IFF Mark X был стандартной системой транспондера НАТО для военной идентификации «свой-чужой» с начала 1950-х годов, пока в 1970-х годах он не был постепенно заменен IFF Mark XII. Он также был принят ИКАО с некоторыми модификациями в качестве ответчика вторичного радиолокатора (ВОРЛ) гражданской службы управления воздушным движением (УВД). Х в названии означает не «десятый», а «экспериментальный». [1] Более поздние модели IFF действовали так, как если бы 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 ответил на той же частоте, что и триггерный сигнал, вернув выбранную схему импульсов. Первоначально Mark X был просто версией Mark III, работающей на более высокой частоте, что имело ряд практических преимуществ. Были доступны три схемы возврата или режима. На момент своего появления новая функция выборочной идентификации , или SIF , позволяла модифицировать ответный сигнал с помощью битового кодирования, предоставляя каждому воздушному судну возможность выдавать уникальный ответ с использованием восьмеричных цифр. Первоначально это осуществлялось через отдельный блок, который подключался к оригинальному Mark X. В течение короткого времени в 1957 году он был известен как IFF Mark XI, а затем стал IFF Mark X (SIF) .
По мере роста рынка гражданской авиации в 1950-х годах Mark X был выбран в качестве стандартной системы транспондеров в качестве радиолокационной системы 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). Объединив информацию радара с ответами в режимах 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 внутри гражданской сети, а также позволило гражданским самолетам использовать существующую и хорошо проверенную конструкцию транспондера.
Mark X сохранил ключевую проблему, которая до сих пор присутствовала во всех системах IFF; транспондер самолета отвечал на любой запросный сигнал на нужной частоте, не имея возможности определить, был ли это дружественный передатчик. Это позволяет вражеским силам опрашивать транспондеры и использовать триангуляцию для определения их местоположения или просто подсчитывать ответы в поисках повышенной активности. Военные пользователи давно хотели иметь систему, которая кодировала бы как допрос, так и ответ, позволяя транспондерам игнорировать сигналы от следователей, которые не предоставляли правильный код. Это привело к разработке IFF Mark XII и связанного с ним режима 4, которые начали использоваться в 1970 году.
Первой системой IFF, получившей широкое международное использование, была британская система 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 радиопередачи в узком диапазоне частот, усиливала входящий сигнал с помощью регенеративного приемника и ретранслировала результат. [2] Регенеративная конструкция была чрезвычайно простой и часто состояла из одной вакуумной трубки . Наземная станция использовала «запросчик» для отправки импульсов синхронно с радаром и смешивала полученный сигнал с сигналом от радара для получения единого изображения. На большинстве дисплеев радаров сигнал IFF удлиняет «вспышку» или вызывает появление дополнительных точек. [3]
У Mark III было серьезное ограничение: он мог реагировать на сигналы любого вещания в диапазоне 176 МГц. Давно существовали опасения, что немцы пошлют свои собственные импульсы запроса, чтобы активировать систему IFF, а затем воспользуются радиопеленгатором, чтобы определить местонахождение самолета. Британцы сделали это с немецкими ночными истребителями, используя систему, известную как Perfectos , [4] вынудив немцев отключить свои системы IFF и вызвав множество инцидентов с дружественным огнем . Казалось логичным, что немцы ответят тем же, но это случалось редко; хотя известно, что наземные подразделения радиоразведки время от времени отслеживали британские самолеты с помощью своих средств связи IFF, [5] их успех был значительно смягчен отключением транспондера IFF в воздушном пространстве противника. [6] Немцы не могли сделать то же самое, поскольку они почти всегда летали над своим воздушным пространством. [7]
