張 杰，梅 林

（國家無線電監(jiān)測中心上海監(jiān)測站，上海 201419）

短波頻段內(nèi)常見的美國軍標(biāo)信號分析

張 杰，梅 林

（國家無線電監(jiān)測中心上海監(jiān)測站，上海 201419）

文章對短波頻段中常見的幾類美國軍標(biāo)信號的通信模式、信號特征和監(jiān)測方法進(jìn)行了研究，以實(shí)際監(jiān)測結(jié)果為例闡述了具體的監(jiān)測方法和解碼手段。

無線通信技術(shù)；無線電監(jiān)測；解碼

1 引言

美國軍標(biāo)信號已發(fā)展成為當(dāng)今世界技術(shù)最先進(jìn)、體系最完備的軍用標(biāo)準(zhǔn)。許多發(fā)達(dá)國家都大幅度地采用了美國軍用標(biāo)準(zhǔn)，一些國際標(biāo)準(zhǔn)草案也以它為藍(lán)本來制定。上海監(jiān)測站在日常監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)短波頻段中的美國軍標(biāo)信號頻繁出現(xiàn)，諸如Link-11 CLEW，MIL-STD 188 110A，STANAG 4285等軍事信號。因此本文針對短波頻段中常見的這幾類美國軍標(biāo)信號的模式及其監(jiān)測方法進(jìn)行闡述。

2 低速戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈LINK-11 CLEW信號

2.1 Link-11 CLEW信號概述

Link-11 CLEW（Conventional Link Eleven Waveform）是20世紀(jì)60年代開始研發(fā)的一種低速戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，并于70年代在美國海軍開始服役。它是一種具有標(biāo)準(zhǔn)信息格式的自動化數(shù)據(jù)鏈，用于岸上基地、潛艇和水上艦艇的作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)之間實(shí)時交換戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)。

利用Link-11 CLEW可完成目標(biāo)監(jiān)視、位置報(bào)告、任務(wù)管理、武器協(xié)同、電子戰(zhàn)情報(bào)和保密等目的，并可在HF頻段上進(jìn)行超視距通信，可用于海軍戰(zhàn)斗群內(nèi)艦艇之間的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)交換。陸基控制中心也使用此類信號增加和擴(kuò)大其監(jiān)視區(qū)域的雷達(dá)覆蓋范圍。但是Link-11 CLEW信號也有自己的缺點(diǎn)，諸如：采用定頻技術(shù)，而不具備抗干擾能力；傳輸速率低，系統(tǒng)容量有限，不具備語音傳輸功能；采用網(wǎng)式體系結(jié)構(gòu)及輪詢呼叫協(xié)定，網(wǎng)絡(luò)中必須設(shè)置一個網(wǎng)控臺，因此一旦遭受打擊將造成整個網(wǎng)絡(luò)崩潰。

日常監(jiān)測過程中，我們主要定位這類信號于韓國、日本。由于地區(qū)與時間的限制，偶爾能監(jiān)測到澳大利亞區(qū)域發(fā)射的這類信號。

2.2 Link-11 CLEW信號主要特征

Link-11 CLEW是一種網(wǎng)狀的半雙工數(shù)據(jù)鏈，使用并行傳輸體制和標(biāo)準(zhǔn)的信息格式，其調(diào)制方式是π/4-DQPSK。因此，Link-11 CLEW也可以看成是一種多載波π/4-DQPSK傳輸系統(tǒng)，這樣可以將發(fā)送的串行數(shù)據(jù)流分散到多個子載波上，降低了各子載波的碼元速率，從而提高了抗衰落和抗多徑的能力。

CLEW中的載波由16個單音（Tone）復(fù)合而成，這16個單音頻率分布在600～3000H z的范圍內(nèi)。通常情況下使用的一組單音為935～2365H z，每兩個相鄰的子載波間隔為110Hz，再加上605H z和2915Hz共16個。其中，605Hz為多普勒音，用來校正因終端設(shè)備的相對運(yùn)動或高頻信道的變化而引起的多普勒頻移，故不會被調(diào)制。從935Hz到2365Hz為14個數(shù)據(jù)載波，這14個數(shù)據(jù)載波包含了所要發(fā)送的信息。而2915Hz為最后一個子載波，同時也是同步音，它的相位有180°的跳變，主要用于接收端完成數(shù)據(jù)同步。

