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IFF Mark Xは1950年代初頭からNATO標準の敵味方識別 トランスポンダーシステムであり、1970年代に徐々にIFF Mark XIIに置き換えられていった。また、ICAOにも若干の修正を加えて民間航空交通管制（ATC）二次レーダー（SSR）トランスポンダーとして採用された。名前のXは「10番目」ではなく「実験的」を意味する。[1]後のIFFモデルはシリーズの10番目であるかのように動作し、その後の番号が使用された。
第二次世界大戦のほとんどの間、連合国空軍が使用した標準的なIFFシステムは、IFF Mark IIIでした。Mark IIIはトリガー信号と同じ周波数で応答し、選択されたパルスパターンを返しました。もともと、Mark Xは、より高い周波数で動作するMark IIIのバージョンにすぎず、いくつかの実用的な利点がありました。3つの返信パターン、つまりモードが利用可能でした。導入された新しい選択識別機能、つまりSIFにより、応答信号をビットエンコーディングで変更できるようになり、各航空機が8進数を使用して独自の応答を生成できるようになりました。これは当初、オリジナルのMark Xに接続された別のボックスで処理されました。1957年の短期間、これはIFF Mark XIとして知られていましたが、その後IFF Mark X (SIF)になりました。
1950 年代に民間航空市場が成長すると、Mark X が航空交通管制レーダービーコンシステム( ATCRBS)の標準トランスポンダーシステムとして選ばれました。この役割のために、A から D までの 4 つの新しいモードが導入されました。A は基本的にモード 3 と同じで、現在はモード 3/A と呼ばれています。モード C は、圧力高度を100 フィート (30 メートル) 刻みでエンコードした 4 桁のコードで応答します。レーダーからの情報とモード A および C の応答を組み合わせることで、ATC システムは高度計や3D レーダーを必要とせずに空域の全体像を構築できます。Mark X を民間用途に使用すると、既存の軍事ユーザーを民間ネットワーク内でルーティングできるようになり、民間航空機で既存の十分にテストされたトランスポンダー設計を使用することもできます。
Mark X には、これまでのすべての IFF システムに存在していた重要な問題が残っていました。航空機のトランスポンダーは、適切な周波数の質問信号に応答しますが、それが友軍の送信機であるかどうかはわかりません。これにより、敵軍はトランスポンダーに問い合わせて三角測量を使用して位置を特定したり、応答を数えて活動の増加を探したりできます。軍事ユーザーは長い間、質問と応答の両方をエンコードし、トランスポンダーが適切なコードを提示しない質問者からの信号を無視できるようにするシステムを望んでいました。これが、1970 年に配備が開始された IFF Mark XII とそれに関連するモード 4 の開発につながりました。
歴史
マークIII
多国籍で広く使用された最初のIFFシステムは、イギリスのIFF Mark IIIで、1942年初頭にイギリス空軍で登場し、その後戦争の残りの期間、米国とカナダでも使用されました。[1]これは、狭い周波数帯域で放送を聴取し、再生受信機を使用して受信信号を増幅し、その結果を再放送する単純なシステムでした。[2]再生設計は極めて単純で、多くの場合、単一の真空管で構成されていました。地上局は「インタロゲーター」を使用してレーダーユニットと同期してパルスを送信し、受信した信号をレーダーからの信号と混合して、統一された表示を作成しました。ほとんどのレーダー表示では、IFF信号により「ブリップ」が長くなったり、追加のブリップが表示されたりしました。[3]
Mark III には、176 MHz 帯のあらゆる放送信号に反応するという重大な制限があった。ドイツ軍が独自の尋問パルスを発信して IFF を起動し、無線方向探知機を使って航空機の位置を特定するのではないかと長い間懸念されていた。イギリス軍は、 Perfectosと呼ばれるシステムを使用してドイツの夜間戦闘機にこれを実行し、[4]ドイツ軍に IFF をオフにさせ、多くの友軍誤射事件を引き起こした。ドイツ軍が恩返しをするのは理にかなっているように思われたが、実際にはめったになかった。地上の無線偵察部隊が IFF でイギリス軍航空機を追跡することはあったが、[5]敵空域上空では IFF トランスポンダーをオフにすることで、その成功率が大幅に低下した。[6]ドイツ軍は、ほとんど常に自国空域を飛行していたため、同じことをすることができなかった。[7]