Более практическая проблема заключалась в том, что сигналы IFF находились в середине существующих радиолокационных диапазонов УКВ ; переход на новую частоту поможет уменьшить потенциальные помехи. Переход на более высокую частоту будет иметь дополнительное преимущество, позволяя использовать антенны меньшего размера. 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 привело к каскаду ответов. Это было особенно проблематично вблизи аэропортов, где самолеты скопились и могли слышать сигналы друг друга. Использование отдельных частот отправки и приема могло бы решить эту проблему, но регенеративная конструкция работала путем обратной передачи полученного сигнала, поэтому ее нельзя было легко адаптировать для работы на другой частоте. [8]
Лаборатория военно-морских исследований США (NRL) также рассматривала концепцию IFF и разработала концепцию, аналогичную Mark III, в которой для опросов использовалась собственная частная частота - 470 МГц. В отличие от британских разработок, ответный сигнал находился на отдельной частоте 493,5 МГц. Это позволило избежать запуска одного IFF другого, но за счет необходимости использовать полностью отдельную систему передатчика. Когда США и Британия сформировали совместную объединенную исследовательскую группу в НРЛ, эта система получила название Mark IV. [1]
Сложность заключалась в том, что частота срабатывания была достаточно близка к частоте 600 МГц немецких радаров Вюрцбурга , поэтому существовали опасения, что импульсы этих радаров могут вызвать срабатывание транспондера, что приведет к появлению новой вспышки на дисплее радара Вюрцбурга и, таким образом, немедленно покажет их работоспособность. частота. [9] Поскольку британские системы уже получили широкое распространение, было принято решение принять Mark II и Mark III для самолетов США. [1]
В 1942 году Объединенная исследовательская группа начала разработку новой системы, основанной на базовой схеме Mark IV, но с дальнейшим увеличением рабочей частоты до 1,03 ГГц для запроса и 1,09 ГГц для ответов. Этот Mark V должен был стать основой для IFF во всем мире в послевоенную эпоху, поэтому он также был известен как Маяк Организации Объединенных Наций или UNB. [1] Адаптеры UNB для существующих комплектов Mark III производились и использовались в вооруженных силах США, но не были приняты на вооружение где-либо еще. Великобритания вышла из программы в октябре 1945 года, [10] полагая, что до новой войны осталось как минимум десять лет. США использовали UNB лишь в течение короткого времени, потому что новая экспериментальная концепция, известная как Mark X, быстро развивалась. [1]
Основным отличием Mark X от более ранних систем IFF было использование при опросе двух импульсов, а не одного. Раньше использовался одиночный импульс, поскольку исходным сигналом запроса был луч радара, проносившийся мимо самолета, и это были одиночные импульсы энергии. Поскольку системы IFF теперь работали на совершенно других частотах, в этом больше не было необходимости, и для Mark X была принята система, использующая два импульса. [1]
У этой системы было два преимущества. Во-первых, чтобы вызвать ответ, вражеский дознаватель должен был согласовать частоту и время импульсов. Это давало небольшую дополнительную безопасность. Гораздо более важным, однако, было то, что, изменяя время импульсов, можно было вызвать разные ответы в бортовом транспондере. В исходной конструкции было три таких «режима»: режим 1 запускался запросчиком путем отправки двух импульсов с интервалом 3 мкс (± 0,2 мкс), режим 2 - 5 мкс и режим 3 - 8 мкс. [10]
