一种基于FPGA的IFF信号模拟器实现方法_周利华.pdf

2023年第47卷第4期118器 件 与 应 用器 件 与 应 用arts and ApplicationsP文献引用格式：周利华.一种基于 FPGA 的 IFF 信号模拟器实现方法 J.电声技术，2023，47（4）：118-120.ZHOU L H.An implementation of IFF signal simulator based on FPGAJ.Audio Engineering，2023，47（4）：118-120.中图分类号：TN959.16 文献标识码：A DOI：10.16311/j.audioe.2023.04.034一种基于 FPGA 的 IFF 信号模拟器实现方法周利华（中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088）摘要：在信息化战争背景下，敌我识别（IdentificationFriendorFoe，IFF）技术得到快速发展，对敌方 IFF 系统的有效干扰是保护己方设备安全的重要手段。介绍了一种基于现场可编程逻辑阵列（FiledProgrammableGateArray，FPGA）器件和高速数模转换器（DigitaltoAnalogConverter，DAC）的 IFF 信号模拟器的实现方法，配合 IFF 侦察系统可实现对敌方 IFF系统进行实时、有效的干扰。关键词：敌我识别（IFF）干扰；现场可编程逻辑阵列（FPGA）；数模转换器（DAC）；信号模拟An Implementation of IFF Signal Simulator Based on FPGAZHOULihua(EastChinaresearchinstituteofElectronicEngineering,Hefei230088,China)Abstract:Underthebackgroundofinformationwarfare,IdentificationFriendorFoe(IFF)technologyhasdevelopedrapidly,andeffectiveinterferencewithenemyIFFsystemisanimportantmeanstoprotectthesafetyofourownequipment.AnimplementationmethodofIFFsignalsimulatorbasedonFiledProgrammableGateArray(FPGA)andhigh-speedDigital-to-AnalogConverter(DAC)isintroduced.WiththecooperationofIFFreconnaissancesystem,real-timeandeffectivejammingtoenemyIFFsystemcanberealized.Keywords:IdentificationFriendorFoe(IFF)interference;FiledProgrammableGateArray(FPGA);DigitaltoAnalogConverter(DAC);signalsimulation0 引 言敌 我 识 别（Identification Friend or Foe，IFF）系统是信息化战场上快速、准确识别敌我目标的重要军事手段。现代战争中，武器的破坏力和打击精度都在增强，要想在军事对抗中取得先机，就要依赖对 IFF 技术的深度研究1。IFF 对抗是使用 IFF干扰技术对敌方的 IFF 器件进行电子干扰的行动。IFF 设备分为询问设备和应答设备，针对敌方询问设备的干扰是通过模仿敌方 IFF 应答信号，使敌方询问设备无法辨别出敌我；而针对敌方应答设备的干扰则是模仿敌方 IFF 询问信号，从而使敌方应答设备发出应答信号暴露目标。1 IFF 信号工作模式及信号样式IFF 信号从最初的 MK I 型到如今的 MK XIIA型，随着携带信息量的增加，其信号格式也更加复杂2-4。MK X 询问信号有 6 种模式，分别为模式 1、模式 2、模式 3/A、模式 B、模式 C 以及模式 D，其时序图如图 1 所示。3/5/8/17/21/250.80.80.82P1P3P2图 1 MKX 询问信号时序图各模式询问信号均为 3 个脉冲，P1、P2、P3脉宽均为 0.8 s。其中，P2 为旁瓣抑制控制脉冲。不同模式中，P1、P3 间隔不同，模式 1、模式 2、模作者简介：周利华（1988），女，硕士，工程师，研究方向为微波技术。2023年第47卷第4期119Parts and ApplicationS器 件 与 应 用器 件 与 应 用式 3/A、模式 B、模式 C 以及模式 D 对应的 P1、P3间隔为 3 s、5 s、8 s、17 s、21 s 以及25 s。MK X 应答信号时序图如图 2 所示。F1、F2 为框架脉冲，脉冲间隔为 20.3 s，SPI 是特殊位置识别码脉冲，这 3 个脉冲时序固定为 0 s、20.3 s、24.65 s。信息脉冲包含 A，B，C，D 这 4 类，每一类都包含 3 个信息。