より現実的な懸念は、IFF信号が既存のVHFレーダー帯域の真ん中にあることであった。新しい周波数に移動すれば、潜在的な干渉を減らすのに役立つだろう。より高い周波数に移動すれば、より小さなアンテナを使用できるという利点もある。Mark IIIのもう1つの問題は、トランスポンダーが質問パルスと同じ周波数で応答するため、他のIFFが応答信号を聞いて独自の信号をトリガーし、応答が連鎖的に発生する可能性があることである。これは、航空機が密集して互いの信号を聞くことができる空港の近くで特に問題であった。送信周波数と受信周波数を別々にすればこの問題を解決できるが、再生設計は受信信号をフィードバックすることで機能するため、異なる周波数で応答するように簡単に適応させることはできなかった。[8]
米国の取り組み、マークIV
米海軍研究所(NRL) も IFF のコンセプトを検討しており、Mark III に似たコンセプトを考案していた。これは、独自のプライベート周波数 (470 MHz) を尋問に使うというものだった。英国の設計とは異なり、応答信号は別の周波数 (493.5 MHz) だった。これにより、1 つの IFF が別の IFF をトリガーすることは避けられたが、完全に別の送信システムが必要になるという代償があった。米国と英国が NRL で合同の Combined Research Group を結成したとき、このシステムは Mark IV と名付けられた。[1]
問題は、応答周波数がドイツのヴュルツブルクレーダーの600MHz周波数に非常に近かったため、そのレーダーのパルスがトランスポンダーをトリガーし、ヴュルツブルクのレーダーディスプレイに新しい点滅が表示され、その動作周波数がすぐに明らかになるのではないかと懸念されたことであった。[9]英国のシステムがすでに広く使用されていたため、米国の航空機にはマークIIとマークIIIを採用することが決定されました。[1]
1942年、連合研究グループは、マークIVの基本パターンをベースに、さらに動作周波数を尋問用に1.03GHz、応答用に1.09GHzに高めた新しいシステムの開発を開始しました。このマークVは、戦後の世界のIFFの基礎となり、国連ビーコン、またはUNBとしても知られていました。[1]既存のマークIIIセット用のUNBアダプターが製造され、米軍で使用されましたが、他の国では採用されませんでした。英国は、次の戦争は少なくとも10年先であると考え、1945年10月にプログラムから撤退しました。米国は、マークXと呼ばれる新しい実験的なコンセプトが急速に成熟していたため、UNBを短期間しか使用しませんでした。[1]
マークX
マークXと以前のIFFシステムの主な違いは、1つではなく2つのパルスを尋問に使用したことである。元々の尋問信号は航空機を通過するレーダービームであり、これらは単一のエネルギーパルスであったため、以前は単一のパルスが使用されていました。現在、IFFシステムはまったく異なる周波数で動作しているため、これは不要になり、マークXでは2つのパルスを使用するシステムが採用されました。[1]
このシステムには 2 つの利点がありました。1 つ目は、敵の尋問者が応答をトリガーするためには、パルスの周波数とタイミングの両方を一致させる必要があることです。これにより、セキュリティが少し強化されました。しかし、それよりはるかに重要なのは、パルスのタイミングを変えることで、航空機のトランスポンダーで異なる応答をトリガーできることです。元の設計では、このような「モード」が 3 つあり、モード 1 は尋問者が 2 つのパルスを 3 μs (±0.2 μs) 間隔で送信することでトリガーされ、モード 2 は 5 μs、モード 3 は 8 μs でした。[10]
これらの質問に対する応答は単純なままでした。モード 1 または 3 で質問が成功すると、質問の受信直後に 1 つのパルスが返答として送信されます。このパルスは元のレーダー パルスの返信後にレーダー ステーションに戻ってくるため、この信号によって、少し離れた場所に 2 番目のブリップがレーダー画面に表示されます。モード 2 も同様ですが、航空機から 2 つのパルスが返され、船舶から 1 つの遅延パルスが返されます。[11]
航空機トランスポンダーには、どのモードをリッスンするかを設定するスイッチがあり、そのモードの問い合わせにのみ応答します。実際には、モードは個々の航空機を識別するために使用されました。たとえば、英国での使用では、ほとんどの航空機がトランスポンダーをモード 1 に設定し、レーダー ディスプレイ上の「ブリップ」に基本的な IFF 表示を提供します。フライト リーダーは代わりにモード 3 を選択し、地上オペレーターが編隊全体とその中にいる個々の航空機を区別できるようにします。最後に、オペレーターが特定の航空機を識別できるように、要求に応じてモード 2 が選択されました。[10]
