Введение

Распознавание противника по радиочастотам при командовании и управлении.

Идентификация, друг или враг (IFF) – это система боевой идентификации, предназначенная для командования и управления. Она использует транспондер, который прослушивает запрос и затем отправляет ответ, идентифицирующий передатчика. Системы IFF обычно используют радиолокационные частоты, но могут применяться и другие электромагнитные частоты, радио- или инфракрасные. Она позволяет военным и гражданским системам управления воздушным движением идентифицировать самолеты, транспортные средства или силы как дружественные, в отличие от нейтральных или враждебных, и определять их пеленг и дальность от запрашивающего. IFF используется как военными, так и гражданскими воздушными судами. IFF была впервые разработана во время Второй мировой войны с появлением радиолокации и рядом случаев дружественного огня. IFF может только однозначно идентифицировать дружественные самолеты или другие силы. Если на запрос IFF не получено ответа или получен недействительный ответ, объект не идентифицируется как враждебный; дружественные силы могут не отвечать на запрос IFF по различным причинам, таким как неисправность оборудования, а стороны, не участвующие в боевых действиях, например, гражданские авиалайнеры, не будут оснащены IFF. IFF является инструментом в рамках более широкой военной операции – боевой идентификации (CID), представляющей собой характеристику объектов, обнаруженных в зоне боевых действий, с достаточной точностью для поддержки принятия оперативных решений. Наиболее общая характеристика – это «свой», «чужой», «нейтральный» или «неизвестный». CID не только может снизить количество случаев дружественного огня, но и способствует принятию общих тактических решений. С успешным развертыванием радиолокационных систем для противовоздушной обороны во время Второй мировой войны, воюющие стороны сразу же столкнулись с трудностями в различении дружественных самолетов от вражеских; к тому времени самолеты летали на большой скорости и высоте, что делало визуальную идентификацию невозможной, а цели отображались как неразличимые пятна на экране радара. Это привело к таким инцидентам, как сражение при Баркинг-Крик над Британией и воздушное нападение на крепость Коэпеник над Германией.

Ранние концепции

Уже до развертывания системы радиолокационных станций Chain Home (CH), Королевские ВВС рассматривали проблему идентификации «свой-чужой» (IFF). Роберт Уотсон-Уотт подавал заявки на патенты на подобные системы в 1935 и 1936 годах. К 1938 году исследователи из поместья Бодси начали эксперименты с "отражателями", состоящими из дипольных антенн, настроенных на резонанс с основной частотой радаров CH. Когда импульс от передатчика CH достигал самолета, антенны на короткое время приходили в резонанс, увеличивая количество энергии, возвращаемой на приемник CH. Антенна была подключена к моторизованному переключателю, который периодически закорачивал ее, предотвращая излучение сигнала. Это приводило к периодическому увеличению и уменьшению отраженного сигнала на станции CH при включении и выключении антенны. На практике система оказалась слишком ненадежной для использования: отраженный сигнал сильно зависел от направления движения самолета относительно станции CH и часто возвращал мало или вообще не давал дополнительного сигнала. Существовали подозрения, что эта система окажется неэффективной на практике. Когда это подтвердилось, Королевские ВВС перешли к совершенно другой системе, разработка которой также велась. Она состояла из сети станций слежения, использующих радиопеленгаторы HF/DF. Радиостанции самолетов были модифицированы для передачи тона частотой 1 кГц в течение 14 секунд каждую минуту, что давало станциям достаточно времени для измерения пеленга самолета. Несколько таких станций назначались каждому "сектору" системы ПВО и отправляли свои измерения на пункт обработки данных в штабе сектора, где с помощью триангуляции определялось местоположение самолета. Эта система, известная как "пип-скик", работала, но требовала больших трудозатрат и не отображала информацию непосредственно операторам радаров. Очевидно, требовалась система, работающая непосредственно с радаром.