Ответ на эти допросы остался простым; успешный запрос в режиме 1 или 3 привел к отправке одиночного импульса в ответ очень скоро после получения запроса. Поскольку он вернулся на радиолокационную станцию после возвращения исходного радиолокационного импульса, этот сигнал вызвал появление второго пятна на экране радара на немного большем расстоянии. Режим 2 был аналогичным, но возвращал два импульса от самолетов и один задержанный импульс от кораблей. [11]
Транспондер самолета имел переключатель, который устанавливал режим, который он прослушивал, и отвечал только на запросы этого режима. На практике режимы использовались для идентификации отдельных самолетов. Например, при использовании в Великобритании большинство самолетов устанавливали свой транспондер в режим 1, который обеспечивал базовую индикацию IFF в их «миксе» на дисплее радара. Вместо этого командир звена выберет режим 3, тем самым позволяя наземному оператору отделить всю группу от отдельных самолетов внутри. Наконец, режим 2 был выбран по запросу, чтобы позволить оператору идентифицировать конкретный самолет. [10]
Помимо основных режимов, система также включала функцию экстренного реагирования, выбираемую самолетом. При включении самолет всегда возвращал четыре импульса в ответ на запрос, независимо от того, какой режим выбирала наземная станция. [11]
Несмотря на то, что 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 ней последовали канадцы. Представители Королевских ВВС были приглашены принять участие в испытаниях в конце 1951 года, и к этому моменту они уже заключили контракт с Ферранти на разработку оборудования, которое работало как на Mark III, так и на Mark X. [10] Из-за задержек по обе стороны Атлантики, это произошло только после В начале 1960-х годов поддержка Mark X была поистине универсальной. [12]
Системы союзников начинались как транспондеры, которые просто отражали исходный радиолокационный импульс и не могли закодировать какое-либо индивидуальное ответное сообщение. Во время войны США изучали кодирование большего количества данных в ответный сигнал, но в конечном итоге почувствовали, что как можно быстрее ввести новую систему в эксплуатацию важнее, чем улучшить ее возможности, поэтому оригинальный Mark X отличался от Mark III лишь в простых отношениях. . [11]
Хотя разработка базового Mark X все еще продолжалась, также началась разработка новой функции выборочной идентификации, или SIF. Первоначально эта система была реализована как отдельный блок, который подключался к Mark X и изменял его возвратные сигналы. Вместо двух импульсов блок SIF возвращал «последовательность импульсов», содержащую несколько импульсов между стартовыми и конечными «кадровыми» импульсами. Каждый импульс имел длительность 0,45 мкс и интервал между ними 1,45 мкс, а длина цуга в целом составляла 20,3 микросекунды. Каждая группа из трех импульсов используется для кодирования восьмеричной цифры от 0 до 7. В режиме 1 и 3 используются два набора по три импульса, [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 указать самолету установить для своего IFF 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 остался, но работал только при запросе Режима 1 с наземной станции. Чтобы указать на чрезвычайную ситуацию в режиме 3, пользователь вместо этого набирал код 77. Чтобы гарантировать, что код экстренной помощи будет уловлен большинством следователей, оператор устанавливал IFF на экстренный режим и набирал 77, отвечая тем же набором импульсов на оба режима 1 и 3. [15]
Более длительный ответ в режиме 2 использовался исключительно военными пользователями, [b] позволяя им идентифицировать отдельные самолеты. Четыре цифры давали в общей сложности 4096 возможных кодов, хотя для экстренных ситуаций использовалось 7700, что обеспечивало ту же экстренную реакцию, 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 гражданской авиации во всем мире. [16] Выбор существующей системы имел то преимущество, что позволял использовать хорошо проверенное оборудование, а также позволял существующим военным транспондерам работать в рамках более крупной гражданской сети.