基本モードに加えて、システムには航空機によって選択される緊急対応機能も含まれていました。オンにすると、地上局がどのモードを選択していても、航空機は常に質問に応答して4つのパルスを返しました。[11]
英国はUNBから撤退していたが、米国との連絡は継続し、1949年10月にマークXを正式に採用した。翌年にはカナダもそれに続いた。イギリス空軍の代表は1951年後半のテストに招待されたが、その時点ですでにマークIIIとマークXの両方で機能する機器の開発をフェランティと契約していた。 [10]大西洋の両側での遅れにより、マークXのサポートが真に普遍的になったのは1960年代初頭になってからだった。[12]
国際
連合軍のシステムは、元々のレーダーパルスを単に反射するトランスポンダーとして始まり、カスタマイズされた応答メッセージをエンコードすることはできなかった。米国は戦争中に返信信号にさらに多くのデータをエンコードすることを研究していたが、最終的には、新しいシステムをできるだけ早く運用することの方がその機能を向上させることよりも重要だと感じたため、オリジナルのマークXはマークIIIと単純な点だけが異なっていた。[11]
基本的な Mark X の開発がまだ進行中だったが、新しい選択的識別機能 (SIF) の開発も開始された。このシステムは当初、Mark X に差し込んでその戻り信号を変更する別のボックスとして実装された。2 つのパルスの代わりに、SIF ユニットは開始と停止の「フレーミング」パルスの間に複数のパルスを含む「パルス列」を返した。各パルスは持続時間が 0.45 μs、間隔が 1.45 μs で、列全体の長さは 20.3 マイクロ秒だった。3 つのパルスの各グループは、8進数 (0 から 7) をエンコードするために使用される。モード 1 と 3 では、3 つのパルスの 2 セットが使用され、[13]モード 2 では列の 4 セットのパルスがすべて使用された。[14]
個々の航空機を識別するために、地上オペレータは航空機にIFFを特定のモードに設定するように指示し、SIFボックスで2桁のコードを選択します。モード3では、64の応答すべて（00から77）が可能でしたが、モード1では2桁目は0から3のみで、合計32のコードでした。[a]緊急モードは残りましたが、地上局からモード1で問い合わせた場合にのみ機能しました。モード3で緊急事態を示すには、ユーザーは代わりにコード77をダイヤルしました。緊急コードがほとんどの問い合わせ機で確実に受信されるように、オペレータはIFFを緊急に設定して77をダイヤルし、モード1と3の両方で同じパルスセットで応答しました。[15]
モード2の長い応答は軍事ユーザーのみが使用し、[b]個々の航空機を識別することができました。4桁の数字は合計4096のコードを提供しましたが、7700は緊急時に使用され、上記と同じ緊急応答が生成されました。[16]
ATCRBS
1953年、マークX周波数とSIFコーディングシステムが世界中の民間使用向けにリリースされました。[17] 1956年、ICAOはマークXを世界中の民間航空のベースとして選択しました。[16]既存のシステムを選択することで、十分にテストされた機器を使用できるだけでなく、既存の軍用トランスポンダーをより大規模な民間ネットワーク内で動作させることができるという利点がありました。
マークXは、特にヨーロッパではこの用途で多少使われていたが、普及はしていなかった。米国では、連邦航空局が3Dレーダーとコンピューター化された飛行情報システムを使ったシステムを開発しており、業界に革命をもたらすと信じていた。1960年12月16日にニューヨークで空中衝突事故が発生したとき、開発はまだ完了には程遠かった。ユナイテッド航空の DC-8が指定された待機経路をオーバーシュートし、トランスワールド航空の スーパーコンステレーションと衝突した。この事故は最終的にDC-8の乗組員の責任であったが、航空管制官が航空機を確実に識別できなかったことが一因であった。[18]
事故後、FAAは政府と民間航空会社の両方からかなりの批判を受けた。1961年3月8日、ケネディ大統領はこれらの懸念に対処するためにプロジェクトビーコンを立ち上げた。FAAの研究開発局は新システムの開発を要求し続けたが、航空管制官はFAAに3Dレーダーを放棄し、代わりに既存のシステムとトランスポンダーの修正を要求した。最終報告書は管制官の意見に同意し、新システムの代わりにトランスポンダーをアップグレードしてこの情報を提供するとした。[19]これらは航空管制レーダービーコンシステム、またはATCRBSとして知られるようになった。[18]
