IFF Mark X была стандартной военной системой идентификации «свой-чужой» НАТО с начала 1950-х годов, пока ее медленно не заменила IFF Mark XII в 1970-х годах. Она также была принята ИКАО , с некоторыми изменениями, в качестве гражданского приемоответчика вторичной радиолокации (SSR) управления воздушным движением (УВД). X в названии означает не «десятый», а «экспериментальный». [1] Более поздние модели IFF действовали так, как будто они были десятыми в серии, и использовали последующие номера.
На протяжении большей части Второй мировой войны стандартной системой IFF, используемой союзными военно-воздушными силами, была IFF Mark III . Mark III реагировал на той же частоте, что и сигнал запуска, возвращая выбранный шаблон импульса. Первоначально Mark X был просто версией Mark III, работающей на более высокой частоте, что имело несколько практических преимуществ. Было доступно три шаблона возврата, или режима. По мере ее внедрения новая функция селективной идентификации , или SIF , позволяла изменять ответный сигнал с помощью битового кодирования, предоставляя возможность каждому самолету выдавать уникальный ответ с использованием восьмеричных цифр. Первоначально это обрабатывалось через отдельный блок, который подключался к оригинальному Mark X. В течение короткого времени в 1957 году он был известен как IFF Mark XI, прежде чем стать IFF Mark X (SIF) .
По мере роста рынка гражданской авиации в 1950-х годах Mark X был выбран в качестве стандартной системы транспондера в качестве системы радиолокационных маяков управления воздушным движением , или ATCRBS . Для этой роли была введена новая серия из четырех режимов, от A до D. A по сути идентичен режиму 3, и теперь они называются режимом 3/A. Режим C отвечает четырехзначным кодом, кодирующим барометрическую высоту с шагом 100 футов (30 м). Объединяя информацию с радара с ответами режимов A и C, система УВД может построить полную картину воздушного пространства без необходимости использования высотомеров или 3D-радаров . Использование Mark X для гражданской роли также позволило существующим военным пользователям маршрутизироваться в гражданской сети, а также позволило гражданским самолетам использовать существующую и хорошо проверенную конструкцию транспондера.
Mark X сохранил ключевую проблему, которая присутствовала во всех системах IFF на сегодняшний день; самолетный транспондер отвечал на любой сигнал запроса на правильной частоте, не имея возможности определить, был ли это дружественный передатчик. Это позволяет вражеским силам запрашивать транспондеры и использовать триангуляцию для определения их местоположения или просто подсчитывать ответы для поиска повышенной активности. Военные пользователи давно хотели иметь систему, которая кодировала бы как запрос, так и ответ, позволяя транспондерам игнорировать сигналы от запросчиков, которые не представили правильный код. Это привело к разработке IFF Mark XII и связанного с ним режима 4, который начал развертываться в 1970 году.
Первой системой IFF, получившей широкое международное применение, была британская IFF Mark III , которая появилась в начале 1942 года в Королевских ВВС , а затем использовалась до конца войны также США и Канадой. [1] Это была простая система, которая прослушивала передачи в узком диапазоне частот, усиливала входящий сигнал с помощью регенеративного приемника и ретранслировала результат. [2] Регенеративная конструкция была чрезвычайно простой, часто состоящей из одной электронной лампы . Наземная станция использовала «запросчик» для отправки импульсов синхронно с радиолокационным блоком и смешивала полученный сигнал с сигналом от радара, чтобы создать единый дисплей. На большинстве радиолокационных дисплеев сигнал IFF удлинял «отметку» или вызывал появление дополнительных отметок. [3]
Mark III имел серьезное ограничение, заключающееся в том, что он реагировал на сигналы любой передачи в диапазоне 176 МГц. Долгое время существовали опасения, что немцы будут посылать собственные импульсы запроса, чтобы запустить систему IFF, а затем использовать радиопеленгатор для обнаружения самолета. Британцы делали это с немецкими ночными истребителями , используя систему, известную как Perfectos , [4] заставив немцев выключить свои системы IFF и вызвав множество инцидентов с дружественным огнем . Казалось логичным, что немцы ответят тем же, но это случалось редко; хотя наземные радиоразведывательные подразделения, как известно, иногда отслеживали британские самолеты с помощью своих систем IFF, [5] их успех был значительно смягчен отключением транспондера IFF во время нахождения над воздушным пространством противника. [6] Немцы не могли сделать то же самое, поскольку они почти всегда летели над своим собственным воздушным пространством. [7]