Хотя Mark X использовался в этой роли, особенно в Европе, он не получил широкого распространения. В США Федеральное управление гражданской авиации работало над системой, использующей 3D-радар и компьютеризированную систему полетной информации, которая, по их мнению, произвела революцию в отрасли. Разработка была еще далека от завершения, когда 16 декабря 1960 года в Нью-Йорке произошло столкновение в воздухе , в результате которого самолет DC-8 United Airlines промахнулся по заданной схеме ожидания и столкнулся с Super Constellation Trans World Airlines . Хотя в конечном итоге авария произошла по вине экипажа DC-8, одним из факторов, способствовавших происшествию, было то, что авиадиспетчеры не смогли точно идентифицировать самолет. [18]
После аварии ФАУ подверглось серьезной критике как со стороны правительства, так и со стороны гражданских авиакомпаний. 8 марта 1961 года президент Кеннеди запустил проект «Маяк», чтобы решить эти проблемы. Бюро исследований и разработок ФАУ продолжало настаивать на разработке своих новых систем, но авиадиспетчеры посоветовали ФАУ отказаться от 3D-радаров и вместо этого настаивали на модификации существующих систем и транспондеров. Окончательный отчет согласован с диспетчерами, вместо новых систем будут модернизированы транспондеры для предоставления этой информации. [19] Они будут известны как система радиолокационных маяков управления воздушным движением или ATCRBS. [18]
ATCRBS представила несколько гражданских режимов, от A до D. Режим A остался идентичным исходному режиму 3, за исключением того, что гражданские самолеты будут оснащены циферблатами, позволяющими использовать все четыре цифры вместо только первых двух. [20] [18] Кроме того, новый режим C возвращает высоту самолета, тем самым устраняя необходимость в отдельном радаре для определения высоты или 3D-радаре. Теперь одно сканирование радара позволит определить местонахождение самолета по его прямому отражению, идентифицировать его по реакции в режиме А и вернуть его высоту в режиме C, непрерывно отображая всю эту информацию. [18]
В остальном система аналогична SIF, используя тот же формат ответа последовательности импульсов и восьмеричное кодирование. В режиме A единственное отличие от режима 3 состоит в том, что передаются все четыре цифры [21] так же, как и военный режим 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 А обычно заканчиваются на «00». Например, стандартный код для идентификации самолета, летающего по правилам визуального полета в Северной Америке, — 1200, а аварийный код, как и в случае с военными кодами, — 7700. [22]
Военные радары должны определять как местоположение, так и высоту самолета противника. Для этого использовались различные методы, часто с использованием нескольких дополнительных полномощных радаров определения высоты, предназначенных для этой цели, или с использованием 3D-радаров некоторой сложности. Это не подходило для гражданского использования, но определение высоты по-прежнему было ценным для правильного расстояния между диспетчерами воздушного движения . Чтобы удовлетворить эту потребность, ATCRVS добавил 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, радиолокационная станция может использовать собственное отражение радара для определения местоположения самолета в пространстве, ответ в режиме A для его идентификации и режим C для определения высоты. [20]
В отличие от военных пользователей, гражданских пользователей могут попросить предоставить полный четырехзначный код для ответов в режиме А. Для неуправляемых самолетов в кодах обычно используются только первые две цифры, чтобы их можно было прочитать и на старом военном наземном оборудовании. Например, стандартный код для идентификации воздушного судна, выполняющего полет по правилам визуального полета, в Северной Америке — 1200, а аварийный код, как и в случае с военными кодами, — 7700. [22] Режимы B и D остаются неиспользованными. [17]
В армии у Mark X был существенный недостаток: он продолжал реагировать на любого запросчика, что позволяло вражеским силам использовать его для триангуляции самолетов. Это использовалось Северным Вьетнамом для отслеживания движения самолетов США. Когда это было замечено, пилотам было приказано выключать средства IFF, находясь над территорией противника, [23] что привело к ограничениям на управление движением над воздушным пространством противника.