ATCRBSは、AからDまでのいくつかの民間モードを導入しました。モードAは、民間航空機に最初の2桁だけでなく4桁すべてを使用できるダイヤルが提供されるという点を除いて、元のモード3と同じままでした。[20] [18]さらに、新しいモードCは航空機の高度を返すため、別の高度探知レーダーや3Dレーダーは不要になりました。これで、レーダーを1回スキャンするだけで、直接反射によって航空機の位置を特定し、モードAの応答によって航空機を識別し、モードCを通じて高度を返すことができ、このすべての情報が継続的に表示されます。[18]
このシステムは、パルス列応答フォーマットと8進数エンコードを使用するなど、SIFと似ている。モードAでは、モード3との唯一の違いは、軍用モード2と同じ方法で4桁すべてが送信されることである[21]。このようなコードを使用すると、古いモード3のみをサポートする軍用地上局では表示されないため、モードAのコードは通常「00」で終わる。たとえば、北米で有視界飛行規則に従って飛行する航空機を識別するための標準コードは1200であるが、緊急コードは軍用コードと同様に7700である。[22]
軍用レーダーは、敵機の位置と高度の両方を判定する必要がある。このためにさまざまな方法が使われ、この目的専用のフルパワー高度探知レーダーを複数追加したり、複雑な3Dレーダーを使用したりすることが多かった。これは民間での使用には適していなかったが、高度を判定することは、適切な航空管制間隔にとって依然として有益であった。このニーズを満たすために、ATCRVSはモードCを追加した。これは同じ4桁のフォーマットを使用するが、識別子ではなく数字を使用して高度をエンコードする。モードAとモードCの間でクエリを交互に実行し、受信間で値を保存することで、レーダーサイトはレーダー自身の反射を使用して空間内の航空機の位置を特定し、モードAの応答を使用して航空機を識別し、モードCを使用して高度を判定することができる。[20]
軍用ユーザーとは対照的に、民間ユーザーはモードAの応答で完全な4桁のコードを提示するよう求められる場合があります。制御されていない航空機の場合、コードは一般に最初の2桁のみを使用するため、古い軍用地上機器でも読み取ることができます。たとえば、北米で有視界飛行規則に従って飛行する航空機を識別するための標準コードは1200ですが、緊急の場合は軍用コードと同様に7700です。[22]モードBとDは未使用のままです。[17]
マークXII
軍において、マークXはどんな質問機にも応答し続けるという重大な欠点があり、敵軍が航空機の三角測量に利用できた。これは北ベトナムが米軍航空機の動きを追跡するために利用された。このことが発覚すると、パイロットは敵領土の上空ではIFFをオフにするよう指示され、[23]敵空域での管制が制限されることになった。
1960 年代初頭、米国では既存の IFF ネットワーク内で機能するエンコード システムの開発作業が始まりました。これが IFF Mark XII となり、質問コードと応答コードに暗号キーが追加されました。これで、航空機搭載トランスポンダーは質問パルスが有効な友軍の発信元からのものかどうかを確認し、適切なコードを提示しないものを無視できるようになりました。さらに、応答フォーマットが変更され、より多くの情報が返されるようになりました。Mark XII は 1970 年代初頭に米国で導入され始め、徐々に Mark X に取って代わりました。米国以外では、高度な敵との空中戦が続いていなかったため、Mark XII の採用はそれほど急速でも広範囲でもありませんでした。[23]
マークXとその後継機マークXIIのもう一つの問題は、既知の応答周波数で放送することで妨害される可能性があることである。米国ではスペクトル拡散型IFFマークXVの開発が始まったが、推定17,000台の必要ユニットのコスト上昇により1990年に中止された。[23]
モードS
非常に混雑した空域で交通量がさらに増加すると、適切な質問でさえも非常に多くの応答が返され、どの応答がどの航空機からのものか判別できなくなりました。これが IFF モード S の導入につながりました。モード S では、すべての航空機が独自の 24 ビット コードを持ち、正しい質問信号で質問されると、そのコードで応答します。これにより、地上局はモード 3/A に似た信号を定期的に送信できますが、すべての航空機に対して固有のコードを受信できます。それ以降、質問者は特定のコードを使用して位置と高度の呼び出しを送信できるため、選択した航空機のみが応答します。モード S では、テキスト メッセージやその他の情報を送信できる一連の長い応答形式も追加されています。[17]
