IFF Mark X

IFF Mark X var NATOs standard militära identifieringsvän eller fiende transpondersystem från början av 1950-talet tills det långsamt ersattes av IFF Mark XII på 1970-talet. Den antogs också av ICAO , med vissa modifieringar, som transponder för civil flygledningsledning (ATC) sekundär radar (SSR). X:et i namnet betyder inte "tionde", utan "experimentellt". Senare IFF-modeller agerade som om det var den tionde i serien och använde efterföljande nummer.

Under större delen av andra världskriget var standard IFF-systemet som användes av de allierade flygvapnen IFF Mark III . Mark III svarade på samma frekvens som triggersignalen och returnerade ett valt pulsmönster. Ursprungligen var Mark X helt enkelt en version av Mark III som fungerade på en högre frekvens, vilket har flera praktiska fördelar. Tre returmönster, eller lägen, var tillgängliga. När den introducerades tillät den nya selektiva identifieringsfunktionen , eller SIF , svarssignalen att modifieras med bitkodning, vilket gav möjligheten för varje flygplan att producera ett unikt svar med oktala siffror. Detta hanterades från början genom en separat låda som kopplades till originalet Mark X. Under en kort tid 1957 var detta känt som IFF Mark XI innan det blev IFF Mark X (SIF) .

När den civila flygmarknaden växte på 1950-talet valdes Mark X som standardtranspondersystem som Air Traffic Control Radar Beacon System, eller ATCRBS . För denna roll introducerades en ny serie med fyra lägen, A till D. A är i huvudsak identisk med läge 3, och dessa kallas nu läge 3/A. Läge C svarar med en fyrsiffrig kod som kodar tryckhöjden i steg om 100 fot (30 m). Genom att kombinera information från en radar med läge A och C-svar kan ATC-systemet bygga en komplett bild av luftrummet utan behov av höjdmätare eller 3D-radar . Att använda Mark X för den civila rollen gjorde det också möjligt för befintliga militära användare att dirigeras inom det civila nätverket, samt att civila flygplan kunde använda en befintlig och väl testad transponderdesign.

Mark X behöll ett nyckelproblem som fanns i alla IFF-system hittills; flygplanets transponder skulle svara på alla frågesignaler på rätt frekvens utan att kunna säga om det var en vänlig sändare. Detta tillåter en fiendestyrka att fråga transpondrarna och använda triangulering för att bestämma deras plats, eller helt enkelt räkna svaren för att leta efter ökad aktivitet. Militära användare hade länge önskat ett system som kodade både förhöret och svaret, vilket gjorde att transpondrarna kunde ignorera signaler från förhörsledare som inte presenterade rätt kod. Detta ledde till utvecklingen av IFF Mark XII och dess tillhörande Mode 4 som började användas 1970.

Historia

Mark III

Huvudartikel: IFF Mark III

Det första IFF-systemet som såg utbredd multinationell användning var brittiska IFF Mark III , som dök upp i början av 1942 med Royal Air Force och sedan användes under resten av kriget av USA och Kanada också. Detta var ett enkelt system som lyssnade efter sändningar på ett smalt band av frekvenser, förstärkte den inkommande signalen med hjälp av en regenerativ mottagare och återsände resultatet. Den regenerativa designen var extremt enkel och bestod ofta av ett enda vakuumrör . Markstationen använde en "interrogator" för att skicka ut pulser synkront med en radarenhet , och blandade den mottagna signalen i den från radarn för att producera en enhetlig display. På de flesta radarskärmar skulle IFF-signalen förlänga "blip" eller orsaka att ytterligare blips dyker upp.

Mark III hade den allvarliga begränsningen att den skulle svara på signaler från alla sändningar i 176 MHz-området. Man fruktade länge att tyskarna skulle skicka ut sina egna förhörspulser för att utlösa IFF och sedan använda en radioriktningssökare för att lokalisera flygplanet. Britterna gjorde detta mot tyska nattjaktare med hjälp av ett system känt som Perfectos , vilket tvingade tyskarna att stänga av sina IFFs och orsakade många vänliga brandincidenter. Det verkade logiskt att tyskarna skulle ge tillbaka tjänsten, men så var sällan fallet; medan markbaserade radiospaningsenheter var kända för att spåra brittiska flygplan av deras IFF ibland, mildrades deras framgång avsevärt genom att stänga av IFF-transpondern när de var över fiendens luftrum. Tyskarna kunde inte göra detsamma, eftersom de nästan alltid flög över sitt eget luftrum.

