周浩天　王俊文　张庆庆

摘要：S模式的調制信号中包含了丰富的目标状态参数。介绍了S模式询问和应答信号导前脉冲和数据段的调制方式，分析了S模式敌我识别信号调制方式与功率谱密度、信号带宽的关系。仿真生成S模式询问和应答的基带信号，通过短时傅里叶变换分析信号的局部时频特性。敌我识别S模式信号调制特征的分析为对敌我识别信号的截获解译提供了理论支持。

关键词： S模式；敌我识别信号；调制特征

敌我识别（IFF）在现代信息化战争中发挥重要的作用，用于鉴别目标的身份属性，它可以增强作战指挥的准确性和各作战单位之间的协调性，降低误伤概率[1]。S模式是在Mark XII的基础上扩展的一种新的工作模式，S模式使用离散寻址询问数据链路技术，是一种具有监视和数据链通信功能的新型二次雷达，它的主要工作方式就要对每一架飞机都指定一个独一无二地址码，并能自适应询问功率与目标的距离相匹[2][3]。S模式通过数据链将提供给飞机驾驶员请求、接收、交换诸如气象数据、咨询信息、飞行计划填空和许可证交付的信息能力，无须中断标准的空中交通管制通讯[4][5]。S模式信号包含丰富的目标信息，并且在现代战争和民航交通空中管制中都有广泛的应用，因此S模式敌我识别信号可以作为获取目标态势的重要来源。

1 S模式信号样式

1.1 询问信号样式

询问信号的载波频率为1030MHz，以 P1 和 P2为两个 0.8μs的脉冲起始，脉冲间隔2μs。P2脉冲后面紧临一个信息脉冲 P6，P6 为 56 或 112 bit的编码脉冲，脉宽0.5μs，信号总的持续时间为 16.25μs （短） 或者30.25μs （长）。其中，导前脉冲P1和P2脉冲采用PAM调制，数据段P6采用DPSK调制。P6信息编码为：当二进制为1时，进行载频倒相；当二进制为0时则不倒相。P6调制速率为4Mbit/s。

1.2 应答信号样式

应答信号的载波频率为1090MHz，由导前脉冲及56或112bit的数据段组成。导前脉冲共由4个脉冲组成。脉冲宽度为0.5μs，脉冲时序为0、1、3.5、4.5μs。导前脉冲共占8μs 时间，即从第一导前脉冲与数据段的间隔为8μs。导前脉冲用于S 模式应答引导脉冲，数据段是PPM调制。1μs时间间隔对应于信息的一个比特。前0.5μs有脉冲，则信息为“1”，后 0.5μs有脉冲，信息为“0”。数据比特率为1Mbit/s，数据段最后24bit形成一个合并的奇偶位和地址字段。

2 信号的调制特征

2.1 询问信号的调制特征

S模式询问信号导前脉冲采用PAM调制，PAM调制信号的功率谱密度为

PPAM（f）=Ts16[sinπ（f+fc）Tsπ（f+fc）Ts2+sinπ（f-fc）Tsπ（f-fc）Ts2]+116[δ（f+fc）+δ（f-fc）]（1）

其中，Ts为码元速率，fc为载波频率。

PAM调制时信号带宽为码元速率的2倍，询问信号导前脉冲的信号带宽为2.5MHz。

询问信号的数据段采用DPSK调制。DPSK解决了BPSK相干解调时，由于载波恢复中相位有0、π模糊性，导致解调过程出现“反向工作”的问题。DPSK是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息。

DPSK调制信号的功率谱密度为

PDPSK（f）=Ts4[sinπ（f+fc）Tsπ（f+fc）Ts2+sinπ（f-fc）Tsπ（f-fc）Ts2]（2）

其中，Ts为码元速率，fc为载波频率。

DPSK调制时信号带宽为码元速率的2倍，询问信号数据段的信号带宽为8MHz。

根据S模式询问信号的时序仿真询问信号的基带信号。绝对码为1时，数据段相位变化为π。其中，绝对码共56位，1和0交替变化；载波频率10MHz。通过短时傅里叶变换分析基带信号的时频特性，如图1所示。

通过图1可以看出询问信号的导前脉冲和数据段以及由DPSK调制引起的基带信息的变化。由于码元宽度的减小，S模式询问信号的数据段的信号带宽大于导前脉冲的信号带宽。

2.2 应答信号的调制特征

S模式应答信号的导前脉冲采用PAM调制，数据段采用PPM调制。应答的信息包含在数据段内，信息通过PPM进行编码，每个比特位置均持续1μs。

PPM其实就是PAM调制的一种变换形式，这种编码形式抗干扰能力很强，能够抑制干扰会在某个位置上的脉冲或是在邻近的位置上插入一个脉冲。S模式应答信号导前脉冲和数据段的信号带宽均为4MHz。

根据S模式应答信号的时序仿真应答信号的基带信号。其中，数据段56bit，1和0交替变化编码；载波频率10MHz。通过短时傅里叶变换分析基带信号的时频特性，如图2所示。

短时傅立叶变换能够反映信号的局部频谱性，从时频特性方面可以识别出S模式询问信号和应答信号以及不同调制方式的差别。因此时频特性可以作为分析识别敌我识别信号的一种手段。

3 结语

S模式敌我识别信号不仅可以用于识别目标身份，而且是一种达到欧洲核心地区数据链路要求的标准数据链路，得到了广泛的应用。本文介绍了S模式敌我识别的信号特点、信号样式及调制方式，对比分析了不同的调制方式对敌我识别信号的影响。S模式敌我识别信号的调制特征的分析为对其侦测提供一定的理论基础，也为分析其他类型的敌我识别信号提供一定的理论指导。

参考文献：

[1] 周长仁，王桂军.北约敌我识别系统现状及发展趋势[J].现代军事，2011，1：5659.

[2] Datasheet.Mode S Today，US：Web.mit.edu，2000.

[3] Datasheet.Mode S， Europe：Eurocontrol EATM，2000.

[4]张尉.二次雷达原理[M].北京：国防工业出版社，2009.

[5]阚茜.空中交通管制S模式二次雷达信号处理系统研究[D].南京：南京理工大学，2008.

作者简介：周浩天（1988），男，博士，研究方向：通信与信息系统。