Еще в 1960 году в США начались некоторые разработки системы кодирования, которая могла бы работать в существующей сети IFF. Это стало IFF Mark XII, в котором к кодам запроса и ответа были добавлены криптографические ключи. Теперь бортовой транспондер мог проверять, исходит ли запросный импульс от действительного дружественного источника, и игнорировать любого, кто не предоставил правильный код. Кроме того, форматы ответов были изменены, чтобы обеспечить возможность возврата большего количества информации. Mark XII начал внедряться в США в начале 1970-х годов и постепенно заменил Mark X. За пределами США, где продолжающиеся воздушные войны против сильного противника не велись, принятие Mark XII было не таким быстрым и широко распространенным. [23]
Другая проблема с Mark X и его заменой Mark XII заключается в том, что его можно заглушить путем вещания на известных частотах реагирования. Работа над IFF Mark XV с расширенным спектром началась в США, но была отменена в 1990 году из-за роста стоимости примерно 17 000 необходимых единиц. [23]
Поскольку уровень трафика в очень загруженном воздушном пространстве продолжал расти, даже правильные допросы могли вызвать так много ответов, что не было возможности определить, какой ответ поступил от какого самолета. Это привело к введению режима S IFF. В режиме S каждый самолет имеет свой собственный уникальный 24-битный код, на который он отвечает при запросе правильным сигналом 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 запросы о местоположении и высоте с конкретными кодами, тем самым позволяя отвечать только выбранному воздушному судну. Режим S также добавляет ряд форматов длинных ответов, которые позволяют отправлять текстовые сообщения и другую информацию. [17]
Сигнал запроса, 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. В режиме 1 было два импульса с интервалом 3 мкс (±0,2 мкс), в режиме 2 — 5 мкс, а в режиме 3 — 8 мкс. Гражданские B, C и D находились на расстоянии 17, 21 и 25 мкс друг от друга. Режим S добавляет импульс P4 после P1 и P3. [24]
Наземные следователи обычно переключаются между различными режимами, чтобы собрать полную информацию, это известно как шаблон чересстрочной развертки. Для гражданских объектов обычно используется шаблон A,C,A,C... Для военных пользователей обычно используется шаблон 1,3/A,C,2,3/A,C... но некоторые используют 1,2, 3/А,С,1,2,... [25]
В исходной системе pre-SIF ответом на правильно полученный импульс запроса обычно является либо один импульс в режимах 1 и 2, либо два импульса в режиме 2. Включение аварийного режима дает четыре импульса во всех режимах. [11]
Для систем, оснащенных SIF, ответом на правильно полученный импульс запроса является цепочка импульсов длительностью 0,45 мкс (±0,1 мкс) с интервалом 1,45 мкс, обрамленная импульсами запуска и остановки. Импульсы маркируются F1 и F2 для запуска и остановки, а также A1, B1, C1, A2, B2... для ответных импульсов. Ответы чередуются вместе: C1, A1, C2,...A4, за которыми следуют B1, D1..., всего получается 12 возможных импульсов в четырех восьмеричных цифрах: A, B, C и D. Один дополнительный "X" импульс в центре остается неиспользованным, поэтому общая длина пакета с кадрированием составляет 20,2 мкс. [26]
Первоначально импульсы задерживались за счет использования линий задержки . Первоначальная спецификация предусматривала 3 мкс между импульсами данной цифры или 1,5 мкс между чередующимися импульсами A/C или B/D. Когда прибыли первые образцы линий задержки, они были неисправны и задерживались всего на 2,9 мкс, в результате чего время между импульсами составляло 1,45 мкс. [27]
Военный режим 1 передает две цифры, A и B, оставляя остальные возможные импульсы пустыми. Возможны только подмножества возможных комбинаций: от 0 до 7 для первой цифры и только от 0 до 3 для второй, что позволяет использовать 32 кода от 00 до 73. Иногда это называется «сигналом миссии» и устанавливается авиадиспетчеры перед полетом. В режиме 2 и 3 разрешены все 4096 возможных 4-значных кодов от 0000 до 7777. [21]
Для режима 3/A значение каждой цифры от 0 до 7 устанавливается с помощью переключателей на передней панели. Для гражданского использования это код, предоставляемый диспетчерами УВД. Большинству самолетов авиации общего назначения в Северной Америке приказывают «кричать 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 кода специального назначения: 7500 означает, что самолет угоняют, 7600 означает, что у них не работает голосовая радиостанция, и 7700 — общая чрезвычайная ситуация. [22]
Для режима C высота кодируется с помощью кода Гиллхэма , используя 11 бит. Самый низкий возможный код — 000000000001, что соответствует высоте -1200 футов. Каждые 100 футов дополнительной высоты выше -1200 добавляют 1 к общей сумме, поэтому, например, 000000110100 равно 1200 футам.
SIF также добавляет один дополнительный дополнительный импульс идентификации 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]