Ett mer praktiskt bekymmer var att IFF-signalerna var i mitten av befintliga VHF- radarband; att flytta till en ny frekvens skulle bidra till att minska potentiella störningar. Att flytta till en högre frekvens skulle ha den extra fördelen att tillåta användning av mindre antenner. Ett annat problem med Mark III var att transpondern svarade på samma frekvens som förfrågningspulsen, så andra IFF:er kan höra svarssignalen och utlösa sin egen, vilket resulterar i kaskad av svar. Detta var särskilt problematiskt nära flygplatser, där flygplan samlades och kunde höra varandras signaler. Att använda separata sändnings- och mottagningsfrekvenser skulle lösa detta, men den regenerativa designen fungerade genom att mata tillbaka en mottagen signal, så den kunde inte enkelt anpassas för att svara på en annan frekvens.

USA:s ansträngningar, Mark IV

US Naval Research Laboratory (NRL) hade också övervägt IFF-konceptet och hade kommit på ett koncept som liknar Mark III genom att det använde sin egen privata frekvens för förhör, 470 MHz. Till skillnad från de brittiska designerna var svarssignalen på en separat frekvens, 493,5 MHz. Detta undviker att en IFF triggar en annan, men till priset av ett komplett separat sändarsystem. När USA och britterna bildade den gemensamma kombinerade forskningsgruppen vid NRL, fick detta system namnet Mark IV.

En komplikation var att svarsfrekvensen var tillräckligt nära 600 MHz-frekvensen för de tyska Würzburg-radarerna för att det fanns oro för att dessa radars pulser skulle kunna trigga transpondern, vilket gjorde att en ny blip dyker upp på Würzburgs radarskärm och därmed omedelbart avslöja deras funktionsduglighet. frekvens. Med brittiska system redan i utbredd användning togs beslutet att adoptera Mark II och Mark III för amerikanska flygplan.

1942 började Combined Research Group utvecklingen av ett nytt system baserat på det grundläggande Mark IV-mönstret men med en ytterligare ökning av operationsfrekvensen till 1,03 GHz för förfrågningen och 1,09 GHz för svaren. Detta Mark V skulle vara grunden för IFF världen över under efterkrigstiden, och var därför också känd som United Nations Beacon, eller UNB. UNB-adaptrar för befintliga Mark III-set producerades och sågservice med de amerikanska styrkorna, men antogs inte någon annanstans. Storbritannien drog sig ur programmet i oktober 1945, och trodde att ett annat krig var minst tio år borta. USA använde endast UNB under en kort tid eftersom ett nytt experimentellt koncept, känt som Mark X, höll på att mogna snabbt.

Mark X

Den största skillnaden mellan Mark X och tidigare IFF-system var användningen av två pulser i förhöret snarare än en. En enda puls hade använts tidigare eftersom den ursprungliga förfrågningssignalen var radarstrålen som svepte förbi flygplanet, och dessa var enstaka energipulser. Med IFF-systemen som nu arbetade på helt andra frekvenser behövdes detta inte längre, och för Mark X användes ett system med två pulser.

Det fanns två fördelar med detta system. Den första var att en fiendeförhörsledare skulle behöva matcha både frekvensen och timingen för pulserna för att utlösa ett svar. Detta erbjöd en liten extra säkerhet. Mycket viktigare var dock att genom att variera timingen av pulserna kunde olika svar utlösas i den luftburna transpondern. Den ursprungliga designen hade tre sådana "moder", Mode 1 triggades av förfrågaren genom att skicka de två pulserna 3 µs från varandra (±0,2 µs), Mode 2 var 5 µs och Mode 3 var 8 µs.

Svaret på dessa förhör förblev enkelt; en lyckad förhör på läge 1 eller 3 gjorde att en enda puls skickades som svar, mycket kort efter att förhöret tagits emot. Eftersom denna kom tillbaka till radarstationen efter att den ursprungliga radarpulsen återvänt, gjorde denna signal att en andra blip uppträdde på radarskärmen på något längre avstånd. Mode 2 var liknande, men returnerade två pulser från flygplan och en enda försenad puls från fartyg.

Flygplanets transponder hade en omkopplare som ställde in vilket läge den lyssnade på och svarade bara på förfrågningar för det läget. I praktiken användes lägena för att identifiera enskilda flygplan. Vid användning i Storbritannien, till exempel, skulle de flesta flygplan ställa sin transponder till läge 1, vilket skulle ge grundläggande IFF-indikation på deras "blip" på radarskärmen. Flygledaren skulle istället välja läge 3 och därigenom tillåta markoperatören att sortera ut hela formationen från det enskilda flygplanet inom. Slutligen valdes läge 2 på begäran för att låta operatören identifiera ett specifikt flygplan.