圖1 Link-11 CLEW信號光譜圖

CLEW共有15個數(shù)據(jù)單音。每個單音提供兩個通道（channels），這樣總共提供了30個通道，CLEW的每幀數(shù)據(jù)包含30個比特，這30個比特在30個通道上并行傳輸，傳輸每幀花費(fèi)的時間就成為一個幀傳輸間隔，每個幀傳輸間隔為22m s或者13.33m s。如果每幀的幀間隔為22m s，則傳輸速率為1365b/s，如果幀間隔為13.33m s，則傳輸速率為2250b/s。

2.3 Link-11 CLEW信號電文內(nèi)容

Link-11 CLEW數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)都是利用漢明文的格式進(jìn)行編碼的，由于該模式發(fā)送的是戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈信息，因此利用解碼軟件分析出的內(nèi)容是長度為30位的十六進(jìn)制數(shù)字。以下列舉出：

第一部分：控制站對每個待接收信息的接收站進(jìn)行輪詢

第二部分：控制站向有應(yīng)答的接收站發(fā)送戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)

第三部分：控制站結(jié)束發(fā)送數(shù)據(jù)信息

2.4 Link-11 CLEW信號監(jiān)測方法

將短波接收機(jī)的接收模式調(diào)到上邊帶（USB）接收模式、中頻帶寬設(shè)為3.3kHz以上（保證信號頻譜落在接收帶寬內(nèi)）即可對Link-11 CLEW信號進(jìn)行接收。在對Link-11 CLEW信號的日常監(jiān)測過程中，此類信號由于其組成特性，有時候?yàn)樽笥覍ΨQ、完整型的（解調(diào)方式既可用USB也可用LSB），有時候是只出現(xiàn)左半部分（解調(diào)方式只能用LSB），還有的時候只出現(xiàn)右半部分（解調(diào)方式只能用USB）。

用專門的信號解碼軟件在對Link-11 CLEW信號進(jìn)行解碼的時候，需注意將導(dǎo)頻線安置在該信號的多普勒音位置（即605Hz處），解碼軟件將自動分析出信號內(nèi)容。圖2、圖3分別為Link-11 CLEW信號的解碼窗口以及相位圖（Phase Plane）。

圖2 Link-11 CLEW解碼窗口

圖3 Link-11 CLEW Phase Plane

在日常監(jiān)測過程針對這些頻率進(jìn)行進(jìn)一步的監(jiān)測工作，這類信號的基本特征如表1所示。

表1 Link-11 CLEW信號基本特征

3 MIL-STD 188 110A信號

3.1 MIL-STD 188 110A信號概述

MIL-STD-188-110A標(biāo)準(zhǔn)信號采用了3kH z帶寬，調(diào)制方式為8-PSK，數(shù)據(jù)速率在不加編碼的條件下最高只有4800b/s，目前我國短波調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)大多以該標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)而建立。MIL-STD-188-110A詳情定義了FSK無線電電傳、PSK單音/連續(xù)音、16音差分相移鍵控及39音四相相移鍵控的并行調(diào)制解調(diào)器。110A系列信號主要分為三種模式：MIL-STD 188 110A、MIL-STD 188 110A 16-Tone與MILSTD 188 110A 39-Tone。根據(jù)對日常監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，本文主要介紹MIL-STD-188-110A信號。

MIL-STD 188 110A在短波模式中是一種比較常見的軍標(biāo)信號，該信號模式被美國國防部指定為“軍事標(biāo)準(zhǔn)的互操作性和數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器的性能指標(biāo)”。其主要波形如圖4所示。

圖4 MIL-STD 188 110A信號

圖5 MIL-STD 188 110A 發(fā)射、接收框圖

而用于MIL-STD 188 110A信號發(fā)射、接收的大體框圖如圖5所示。

⊙ 獲得的帶通波形（A cqu ired Passband Waveform）：輸出一個以1800Hz為中心的帶通MIL-STD 188 110A波形。

⊙ 頻率轉(zhuǎn)換器（Frequency Translator and Channel）：將信號降頻轉(zhuǎn)換為復(fù)雜的基帶信號，并通過多種通道進(jìn)行處理。

⊙ 接收機(jī)（Receiver）：執(zhí)行同步和基帶處理，并輸出文本信息。

3.2 MIL-STD 188 110A信號的主要特征

MIL-STD 188 110A在一個頻率為1800Hz的單一載波上采用了八進(jìn)制相移鍵控作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)制技術(shù)。將串行二進(jìn)制信息（原始數(shù)據(jù)）轉(zhuǎn)換成一個單一的8-PSK調(diào)制載波后輸出。而無論用戶的實(shí)際數(shù)據(jù)速率是多少（75～4800b/s），該輸出載波波特率總是2400Bd。而在MIL-STD 188 110A信號中也運(yùn)用到了FEC和交織技術(shù)，這兩類技術(shù)可以抑制由衰落、頻率漂移、多徑效應(yīng)及突發(fā)噪聲等對傳輸過程中產(chǎn)生的不良影響。

表2 MIL-STD 188 110A信號基本特征

在日常監(jiān)測過程中，熟悉MIL-STD 188 110A信號的操作波形特征對于開展該類信號的分析、解碼至關(guān)重要。表3對于MIL-STD 188 110A信號的不同波形進(jìn)行了詳細(xì)的枚舉。

表3 MIL-STD 188 110A信號操作波形特性

在MIL-STD 188 110A信號模式中，F(xiàn)EC編碼功能由一個編碼率為1/2的卷積碼在150b/s和300b/s上重復(fù)編碼完成，如圖6所示。這兩個求和節(jié)點(diǎn)將作為跳頻操作，即對于每個比特輸入到編碼器，須采取兩個比特作為從編碼器的輸出。對于輸入速率為2400b/s，1200b/s，600b/s的輸入編碼產(chǎn)生的輸出速率應(yīng)該分別為4800，2400，1200b/s的編碼輸出。對于300和150b/s數(shù)據(jù)速率的輸入，重復(fù)輸出比特適當(dāng)數(shù)量的次數(shù)生成一個1200b/s的編碼比特流。在速率為75b/s時，使用不同的發(fā)送格式以及有效編碼率的1/2以產(chǎn)生一個150b/s的編碼流。

圖6 FEC編碼流程圖

3.3 MIL-STD 188 110A信號監(jiān)測方法

將短波接收機(jī)的接收模式調(diào)到上邊帶（USB）或下邊帶（LSB）接收模式、中頻帶寬設(shè)為3.3kH z以上（保證信號頻譜落在接收帶寬內(nèi)）即可對MILSTD 188 110A信號接收。一般而言MIL-STD 188 110A信號的用戶數(shù)據(jù)是以二進(jìn)制模式，因此上層協(xié)議需要進(jìn)一步處理這個數(shù)據(jù)流?；谶@個原因，在MIL-STD 188 110A信號的解碼過程中，需手動選擇信號的文本輸出類型：二進(jìn)制、十六進(jìn)制、ASCII同步、ASCII異步，如圖7所示。

圖7 MIL-STD 188 110A信號解碼圖

在ASCII異步模式中，比特流是作為一種ASCII異步結(jié)構(gòu)來傳輸?shù)?。在傳輸每個數(shù)據(jù)字符之前，先發(fā)送一個叫開始位的二進(jìn)制位，當(dāng)接收端接收到這一信號時，就知道相繼送來的7位二進(jìn)制位是一個字符數(shù)據(jù)，在此之后，再給出1位或2位二進(jìn)制位，稱為結(jié)束位。在解碼軟件中，當(dāng)接收超過3個空字符或者數(shù)據(jù)違反異步數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)則8次以上，停止解碼。

圖8 MIL-STD 188 110A Phase Plane圖

而在ASCII同步模式中，每8位表示一個字符；在十六進(jìn)制模式中，解碼得出的即為數(shù)據(jù)本身。

現(xiàn)在主流的解碼軟件諸如Go2Signal，WAVECOME公司開發(fā)的W系列解碼軟件等都可以對MIL-STD 188 110A信號進(jìn)行解碼。解碼過程中，解碼器的中心頻率應(yīng)該設(shè)置到1800Hz，在這幾款解碼器中，微小的頻率量是可以自動補(bǔ)償?shù)?，圖8中比較直觀地展示了MIL-STD 188 110A相位圖。

具體解碼內(nèi)容如下所示（用戶數(shù)據(jù)傳輸速率為1200b/s、短交織方式）

4 STANAG-4285信號

4.1 STANAG-4285信號特征

STANAG 4285信號主要有多個子模式（75b/s～2400b/s）和兩個不同的交織方式（短交織和長交織）構(gòu)成，為北約軍隊(duì)使用的高頻通信標(biāo)準(zhǔn)。這種信號的中心頻率被設(shè)置成固定的1800Hz且不能改變，平坦的頻率響應(yīng)主要從600Hz到3000Hz。解碼器有兩個主要的操作模式“時隙模式”、“消息模式”。在時隙模式中解碼器每0.1067秒識別一個STANAG，而在消息模式中，同時識別整條STANAG消息（多個時隙）。

表4 STANAG 4285信號基本特征

而用戶數(shù)據(jù)以連續(xù)幀結(jié)構(gòu)的方式被發(fā)送出去，每一幀都以一個包含80個字符時長為33.33m s的前導(dǎo)序列開始。

圖9 STANAG-4285波形結(jié)構(gòu)

在圖9中可以發(fā)現(xiàn)STANAG 4285信號波形如下特點(diǎn)：波形傳輸格式包括前導(dǎo)訓(xùn)練序列及其后的兩個或者更多的數(shù)據(jù)區(qū)，每一個數(shù)據(jù)區(qū)后面是一個訓(xùn)練序列，前導(dǎo)序列后面緊跟著數(shù)據(jù)字段，其中包含了戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)（Combat Data System）編譯碼設(shè)備所用到的信息。如果一個參與單元有數(shù)據(jù)要傳輸，連續(xù)的數(shù)據(jù)區(qū)中間穿插著訓(xùn)練序列。最后一塊數(shù)據(jù)字段是標(biāo)志報(bào)文結(jié)束的結(jié)束字段（EOM），整個傳輸以一個重新插入的訓(xùn)練序列結(jié)束。

同時，STANAG 4285信號的波形使用了一個1800Hz 的PSK載波以及與MIL 118-110A一樣的2400b/s符號率。這種信號的波形并沒有自適應(yīng)能力，而且在數(shù)據(jù)開始傳輸之前，該信號的發(fā)射器和接收器必須設(shè)置為相同的數(shù)據(jù)傳輸率和相同的交織模式。

表5 STANAG 4285信號操作波形特征

該信號模式使用了M-PSK調(diào)制方式以及差異化的前向糾錯（FEC）編碼速率，用戶輸入的串行二進(jìn)制信息（原始數(shù)據(jù)）可以在不同的用戶速率下進(jìn)行發(fā)送，詳細(xì)如表5所示。

4.2 STANAG-4285信號監(jiān)測方法

該類信號同樣使用短波接收機(jī)（G33DDC）上邊帶（USB）接受模式進(jìn)行監(jiān)測與錄音。中頻帶寬設(shè)為3.3kHz以上（保證信號頻譜落在接收帶寬內(nèi)），以獲得完整的信號。其余解碼操作與MIL-STD 188-110A信號相似，不予贅述。圖10、11分別為該信號的識別過程、解碼過程（相位圖）。

圖10 STANAG 4285信號識別

圖11 STANAG 4285信號解碼

STANAG-4285信號解碼內(nèi)容如圖12所示（1200 b/s, Short, S5066 SYNC 8Bit）。

圖12 STANAG-4285信號解碼內(nèi)容

5 結(jié)束語

本文對短波頻段內(nèi)常見的三類美國軍標(biāo)信號進(jìn)行了介紹，詳細(xì)闡述了其信號特征及監(jiān)測方法，以期能夠給無線電監(jiān)測工作的同行一些啟發(fā)?！?/p>

[1] Technical Handbook for Radio Monitoring HF, Books on Demand GmbH, 2009.

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[3] W-Code Manual V8.5.1, WAVECOMELEKTRONIK AG, 2014

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Analysis for Comm on US Military Standard Signals in Shortwave Band

Zhang Jie, Mei Lin
(The State Radio Monitoring Centre Shanghai Station, Shanghai, 201419)

This paper analyzes the principles, applications, signal character and monitoring methodology of several US m ilitary standard signals in shortwave band. In order to give colleagues some inspiration and help, it describes the monitoring and decoding methods by using actual results.

W ireless communication technology; radio monitoring; Decoding

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.04.017

TN 92，TN 98

A

1672-7274（2017）04-0055-06

張 杰，男，本科，助理工程師，現(xiàn)任職于國家無線電監(jiān)測中心上海監(jiān)測站。

梅 林，男，碩士研究生，助理工程師，現(xiàn)任職于國家無線電監(jiān)測中心上海監(jiān)測站。