Более практическая проблема заключалась в том, что сигналы IFF находились в середине существующих диапазонов УКВ- радара; переход на новую частоту помог бы уменьшить потенциальные помехи. Переход на более высокую частоту имел бы дополнительное преимущество, позволяя использовать меньшие антенны. Другая проблема с Mark III заключалась в том, что транспондер отвечал на той же частоте, что и импульс запроса, поэтому другие IFF могли услышать ответный сигнал и запустить свой собственный, что приводило к каскаду ответов. Это было особенно проблематично вблизи аэропортов, где самолеты группировались и могли слышать сигналы друг друга. Использование отдельных частот отправки и приема решило бы эту проблему, но регенеративная конструкция работала, возвращая принятый сигнал, поэтому ее нельзя было легко адаптировать для ответа на другой частоте. [8]
Военно-морская исследовательская лаборатория США ( NRL) также рассматривала концепцию IFF и разработала концепцию, похожую на Mark III, в которой она использовала собственную частную частоту для допросов, 470 МГц. В отличие от британских разработок, ответный сигнал был на отдельной частоте, 493,5 МГц. Это позволило избежать запуска одного IFF другим, но ценой необходимости полностью отдельной системы передатчиков. Когда США и Британия сформировали совместную Объединенную исследовательскую группу в NRL, эта система получила название Mark IV. [1]
Осложнением было то, что частота ответа была достаточно близка к частоте 600 МГц немецких радаров Вюрцбурга , и возникли опасения, что импульсы этих радаров могут вызвать срабатывание транспондера, что приведет к появлению новой отметки на дисплее радара Вюрцбурга и, таким образом, немедленному раскрытию их рабочей частоты. [9] Поскольку британские системы уже широко использовались, было принято решение принять Mark II и Mark III для американских самолетов. [1]
В 1942 году Объединенная исследовательская группа начала разработку новой системы на основе базовой модели Mark IV, но с дальнейшим увеличением рабочей частоты до 1,03 ГГц для запроса и 1,09 ГГц для ответов. Эта Mark V должна была стать основой для IFF во всем мире в послевоенную эпоху, и поэтому была также известна как United Nations Beacon, или UNB. [1] Адаптеры UNB для существующих наборов Mark III были произведены и использовались в вооруженных силах США, но не были приняты в других местах. Великобритания вышла из программы в октябре 1945 года, [10] полагая, что еще одна война будет по крайней мере через десять лет. США использовали UNB только в течение короткого времени, потому что новая экспериментальная концепция, известная как Mark X, быстро созревала. [1]
Главным отличием Mark X от более ранних систем IFF было использование двух импульсов в запросе, а не одного. В прошлом использовался один импульс, поскольку исходным сигналом запроса был луч радара, проносящийся мимо самолета, и это были одиночные импульсы энергии. Поскольку системы IFF теперь работали на совершенно других частотах, это больше не требовалось, и для Mark X была принята система, использующая два импульса. [1]
У этой системы было два преимущества. Первое заключалось в том, что вражеский запросчик должен был сопоставить как частоту, так и время импульсов, чтобы вызвать ответ. Это давало небольшую дополнительную безопасность. Однако гораздо важнее было то, что, изменяя время импульсов, можно было запускать разные ответы в бортовом транспондере. Первоначальная конструкция имела три таких «режима», режим 1 запускался запросчиком путем отправки двух импульсов с интервалом в 3 мкс (±0,2 мкс), режим 2 составлял 5 мкс, а режим 3 составлял 8 мкс. [10]
Ответ на эти запросы оставался простым; успешный запрос в режиме 1 или 3 вызывал отправку одного импульса в ответ, очень скоро после получения запроса. Поскольку он возвращался на радиолокационную станцию после возвращения исходного импульса радара, этот сигнал вызывал появление второй отметки на экране радара на немного большем расстоянии. Режим 2 был похож, но возвращал два импульса от самолетов и один задержанный импульс от кораблей. [11]
