mode 3 -respons som før. Hvis verdiene ikke stemmer overens, svarer det ikke.

Dette løser problemet med flytransponderen som svarer på falske avhør, men løser ikke problemet med å lokalisere flyet gjennom triangulering helt. For å løse dette problemet, blir det lagt til en forsinkelse i responssignalet som varierer basert på koden som sendes fra avhøreren. Når den mottas av en fiende som ikke ser avhørspulsen, noe som vanligvis er tilfellet da de ofte er under radarhorisonten , forårsaker dette en tilfeldig forskyvning av retursignalet med hver puls. Å finne flyet innenfor retursettet er en vanskelig prosess.

Modus S

I løpet av 1980 -årene ble en ny sivil modus, Mode S, lagt til som tillot kraftig økte datamengder i det returnerte signalet. Dette ble brukt til å kode plasseringen av flyet fra navigasjonssystemet. Dette er en grunnleggende del av systemet for å unngå trafikkkollisjoner (TCAS), som lar kommersielle fly kjenne plasseringen av andre fly i området og unngå dem uten behov for bakkeoperatører.

De grunnleggende konseptene fra Mode S ble deretter militarisert som Mode 5, som ganske enkelt er en kryptografisk kodet versjon av Mode S -dataene.

IFF fra andre verdenskrig og sovjetiske militære systemer (1946 til 1991) brukte kodede radarsignaler (kalt Cross-Band Interrogation, eller CBI) for å automatisk utløse flyets transponder i et fly opplyst av radaren. Radarbasert flyidentifikasjon kalles også sekundær overvåkingsradar i både militær og sivil bruk, med primærradar som spretter en RF-puls av flyet for å bestemme posisjon. George Charrier, som jobber for RCA , søkte om patent på en slik IFF -enhet i 1941. Det krevde operatøren å utføre flere justeringer av radarmottakeren for å undertrykke bildet av det naturlige ekkoet på radarmottakeren, slik at visuell undersøkelse av IFF -signal ville være mulig.

I 1943 inngav Donald Barchok patent for et radarsystem ved bruk av forkortelsen IFF i teksten hans med bare parentetisk forklaring, noe som indikerte at dette akronymet hadde blitt et akseptert begrep. I 1945 innleverte Emile Labin og Edwin Turner patenter for radar -IFF -systemer der det utgående radarsignalet og transponderens svarsignal hver for seg kunne programmeres uavhengig med binære koder ved å sette matriser på vippebrytere; dette tillot IFF -koden å bli variert fra dag til dag eller til og med time til time.

Tidlige 21. århundre systemer

NATO

USA og andre NATO -land begynte å bruke et system kalt Mark XII på slutten av det tjuende århundre; Storbritannia hadde ikke før da implementert et IFF -system som var kompatibelt med den standarden, men utviklet deretter et program for et kompatibelt system kjent som etterfølger IFF (SIFF).

Modi

Se også: Avstandsmoduser for luftfartstransponder
  • Modus 1 - kun militær; gir 2-sifret oktal (6 bit) "misjonskode" som identifiserer flytypen eller oppdraget.
  • Modus 2 - bare militær; gir 4-sifret oktal (12 bit) enhetskode eller halenummer.
  • Modus 3/A - militær/sivil; gir en firesifret oktal (12 bit) identifikasjonskode for flyet, tildelt av flygeleder. Vanligvis referert til som en squawk -kode.
  • Modus 4 - bare militær; gir et 3-puls svar, forsinkelse er basert på den krypterte utfordringen.
  • Modus 5 - bare militær; gir en kryptografisk sikret versjon av Mode S og ADS-B GPS- posisjon.
Merknader
  • Modus 4 og 5 er utpekt til bruk av NATO -styrker.

Se også

Referanser

Eksterne linker