IFF Mark II (вводится в действие с 1 января 2013)

Первым активным IFF-транспондером (передатчик/ответчик) был IFF Mark I, который был экспериментально использован в 1939 году. В нем использовался регенеративный приемник, который возвращал небольшую часть усиленного сигнала на вход, сильно усиливая даже слабые сигналы, если они имели одну частоту (как код Морзе, но в отличие от голосовой связи). Он был настроен на сигнал радара CH (20–30 МГц), усиливая его настолько, что он передавался обратно через антенну самолета. Поскольку сигнал принимался одновременно с первоначальным отражением сигнала CH, результатом был удлиненный импульс на дисплее CH, который легко идентифицировался. В ходе испытаний было обнаружено, что устройство часто перегружало радар или выдавало слишком слабый сигнал для обнаружения, и в то же время появлялись новые радары, работающие на новых частотах. Вместо запуска Mark I в производство, в начале 1940 года был представлен новый IFF Mark II. Mark II имел серию отдельных тюнеров, настроенных на различные диапазоны радаров, между которыми он переключался с помощью моторизованного переключателя, а автоматическая регулировка усиления решала проблему избыточной передачи сигнала. Mark II был технически готов к началу войны, но из-за нехватки комплектов он был доступен лишь в ограниченном количестве, и лишь небольшое число самолетов RAF было оснащено им к моменту битвы за Британию. Система "Пип Скик" продолжала использоваться в этот период, но после окончания битвы IFF Mark II был быстро введен в полную эксплуатацию. "Пип Скик" по-прежнему использовался для районов над сушей, где не действовал радар CH, а также в качестве системы аварийного наведения.

IFF Mark III (МФФ марки III)

Даже к 1940 году сложная система Mark II приближалась к своим пределам, в то время как постоянно внедрялись новые радары. К 1941 году был представлен ряд подмоделей, охватывающих различные комбинации радаров, например, общевоенно-морские или используемые Королевскими ВВС. Однако появление радаров, основанных на микроволновом магнетроне, сделало существующую систему устаревшей: просто не существовало возможности создать ответчик, работающий в этом диапазоне частот, с использованием тогдашней электроники. Еще в 1940 году английский инженер Фредди Уильямс предложил использовать единую частоту для всех сигналов IFF, но в то время не было острой необходимости менять существующую систему. С появлением магнетрона в Исследовательском учреждении телекоммуникаций началась работа над этой концепцией под названием IFF Mark III. Она стала стандартом для западных союзников на большую часть войны. Транспондеры Mark III были разработаны для ответа на конкретные "запросы", а не на прямой ответ на принимаемые радарные сигналы. Эти устройства запроса работали на ограниченном наборе частот, независимо от того, с каким радаром они были сопряжены. Система также обеспечивала ограниченную связь, включая возможность передачи закодированного сигнала бедствия "Мэйдей". Комплекты IFF были спроектированы и изготовлены компанией Ferranti в Манчестере по спецификациям Уильямса. Аналогичные комплекты были произведены в США, первоначально как копии британских, чтобы самолеты союзников могли быть идентифицированы при запросе радарами друг друга.

Германия

FuG 25a Erstling (англ. Firstborn, Debut) был разработан в Германии в 1940 году. Он был настроен на низкий ВЧ-диапазон на частоте 125 МГц, используемый радаром Freya, и использовался адаптер для работы с низким УВЧ-диапазоном 550–580 МГц, используемым радаром Würzburg. Перед полетом передатчик настраивался на выбранный суточный код, состоящий из десяти бит, который вводился в устройство. Для начала процедуры идентификации наземный оператор переключал частоту повторения импульсов своего радара с 3750 Гц на 5000 Гц. Бортовой приемник декодировал это и начинал передавать суточный код. Оператор радара видел, как длительность сигнала увеличивалась и уменьшалась в соответствии с кодом. Передатчик IFF работал на частоте 168 МГц с мощностью 400 Вт (пиковая огибающая мощность). Система предусматривала возможность для наземных контроллеров определить правильность кода самолета, но не имела средства для транспондера отклонять сигналы от других источников. Британские военные ученые нашли способ использовать это, создав собственный передатчик IFF под названием Perfectos, предназначенный для вызова ответа от любой системы FuG 25a в зоне действия. Когда FuG 25a отвечал на частоте 168 МГц, сигнал принимался антенной системой радара AI Mk. IV, который изначально работал на частоте 212 МГц. Путем сравнения силы сигнала, принимаемого разными антеннами, можно было определить направление на цель. Установленные на самолетах Mosquito, "Perfectos" значительно ограничили использование FuG 25a немецкими войсками.