Транспондер самолета имел переключатель, который устанавливал, какой режим он прослушивал, и отвечал только на запросы для этого режима. На практике режимы использовались для идентификации отдельных самолетов. Например, в Великобритании большинство самолетов устанавливали свой транспондер в режим 1, который обеспечивал базовую индикацию IFF на их «отметке» на дисплее радара. Вместо этого руководитель полета выбирал режим 3, тем самым позволяя наземному оператору отсортировать всю формацию от отдельных самолетов внутри. Наконец, режим 2 выбирался по требованию, чтобы позволить оператору идентифицировать конкретный самолет. [10]
В дополнение к основным режимам система также включала функцию экстренного реагирования, которая выбиралась самолетом. При включении самолет всегда возвращал четыре импульса в ответ на запрос, независимо от того, какой режим выбирала наземная станция. [11]
Хотя они вышли из UNB, Великобритания поддерживала связь со своими американскими коллегами и официально приняла Mark X в октябре 1949 года, а в следующем году за ними последовали канадцы. Представители RAF были приглашены на испытания в конце 1951 года, к тому времени они уже заключили контракт с Ferranti на разработку оборудования, которое работало как на Mark III, так и на Mark X. [10] Из-за задержек по обе стороны Атлантики поддержка Mark X стала по-настоящему всеобщей только в начале 1960-х годов. [12]
Системы союзников начинались как транспондеры, которые просто отражали исходный импульс радара и не могли кодировать какие-либо индивидуальные ответные сообщения. США изучали кодирование большего количества данных в ответный сигнал во время войны, но в конечном итоге посчитали, что ввод новой системы в эксплуатацию как можно быстрее важнее улучшения ее возможностей, поэтому оригинальный Mark X отличался от Mark III только простыми способами. [11]
В то время как разработка базового Mark X все еще продолжалась, началась разработка новой функции селективной идентификации (SIF). Эта система изначально была реализована как отдельный блок, который подключался к Mark X и модифицировал его обратные сигналы. Вместо двух импульсов блок SIF возвращал «последовательность импульсов», содержащую несколько импульсов между стартовыми и стоповыми «кадровыми» импульсами. Каждый импульс имел длительность 0,45 мкс и интервал 1,45 мкс, а вся последовательность имела длину 20,3 микросекунды. Каждая группа из трех импульсов используется для кодирования восьмеричной цифры от 0 до 7. В режимах 1 и 3 используются два набора из трех импульсов, [13] в то время как в режиме 2 используются все четыре набора импульсов в последовательности. [14]
Чтобы помочь идентифицировать отдельные самолеты, наземные операторы должны были сказать самолету установить свой IFF на определенный режим, а затем выбрать двухзначный код в поле SIF. В режиме 3 были возможны все 64 ответа (от 00 до 77), но в режиме 1 вторая цифра была только от 0 до 3, всего 32 кода. [a] Аварийный режим оставался, но работал только при запросе в режиме 1 с наземной станции. Чтобы указать на чрезвычайную ситуацию в режиме 3, пользователь вместо этого набирал код 77. Чтобы гарантировать, что аварийный код будет принят большинством запросчиков, оператор должен был установить IFF на аварийный режим и набрать 77, таким образом отвечая тем же набором импульсов как в режиме 1, так и в режиме 3. [15]
Более длинный ответ в режиме 2 использовался исключительно военными пользователями, [b] позволяя им идентифицировать отдельные самолеты. Четыре цифры обеспечивали в общей сложности 4096 возможных кодов, хотя 7700 использовался для экстренной ситуации, производя тот же экстренный ответ, что и выше. [16]
В 1953 году частоты Mark X и системы кодирования SIF были выпущены для гражданского использования во всем мире. [17] В 1956 году ИКАО выбрала Mark X в качестве основы для мировой гражданской авиации. [16] Выбор существующей системы имел то преимущество, что позволял использовать хорошо проверенное оборудование, а также позволял существующим военным транспондерам работать в более крупной гражданской сети.