两框架脉冲之间的 12 个码可以编成 4 096 个独立的应答码，相邻信息脉冲时间间隔为 1.45 s，脉冲宽度均为0.45 s。备用脉冲 X 恒为低电平。在 F2 脉冲后 4.35 s 位置的为 SPI 脉冲，它用于区分来自两个应答目标的两组相同的应答码。MK XII 询问兼容 MK X，并增加了模式 4。模式 4 询问信号时序如图 3 所示，所有脉冲持续时间为 0.5 s。信号以4个同步脉冲起始，时序为0 s、2 s、4 s 以及 6s。其后为一个询问路径副瓣抑制（Interrogation Path Side Lobe Suppression，ISLS）脉冲，后面紧跟 32 个加密脉冲，询问信号长度为 74 s。MK XII 模式 4 应答信号以询问信号的同步脉冲 P4 为基准，固定延时为 202 s，再加上询问信号中给出的 4 位延时码确定的延时构成应答延时时间。应答码为 3 个脉冲组成的一组码，应答脉冲组的脉冲持续时间为 0.45 s5-6。2 信号模拟器硬件设计IFF 信号模拟器用于产生不同模式的 IFF 信号，在使用时需配合侦察系统一起工作。为保证干扰的时效性，侦察系统侦收到敌方 IFF 信号后，需要能够实时解析出询问信号/应答信号码字、方位、幅度以及模式等信息，并分析出需要产生的干扰信号码字、幅相、干扰发射时间等控制参数。通过上位机将参数输出给该模块，由 IFF 信号模拟器产生两路基带信号，经过数字上变频和数模变换后产生两路射频干扰信号。IFF 信号模拟器系统工作原理如图 5 所示。本设计中 DAC 芯片采用 ADI 公司的 AD9154芯片，该 DAC 芯片可在基带模式下产生高达奈奎斯特频率的多载波，具有针对直接变频传输应用进行优化的特性，包括复数数字调制、输入信号功率检测与增益、相位与失调补偿。基于 AD9154 跨 Nyquist 域的 DAC 是通过将传统 DAC 改为 4 开关 DAC 来实现，通过 4 开关结构 DAC 可实现模拟混频功能。该模式下时钟信号的每半个周期内，混频信号的幅值在正幅值和负幅值之间波动，这样 DAC 混频信号输出频率等于时钟频率 输入数字信号频率，从而实现跨Nyquist 域信号输出。AD9154 输出频谱特性如图 6 所示。0.4520.3F1C1A1C2A2C4A4XB1D1B2D2B4D4F2SPI4.351.45图 2 MKX应答信号时序图60.5428.同步脉冲图 3 模式 4 询问信号时序图202第一个回答脉4N(N=0,1,2,15)冲组的位置接收到P4后固定延时0.451.753.5图 4 模式 4 应答信号时序图2023年第47卷第4期120器 件 与 应 用器 件 与 应 用arts and ApplicationsP归一化频率/Hz基带模式混合模式第一奈奎斯特区第二奈奎斯特区第三奈奎斯特区0-5-10-15-20-25-30-350.250.750.501.001.251.500输出电流/A图 6 AD9154 输出频谱特性图3 测试和验证基于该硬件平台实现的 IFF 信号模拟器通过上位机下发模式指令，即可完成对 IFF 多种模式信号的模拟。以 MK X 信号为例，通过 FPGA 仿真软件仿真出的 IFF MK X 脉冲编码如图 7 所示。图 7 IFFMKX 信号脉冲编码该模拟器产生的信号在暗室环境中经天线辐射输出，经接收系统天线接收后，均能被正确侦收和识别。通过 Matlab 还原的侦收脉冲编码如图 8所示。4 结 语IFF 信号模拟器是在 FPGA 的基础上搭载AD9154 芯片，综合 AD9154 芯片特性，通过软件对IFF 各种模式进行寄存，从而快速实现对多种模式信号的模拟。对于敌我识别常规模式，欺骗干扰能做到高度模仿敌方信号，发挥较大的干扰效能。但对于加密模式，则要先破译出其信号的编码格式和加密方法，这样产生的干扰信号才能被敌方 IFF 系统正确识别并做出回应，从而达到对敌我识别信号加密模式的干扰效果。为了提高对敌方 IFF 设备的干扰时效，需要配合相应的侦察设备实时解析出接收 IFF 信号的码字信息。参考文献：1丁浩.敌我识别系统对抗技术研究 J.航天电子对抗，2012，28（2）：41-44.2裴志诚，单晓文，王玉龙.敌我识别系统及其对抗技术研究 J.通信对抗，2011（4）：52-55.3郑玉，陈跃，梁海军.一种 IFF/TACAN 信号模拟的实现方法 J.电子信息对抗技术，2017，32（4）：68-72.4郭恒.多目标模拟 IFF 信号源：基带信号生成单元系统设计 D.成都：电子科技大学，2014.5白冰，马飞.雷达敌我识别系统干扰方法分析 J.航天电子对抗，2010，26（3）：55-57.6郭慧峰，李青山，甘德云，等.基于旁瓣抑制的雷达敌我识别干扰技术 J.火控雷达技术，2009，38（2）：19-23.编辑：郭芳园综合处理FPGAAD9514光纤基带I、Q码字FTWNCO射频信号调制脉冲信号数字IFF模拟信号AD9514控制参数图 5 IFF 信号模拟器系统工作原理01 0002 000时间/s3 0004 0005 0006 0000100200300400500信号功率/mW600图 8 模式 X 信号脉冲编码