説明
尋問形式
アップリンクフォーマットとも呼ばれる質問信号は、1030 MHzの0.8μs長のパルス2つで構成されています。パルス間の時間によって、どのモードが照会されているかが決定されます。モード1では、3μs間隔（±0.2μs）のパルスが2つあり、モード2では5μs、モード3では8μsでした。民間B、C、Dでは、17、21、25μs間隔でした。モードSでは、P1とP3の後にP4パルスが追加されます。[24]
地上設置型のインタロゲーターは通常、完全な情報を収集するためにさまざまなモードを循環させます。これはインターレースパターンとして知られています。民間施設の場合、パターンは通常A、C、A、C...です。軍事ユーザーの場合、パターンは通常1、3 / A、C、2、3 / A、C...ですが、1、2、3 / A、C、1、2、...を使用するものもあります。[25]
応答フォーマット
オリジナルのSIF以前のシステムでは、適切に受信された質問パルスに対する応答は、通常、モード1と2では1つのパルス、モード2では2つのパルスでした。緊急モードをオンにすると、すべてのモードで4つのパルスが生成されました。[11]
SIF 搭載システムの場合、適切に受信された問い合わせパルスに対する応答は、開始パルスと停止パルスで囲まれた 1.45 μs 間隔の 0.45 μs (±0.1 μs) 長パルスのチェーンです。パルスは開始と停止に対して F1 と F2、応答パルスに対して A1、B1、C1、A2、B2... とラベル付けされています。応答は C1、A1、C2、...A4 の後に B1、D1... とインターリーブされ、4 つの 8 進数字、A、B、C、D で合計 12 個のパルスが考えられます。中央の 1 つの余分な "X" パルスは未使用のままなので、フレーミングを含むパケット全体の長さは 20.2 μs です。[26]
パルスは当初、遅延線を使用してタイムアウトしていました。当初の仕様では、特定の桁のパルス間の間隔は3μs、A/CまたはB/Dのインターリーブパルス間の間隔は1.5μsでした。最初のサンプルの遅延線が届いたとき、それらは欠陥があり、わずか2.9μsしか遅延しなかったため、パルス間のタイミングは1.45μsになりました。[27]
ミリタリーモード1は、AとBの2桁の数字を送信し、残りの可能なパルスは空のままです。可能な組み合わせはサブセットのみで、最初の数字は0から7まですべて可能ですが、2番目の数字は0から3のみで、00から73までの32のコードが可能です。これは「ミッション信号」と呼ばれることもあり、飛行前に航空管制官によって設定されます。モード2と3では、0000から7777までの4桁のコード4096すべてが許可されます。[21]
モード 3/A では、0 から 7 までの各桁の値は、フロント パネルのスイッチで設定されます。民間使用の場合、これは ATC コントローラーによって提供されるコードです。北米のほとんどの一般航空機は、「スクォーク 1200」と指示されます。これは、トランスポンダーを 1200 に設定することを意味しますが、世界の他の地域では、同じ目的で 7000 が使用されます。3 つの特殊目的コードも使用されます。7500 は航空機がハイジャックされていることを意味し、7600 は音声無線機が機能していないことを意味し、7700 は一般的な緊急事態を意味します。[22]
モード C の場合、高度は11 ビットのGillham コードを使用してエンコードされます。最小のコードは 000000000001 で、高度 -1200 フィートを表します。-1200 フィートを超える高度が 100 フィート増えるごとに合計に 1 が加算されるため、たとえば 000000110100 は 1200 フィートになります。
SIFには、F2の4.35μs後に送信される、オプションのパルスである特別目的識別（SPI）も1つ追加されます。SPIは、トランスポンダーオペレーターがボタンを押すことで1機の航空機を識別するために手動でトリガーされます。SPIは18秒間放送され続けます。ICAOの規則では、SPIはモード3/Aにのみ追加する必要があります。[26]
注記
- ^ ゴフは30個のコードがあると述べていますが[10]、それは77のような予約コードを考慮している可能性があります。
- ^ このモードは米国の防空軍司令部によってのみ使用されていた可能性があるが[16]、明らかではない。
参考文献
引用
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