Хотя Mark X и использовался в этой роли, особенно в Европе, он не был широко распространен. В США Федеральное управление гражданской авиации работало над системой, использующей 3D-радар и компьютеризированную систему полетной информации, которая, по их мнению, произведет революцию в отрасли. Разработка была еще далека от завершения, когда 16 декабря 1960 года в Нью-Йорке произошло столкновение в воздухе , в котором самолет DC-8 авиакомпании United Airlines вылетел за пределы назначенной зоны ожидания и столкнулся с самолетом Trans World Airlines Super Constellation . Хотя в конечном итоге авария произошла по вине экипажа DC-8, одним из способствующих факторов было то, что авиадиспетчеры не смогли точно идентифицировать самолет. [18]
После аварии FAA подверглось серьезной критике как со стороны правительства, так и со стороны гражданских авиакомпаний. 8 марта 1961 года президент Кеннеди запустил проект Beacon для решения этих проблем. Бюро исследований и разработок FAA продолжало настаивать на разработке своих новых систем, но авиадиспетчеры приказали FAA отказаться от своего 3D-радара и вместо этого настаивали на модификации существующих систем и транспондеров. Окончательный отчет был согласован с диспетчерами, вместо новых систем транспондеры будут модернизированы для предоставления этой информации. [19] Они будут известны как Система радиолокационных маяков управления воздушным движением, или ATCRBS. [18]
ATCRBS ввела несколько гражданских режимов, от A до D. Режим A остался идентичен исходному режиму 3, за исключением того, что гражданские самолеты были снабжены циферблатами, позволяющими использовать все четыре цифры вместо первых двух. [20] [18] Кроме того, новый режим C возвращал высоту самолета, тем самым устраняя необходимость в отдельном радаре определения высоты или 3D-радаре. Теперь один проход радара будет определять местонахождение самолета по его прямому отражению, идентифицировать его по его ответу в режиме A и возвращать его высоту через режим C, непрерывно показывая всю эту информацию. [18]
В остальном система похожа на SIF, используя тот же формат ответа импульсной последовательности и восьмеричное кодирование. В режиме A единственное отличие от режима 3 заключается в том, что все четыре цифры отправляются [21] таким же образом, как и в военном режиме 2. Использование такого кода означает, что он не будет виден на военных наземных станциях, поддерживающих только старый режим 3, и по этой причине коды режима A обычно заканчиваются на «00». Например, стандартный код для идентификации самолета, летящего по правилам визуального полета в Северной Америке, — 1200, в то время как аварийный код, как и в военных кодах, — 7700. [22]
Военные радары должны определять как местоположение, так и высоту вражеского самолета. Для этого использовались различные методы, часто с использованием нескольких дополнительных радаров определения высоты полной мощности, предназначенных для этой цели, или с использованием 3D-радаров некоторой сложности. Это не подходило для гражданского использования, но определение высоты все еще было ценным для надлежащего управления воздушным движением . Чтобы удовлетворить эту потребность, ATCRVS добавила режим C, который использует тот же четырехзначный формат, но использует цифры для кодирования высоты вместо идентификатора. Чередуя свои запросы между режимами A и C и сохраняя значения между приемами, радарная станция может использовать собственное отражение радара для определения местоположения самолета в пространстве, ответ режима A для его идентификации и режим C для определения высоты. [20]
В отличие от военных пользователей, гражданским пользователям может быть предложено предоставить полный четырехзначный код для ответов режима A. Для неуправляемых самолетов коды обычно используют только первые две цифры, чтобы их можно было прочитать на старом военном наземном оборудовании. Например, стандартный код для идентификации самолета, летящего по визуальным правилам полета в Северной Америке, — 1200, в то время как аварийный код, как и в случае с военными кодами, — 7700. [22] Режимы B и D остаются неиспользованными. [17]
В армии Mark X имел существенный недостаток: он продолжал отвечать на любой запросчик, что позволяло вражеским силам использовать его для триангуляции самолетов. Это использовалось Северным Вьетнамом для отслеживания перемещений американских самолетов. Когда это было замечено, пилотам было приказано выключать свои IFF, находясь над вражеской территорией, [23] что привело к ограничениям на управление движением в воздушном пространстве противника.