IFF марки IV и V

Научно-исследовательская лаборатория ВМС США работала над собственной системой IFF еще до войны. Она использовала одну частоту запроса, как и Mark III, но отличалась тем, что использовала отдельную частоту ответа. Ответ на другой частоте имеет несколько практических преимуществ, наиболее важным из которых является то, что ответ от одного IFF не может вызвать срабатывание другого IFF на другом самолете. Однако для этого требуется полноценный передатчик для ответной части схемы, в отличие от сильно упрощенной регенеративной системы, использованной в британских разработках. Эта техника теперь известна как кросс-полосный транспондер. Когда Mark II был представлен в 1941 году во время миссии Тизард, было решено использовать его и потратить время на дальнейшее улучшение их экспериментальной системы. Результатом стал IFF Mark IV. Главное отличие от предыдущих моделей заключалось в том, что он работал на более высоких частотах, около 600 МГц, что позволяло использовать значительно меньшие антенны. Однако, это также оказалось близко к частотам, используемым немецкой радиолокационной станцией Вюрцбург, и возникли опасения, что она может быть активирована этой станцией, а ответы транспондера будут отображаться на ее экране. Это немедленно раскрыло бы рабочие частоты IFF. Это привело к совместным усилиям США и Великобритании по созданию еще более совершенной модели, Mark V, также известной как маяк Организации Объединенных Наций (United Nations Beacon) или UNB. Она перешла на еще более высокие частоты, около 1 ГГц, но оперативные испытания не были завершены к концу войны. К тому времени, когда испытания были завершены в 1948 году, значительно улучшенный Mark X уже начинал тестирование, а разработка Mark V была прекращена.

IFF Mark X

Mark X начал как чисто экспериментальное устройство, работающее на частотах выше 1 ГГц, название отсылает к слову "экспериментальный", а не к "номеру 10". По мере развития было принято решение внедрить систему кодирования, известную как "Селективная идентификационная функция", или SIF. SIF позволял возвращаемому сигналу содержать до 12 импульсов, представляющих четыре восьмеричные цифры по 3 бита каждая. В зависимости от времени подачи запроса, SIF мог реагировать различными способами. Режим 1 указывал тип воздушного судна или его назначение (например, грузовой или бомбардировщик), а режим 2 возвращал бортовой номер. Mark X начал внедряться в начале 1950-х годов. Это происходило в период значительного расширения гражданской авиации, и было решено использовать слегка модифицированные комплекты Mark X и для гражданских самолетов. Эти комплекты включали новый военный режим 3, который был практически идентичен режиму 2, возвращая четырехзначный код, но использовал другой импульс запроса, позволяя самолету определить, поступил ли запрос от военного или гражданского радара. Для гражданских самолетов эта же система была известна как режим A, и поскольку они были идентичны, их обычно называют режимами 3/A. В ходе этого процесса были введены и другие новые режимы. Гражданские режимы B и D были определены, но так и не использовались. Режим C отвечал 12-битным числом, закодированным кодом Гилхэма, которое представляло высоту как (это число) x 100 футов, например, 1200. Радарные системы могут легко определять местоположение самолета в двух измерениях, но измерение высоты – более сложная задача, и, особенно в 1950-х годах, значительно увеличивало стоимость радиолокационной системы. Перенеся эту функцию на IFF, ту же информацию можно было получить с минимальными дополнительными затратами, по сути, добавив цифровой преобразователь к высотометру самолета. Современные допрашивающие устройства обычно отправляют серию запросов в режиме 3/A, а затем в режиме C, позволяя системе объединить идентификацию самолета с его высотой и местоположением, полученными с радара.

IFF Mark XII

Нынешняя система IFF – это Mark XII. Она работает на тех же частотах, что и Mark X, и поддерживает все его военные и гражданские режимы. Долгое время проблемой считалось то, что ответы IFF могли быть вызваны любым правильно сформированным запросом, а эти сигналы представляли собой всего два коротких импульса одной частоты. Это позволяло вражеским передатчикам вызывать ответ, и, используя триангуляцию, враг мог определить местоположение транспондера. Британцы уже использовали эту технику против немцев во время Второй мировой войны, а ВВС США использовали её против самолетов ВPAF во время войны во Вьетнаме. Mark XII отличается от Mark X добавлением нового военного режима 4. Он работает аналогично режиму 3/A: запрошивающий передатчик посылает сигнал, на который отвечает IFF. Однако есть два ключевых отличия. Во-первых, за импульсом запроса следует 12-битный код, аналогичный кодам, передаваемым транспондерами Mark 3. Этот закодированный номер меняется ежедневно. Когда номер принимается и декодируется в бортовом транспондере, применяется дополнительное криптографическое кодирование. Если результат этой операции совпадает со значением, установленным в IFF самолета, транспондер отвечает в режиме 3, как и прежде. Если значения не совпадают, он не отвечает. Это решает проблему ложных ответов транспондера самолета, но не полностью решает проблему определения местоположения самолета с помощью триангуляции. Для решения этой проблемы к ответному сигналу добавляется задержка, которая меняется в зависимости от кода, отправленного запрошивающим. При получении врагом, который не видит импульс запроса (что обычно происходит, поскольку они часто находятся ниже радиолокационного горизонта), это вызывает случайное смещение обратного сигнала с каждым импульсом. Обнаружить самолет среди множества возвратов – сложная задача.

Режим S

В 1980-х годах был добавлен новый гражданский режим, Mode S, который позволил значительно увеличить объем данных, кодируемых в возвращаемом сигнале. Это использовалось для кодирования местоположения самолета, полученного от навигационной системы. Это является базовой частью системы предупреждения столкновений в воздухе (TCAS), которая позволяет коммерческим самолетам определять местоположение других воздушных судов в районе и избегать столкновений с ними без участия наземных операторов. Базовые концепции Mode S затем были адаптированы для военных нужд в виде Mode 5, который представляет собой просто криптографически закодированную версию данных Mode S. Системы IFF времен Второй мировой войны и советские военные системы (1946–1991) использовали кодированные радиолокационные сигналы (называемые Cross Band Interrogation, или CBI) для автоматического включения транспондера самолета, освещенного радаром. Радарная идентификация самолетов также называется вторичным радиолокационным ответчиком как в военной, так и в гражданской сферах, в то время как первичный радиолокатор отражает радиочастотный импульс от самолета для определения его местоположения. Джордж Чарриер, работавший в RCA, подал заявку на патент на такое устройство IFF в 1941 году. Для визуального анализа сигнала IFF оператору требовалось несколько раз настроить радиолокационный приемник, чтобы подавить изображение естественного эхо-сигнала. К 1943 году Дональд Барчок подал патент на радиолокационную систему, используя аббревиатуру IFF в тексте с пояснением в скобках, что указывает на то, что эта аббревиатура стала общепринятой. В 1945 году Эмиль Лабин и Эдвин Тернер подали патенты на радиолокационные системы IFF, в которых исходящий радиолокационный сигнал и ответный сигнал транспондера могли быть независимо запрограммированы с помощью двоичных кодов путем установки наборов переключателей; это позволяло изменять код IFF ежедневно или даже ежечасно.

Системы начала XXI века

Соединенные Штаты и другие страны НАТО начали использовать систему Mark XII в конце двадцатого века; Великобритания до этого не внедряла систему идентификации «свой-чужой» (IFF), совместимую с этим стандартом, но затем разработала программу для создания совместимой системы, известную как SIFF (преемник IFF).

Режимы

Режим 1: только военный; обеспечивает двухзначный восьмеричный (6-битный) "код задания", идентифицирующий тип воздушного судна или характер выполняемой задачи. Режим 2: только военный; обеспечивает четырехзначный восьмеричный (12-битный) код подразделения или бортовой номер. Режим 3/A: военный/гражданский; обеспечивает четырехзначный восьмеричный (12-битный) идентификационный код воздушного судна, назначаемый диспетчером воздушного движения. Обычно именуется как "ответчик". Тем не менее, до 1990-х годов идентификация "свой-чужой" (IFF) не рассматривалась вооруженными силами США как вопрос первостепенной важности, поскольку немногие другие страны обладали подводными лодками. Военно-морские силы также используют базы данных акустических сигнатур для попыток идентификации подводных лодок, но акустические данные могут быть неоднозначными, и ряд стран эксплуатируют подводные лодки схожих классов.