Förutom de grundläggande lägena inkluderade systemet även en nödfunktion som valdes av flygplanet. När det var påslaget returnerade flygplanet alltid fyra pulser som svar på en förfrågan, oavsett vilket läge markstationen valde.

Trots att de hade dragit sig ur UNB höll Storbritannien kontakten med sina amerikanska motsvarigheter och antog officiellt Mark X i oktober 1949, följt av kanadensarna nästa år. RAF-representanter bjöds in att närvara vid testningen i slutet av 1951, då de redan hade kontrakterat Ferranti för att utveckla utrustning som fungerade på både Mark III och Mark X. På grund av förseningar på båda sidor om Atlanten dröjde det inte förrän i början av 1960-talet att Mark X-stödet verkligen var universellt.

SIF

Allierade system hade börjat som transpondrar som helt enkelt reflekterade den ursprungliga radarpulsen och inte kunde koda någon form av anpassat svarsmeddelande. USA hade studerat kodning av mer data i retursignalen under kriget, men i slutändan ansåg det att det var viktigare att få ett nytt system i bruk så snabbt som möjligt än att förbättra dess kapacitet, så den ursprungliga Mark X skilde sig bara på enkla sätt från Mark III .

Medan utvecklingen av den grundläggande Mark X fortfarande pågick, började utvecklingen också på den nya selektiva identifieringsfunktionen, eller SIF. Detta system implementerades initialt som en separat box som kopplades in i Mark X och modifierade dess retursignaler. Istället för två pulser returnerade SIF-enheten ett "pulståg" som innehöll flera pulser mellan start- och stopp-"framing"-pulser. Varje puls var 0,45 µs lång och 1,45 µs från varandra, och tåget som helhet var 20,3 mikrosekunder långt. Varje grupp om tre pulser används för att koda en oktal siffra, 0 till 7. I läge 1 och 3 används två uppsättningar av tre pulser, medan läge 2 använde alla fyra uppsättningar av pulser i tåget.

För att hjälpa till att identifiera enskilda flygplan, skulle markoperatörer säga till flygplanet att ställa in sin IFF till ett visst läge och sedan välja en tvåsiffrig kod på SIF-rutan. I läge 3 var alla 64 svar (00 till 77) möjliga, men i läge 1 var den andra siffran endast 0 till 3, totalt 32 koder. Nödläge fanns kvar, men fungerade bara när det förhördes av läge 1 från markstationen. För att indikera en nödsituation i läge 3 slog användaren istället in kod 77. För att säkerställa att nödkoden skulle tas upp av de flesta förhörsledare skulle operatören ställa in IFF på nödläge och slå 77, och därmed svara med samma uppsättning pulser på både läge 1 och 3.

Det längre svaret i läge 2 användes enbart av militära användare, vilket gjorde att de kunde identifiera enskilda flygplan. De fyra siffrorna gav totalt 4096 möjliga koder, även om 7700 användes för nödsituationer, vilket gav samma nödberedskap som ovan.

ATCRBS

Huvudartikel: flygledningsradarfyrsystem

1953 släpptes Mark X-frekvenserna och SIF-kodningssystem för civilt bruk över hela världen. 1956 valde ICAO Mark X som grund för den globala civila luftfarten. Att välja det befintliga systemet hade fördelen av att tillåta användning av väl beprövad utrustning samt tillåta befintliga militära transpondrar att fungera inom det större civila nätverket.

Även om det fanns en viss användning av Mark X i denna roll, särskilt i Europa, var det inte utbrett. I USA arbetade Federal Aviation Administration på ett system med 3D-radar och ett datoriserat flyginformationssystem som de trodde skulle revolutionera branschen. Utvecklingen var fortfarande långt ifrån avslutad när den 16 december 1960 New York-luftkrocken inträffade, där en United Airlines DC-8 överskred sitt tilldelade hållmönster och kolliderade med en Trans World Airlines Super Constellation . Även om olyckan i slutändan var DC-8-besättningens fel, var bland de bidragande faktorerna att flygledarna inte kunde identifiera flygplanet positivt.

I efterdyningarna av olyckan utsattes FAA för stor kritik från både regeringen och de civila flygbolagen. Den 8 mars 1961 president Kennedy Project Beacon för att ta itu med dessa problem. FAA:s forsknings- och utvecklingsbyrå fortsatte att trycka på för utvecklingen av sina nya system, men flygledarna sa till FAA att överge sin 3D-radar och istället tryckte på för modifieringar av befintliga system och transpondrar. Slutrapporten kom överens med kontrollanterna, istället för nya system skulle transpondrarna uppgraderas för att ge denna information. Dessa skulle vara kända som Air Traffic Control Radar Beacon System, eller ATCRBS.

ATCRBS introducerade flera civila lägen, A till D. Läge A förblev identisk med det ursprungliga läge 3, med undantaget att civila flygplan skulle förses med rattar för att tillåta alla fyra siffrorna att användas istället för bara de två första. Dessutom återställde det nya Mode C flygplanets höjd, vilket eliminerade behovet av en separat höjdsökarradar eller 3D-radar. Nu skulle ett enda svep av radarn lokalisera flygplanet genom dess direkta reflektion, identifiera det genom dess läge A-svar och återvända dess höjd genom läge C, och visa all denna information kontinuerligt.

En transponder för lätt flygplan, med rattar för att ställa in alla fyra siffrorna i Mode 3/A-svaret.

Systemet liknar annars SIF, med samma pulstågssvarsformat och oktal kodning. I läge A är den enda skillnaden från läge 3 att alla fyra siffrorna skickas, på samma sätt som militärläge 2. Att använda en sådan kod betyder att den inte skulle ses i militära markstationer som endast stöder det äldre läge 3, och för detta skäl slutar Mode A-koder i allmänhet med "00". Till exempel är standardkoden för att identifiera ett flygplan som flyger under visuella flygregler i Nordamerika 1200, medan nödkoden är, som med militärkoderna, 7700.

Militära radarer måste bestämma både platsen och höjden för ett fientligt flygplan. En mängd olika metoder användes för att göra detta, ofta med hjälp av flera ytterligare full effekt höjdsökningsradar dedikerade för detta ändamål, eller med 3D-radar av viss komplexitet. Detta var inte lämpligt för civilt bruk, men att bestämma höjden var fortfarande värdefull för korrekt avstånd från flygledningen . För att fylla detta behov lade ATCRVS till Mode C, som använder samma fyrsiffriga format, men använder siffrorna för att koda höjden istället för en identifierare. Genom att alternera sina frågor mellan läge A och C, och lagra värdena mellan mottagningar, kan en radarplats använda radarns egen reflektion för att lokalisera flygplanet i rymden, läge A-svar för att identifiera det och läge C för att bestämma höjden.

I motsats till militära användare kan civila användare bli ombedda att skapa en fullständig fyrsiffrig kod för läge A-svar. För okontrollerade flygplan använder koder i allmänhet endast de två första siffrorna så att de även kan läsas på äldre militär markutrustning. Till exempel är standardkoden för att identifiera ett flygplan som flyger under visuella flygregler i Nordamerika 1200, medan nödsituation är, som med militärkoderna, 7700. Mode B och D förblir oanvända.

Mark XII

Huvudartikel: IFF Mark XII

I militären hade Mark X den betydande nackdelen att den fortsatte att svara på alla förhörsledare, vilket gjorde att den kunde användas av fiendens styrkor för att triangulera flygplan. Detta användes av Nordvietnam för att spåra amerikanska flygplansrörelser. När detta märktes blev piloter tillsagda att stänga av sin IFF när de var över fiendens territorium, vilket ledde till restriktioner för trafikkontroll över fiendens luftrum.

Redan 1960 påbörjades en del utvecklingsarbete i USA på ett kodningssystem som skulle fungera inom det befintliga IFF-nätverket. Detta blev IFF Mark XII, som lade till kryptografiska nycklar till förhörs- och svarskoderna. Nu kunde en luftburen transponder kontrollera om förhörspulsen kom från en giltig vänlig källa, och ignorera alla som inte presenterade rätt kod. Dessutom har svarsformaten ändrats så att mer information kan returneras. Mark XII började introduceras av USA i början av 1970-talet och ersatte gradvis Mark X. Utanför USA, där pågående luftkrig mot en sofistikerad fiende inte pågick, var antagandet av Mark XII inte alls lika snabbt eller utbrett.

Ett annat problem med Mark X, och dess ersättning Mark XII, är att den kan störas genom att sända på de kända svarsfrekvenserna. Arbetet med ett spridningsspektrum IFF Mark XV startade i USA, men avbröts 1990 på grund av stigande kostnader för de uppskattade 17 000 enheter som krävs.

Läge S

Huvudartikel: IFF Mode S

När trafiknivåerna ökade ytterligare i mycket trafikerade luftrum kunde till och med korrekta förhör utlösa så många svar att det inte fanns något sätt att avgöra vilket svar som kom från vilket flygplan. Detta ledde till introduktionen av IFF Mode S. I Mode S har varje flygplan sin egen unika 24-bitars kod som det svarar med när det frågas med rätt frågesignal. Detta gör det möjligt för markstationen att periodvis skicka ut en signal som liknar Mode 3/A, men ta emot unika koder för varje flygplan. Från och med då kan förhörsledaren skicka ut positions- och höjdanrop med specifika koder och därigenom få endast det valda flygplanet att svara. Mode S lägger också till en rad långa svarsformat som gör att textmeddelanden och annan information kan skickas.

Beskrivning

Förhörsformat

Förfrågningssignalen, ibland känd som upplänksformatet, består av två 0,8 µs långa pulser på 1030 MHz. Tiden mellan pulserna definierar vilket läge som efterfrågas. Mod 1 hade två pulser med 3 µs mellanrum (±0,2 µs), Mod 2 var 5 µs och Mod 3 var 8 µs. De civila B, C och D var 17, 21 och 25 µs från varandra. Mode S lägger till en P4-puls efter P1 och P3.

Markbaserade förhörsledare cyklar normalt genom de olika lägena för att samla in fullständig information, detta är känt som sammanflätningsmönstret. För civila platser är mönstret normalt A,C,A,C... För militära användare är mönstret typiskt 1,3/A,C,2,3/A,C... men vissa använder 1,2, 3/A,C,1,2,...

Svarsformat

I det ursprungliga pre-SIF-systemet är svaret på en korrekt mottagen förfrågningspuls normalt antingen en puls i läge 1 och 2, eller två pulser i läge 2. Att slå på nödläge gav fyra pulser i alla lägen.

Svarsformat för läge A och C.

För SIF-utrustade system är svaret på en korrekt mottagen frågepuls en kedja av 0,45 µs (±0,1 µs) långa pulser med 1,45 µs mellanrum inramade av start- och stopppulser. Pulserna är märkta F1 och F2 för start och stopp, och A1, B1, C1, A2, B2... för svarspulserna. Svaren är sammanflätade, C1, A1, C2,...A4 följt av B1, D1... för totalt 12 möjliga pulser i fyra oktala siffror, A, B, C och D. Ett enda extra "X" pulsen i mitten lämnas oanvänd, så det totala paketet med inramning är 20,2 µs långt.

Ursprungligen togs timeout för pulserna genom användning av fördröjningslinjer . Den initiala specifikationen hade varit för 3 µs mellan pulser i en given siffra, eller 1,5 µs mellan de interfolierade pulserna av A/C eller B/D. När de första provfördröjningslinjerna anlände var de defekta och fördröjde endast 2,9 µs, vilket resulterade i 1,45 µs timing mellan pulserna.

Militärläge 1 sänder två siffror, A och B, och lämnar resten av de möjliga pulserna tomma. Endast en delmängd av möjliga kombinationer är möjliga, med hela 0 till 7 för den första siffran men endast 0 till 3 för den andra, vilket tillåter 32 koder mellan 00 och 73. Detta kallas ibland för "uppdragssignalen" och ställs in av flygledare före flygning. I läge 2 och 3 är alla 4096 möjliga 4-siffriga koder från 0000 till 7777 tillåtna.

För läge 3/A ställs värdet på var och en av siffrorna, 0 till 7, in med omkopplare på frontpanelen. För civilt bruk är detta en kod som tillhandahålls av ATC-kontrollanterna. De flesta allmänna flygplan i Nordamerika är tillsagda att "squawk 1200", vilket betyder att de ska ställa sin transponder på 1200, medan i resten av världen används 7000 för samma ändamål. Tre specialkoder används också, 7500 betyder att flygplanet kapas, 7600 betyder att deras röstradio inte fungerar och 7700 är en allmän nödsituation.

För läge C kodas höjden med Gillham-kod , med 11 bitar. Den lägsta möjliga koden är 000000000001, vilket representerar en höjd av -1200 fot. Varje 100 fot extra höjd över -1200 lägger till 1 till totalen, så till exempel är 000000110100 1200 fot.

SIF lägger också till en enda extra valfri puls, Special Purpose Identification eller SPI, som skickas 4,35 µs efter F2. SPI utlöses manuellt av transponderoperatören för att identifiera ett enstaka flygplan genom att trycka på en knapp. SPI fortsätter att sändas i 18 sekunder. Enligt ICAO:s regler bör SPI endast läggas till i läge 3/A.

Anteckningar

Citat

Bibliografi

Hämtad från " https://sv.wikipedia.org/w/index.php?title=IFF_Mark_X&oldid=1091163411 "