Еще в 1960 году в США начались некоторые работы по разработке системы кодирования, которая могла бы работать в рамках существующей сети IFF. Это стало IFF Mark XII, которая добавила криптографические ключи к кодам запроса и ответа. Теперь бортовой транспондер мог проверять, исходил ли импульс запроса от действительного дружественного источника, и игнорировать любого, кто не представил правильный код. Кроме того, форматы ответа были изменены, чтобы позволить возвращать больше информации. Mark XII начал вводиться в действие в США в начале 1970-х годов и постепенно заменил Mark X. За пределами США, где не велись постоянные воздушные войны против сложного противника, принятие Mark XII не было столь быстрым или широко распространенным. [23]
Другая проблема с Mark X и его заменой Mark XII заключается в том, что его можно заглушить, вещая на известных частотах ответа. Работа над расширенным спектром IFF Mark XV началась в США, но была отменена в 1990 году из-за роста стоимости предполагаемых 17 000 требуемых единиц. [23]
По мере дальнейшего увеличения уровня трафика в очень загруженных воздушных пространствах даже надлежащие запросы могли вызывать так много ответов, что не было возможности определить, какой ответ был от какого самолета. Это привело к введению режима IFF Mode S. В режиме S каждый самолет имеет свой собственный уникальный 24-битный код, которым он отвечает, когда запрашивается правильный сигнал запроса. Это позволяет наземной станции периодически отправлять сигнал, аналогичный режиму 3/A, но получать уникальные коды для каждого самолета. С этого момента запросчик может отправлять вызовы местоположения и высоты с определенными кодами, тем самым получая ответ только от выбранного самолета. Режим S также добавляет ряд длинных форматов ответов, которые позволяют отправлять текстовые сообщения и другую информацию. [17]
Сигнал опроса, иногда называемый форматом восходящей линии связи, состоит из двух импульсов длительностью 0,8 мкс на частоте 1030 МГц. Время между импульсами определяет, какой режим запрашивается. Режим 1 имел два импульса с интервалом 3 мкс (±0,2 мкс), режим 2 — 5 мкс, а режим 3 — 8 мкс. Гражданские B, C и D имели интервал 17, 21 и 25 мкс. Режим S добавляет импульс P4 после P1 и P3. [24]
Наземные запросчики обычно циклически проходят через различные режимы, чтобы собрать полную информацию, это известно как шаблон чередования. Для гражданских сайтов шаблон обычно A,C,A,C... Для военных пользователей шаблон обычно 1,3/A,C,2,3/A,C... но некоторые используют 1,2,3/A,C,1,2,... [25]
В оригинальной системе pre-SIF ответ на правильно полученный импульс опроса обычно представлял собой либо один импульс в режимах 1 и 2, либо два импульса в режиме 2. Включение аварийного режима приводило к появлению четырех импульсов во всех режимах. [11]
Для систем, оборудованных SIF, ответ на правильно принятый импульс опроса представляет собой цепочку длинных импульсов 0,45 мкс (±0,1 мкс) с интервалом 1,45 мкс, обрамленных стартовыми и стоповыми импульсами. Импульсы обозначены как F1 и F2 для стартовых и стоповых импульсов, и A1, B1, C1, A2, B2... для ответных импульсов. Ответы чередуются вместе, C1, A1, C2,...A4, за которыми следуют B1, D1..., всего 12 возможных импульсов в четырех восьмеричных цифрах, A, B, C и D. Один дополнительный импульс "X" в центре остается неиспользованным, поэтому общий пакет с обрамлением имеет длину 20,2 мкс. [26]
Первоначально импульсы были ограничены по времени с помощью линий задержки . Первоначальная спецификация была 3 мкс между импульсами в данной цифре или 1,5 мкс между чередующимися импульсами A/C или B/D. Когда прибыли первые образцы линий задержки, они были неисправны и задерживали только 2,9 мкс, что приводило к 1,45 мкс синхронизации между импульсами. [27]
Военный режим 1 передает две цифры, A и B, оставляя остальные возможные импульсы пустыми. Возможно только подмножество возможных комбинаций, с полными 0-7 для первой цифры, но только 0-3 для второй, что позволяет 32 кода между 00 и 73. Иногда это известно как «сигнал миссии» и устанавливается авиадиспетчерами перед полетом. В режимах 2 и 3 разрешены все 4096 возможных 4-значных кодов от 0000 до 7777. [21]
Для режима 3/A значение каждой из цифр от 0 до 7 устанавливается с помощью переключателей на передней панели. Для гражданского использования это код, предоставляемый диспетчерами УВД. Большинству самолетов общей авиации в Северной Америке говорят «squawk 1200», что означает, что они должны установить свой транспондер на 1200, тогда как в остальном мире для этой же цели используется 7000. Также используются три специальных кода: 7500 означает, что самолет захватывают, 7600 означает, что их голосовое радио не работает, а 7700 — это общая чрезвычайная ситуация. [22]
Для режима C высота кодируется с помощью кода Гиллхэма , используя 11 бит. Наименьший возможный код — 000000000001, что соответствует высоте -1200 футов. Каждые 100 футов дополнительной высоты выше -1200 добавляют 1 к общему числу, так что, например, 000000110100 — это 1200 футов.
SIF также добавляет один дополнительный необязательный импульс, идентификацию специального назначения или SPI, который отправляется через 4,35 мкс после F2. SPI запускается вручную оператором транспондера для идентификации одного самолета нажатием кнопки. SPI продолжает транслироваться в течение 18 секунд. Согласно правилам ИКАО, SPI следует добавлять только в режим 3/A. [26]
{{cite web}}: CS1 maint: бот: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )