敵味方識別

英国空軍は、チェーンホームレーダーシステム（CH）の配備以前から、 IFFの問題を検討していた。ロバート・ワトソン＝ワットは、 1935年と1936年にそのようなシステムの特許を出願していた。1938年までに、ボーズィー・マナーの研究者たちは、CHレーダーの主周波数に共振するように調整されたダイポールアンテナで構成される「反射器」を用いた実験を開始した。CH送信機からのパルスが航空機に当たると、アンテナは短時間共振し、CH受信機に戻ってくるエネルギー量を増加させる。アンテナは、周期的に短絡させて信号の生成を阻止する電動スイッチに接続されていた。これにより、アンテナのオン/オフに応じて、CH受信機の反射信号が周期的に長くなったり短くなったりした。実際には、このシステムは信頼性が低すぎて使用できないことが判明した。反射信号は、航空機がCH局に対して移動する方向に大きく依存し、多くの場合、追加の信号はほとんど、あるいは全く返ってこなかった。^{[ 12 ]}

このシステムは当初から実用上ほとんど役に立たないだろうと疑われていた。それが事実であることが判明すると、RAFは計画されていた全く別のシステムに切り替えた。これはHF/DF無線方向探知機を使用する追跡ステーションのセットで構成されていた。航空機の音声通信無線機は、1分ごとに14秒間1kHzのトーンを送信するように改造され 、ステーションが航空機の方向を測定するのに十分な時間を与えた。このようなステーションが防空システムの各「セクター」に複数配置され、測定値をセクター本部のプロットステーションに送信し、そこで三角測量を使用して航空機の位置を特定した。「ピップスクイーク」として知られるこのシステムは機能したが、手間がかかり、レーダーオペレーターに直接情報が表示されず、電話を介して情報を送信する必要があった。レーダーと直接連携するシステムが明らかに望まれていた。^{[ 13 ]}

最初の能動型IFFトランスポンダ（送信機/応答機）は、1939年に実験的に使用されたIFF Mark Iでした。これは再生受信機を使用しており、増幅された出力のごく一部を入力にフィードバックすることで、単一周波数の信号（モールス信号のようなものだが、音声送信とは異なる）であれば、小さな信号でも強力に増幅しました。CHレーダー（20～30MHz  ）からの信号に同調し、それを非常に強力に増幅して航空機のアンテナから送信しました。信号はCH信号の元の反射と同時に受信されたため、結果としてCHディスプレイ上に長く「ブリップ」が表示され、容易に識別できました。テストでは、このユニットがレーダーを圧倒したり、信号が弱すぎて見えないことがよくあり、同時に新しい周波数を使用する新しいレーダーが導入されていました。

Mark I を生産する代わりに、1940 年初頭に新しいIFF Mark IIが導入されました。Mark II は、モーター駆動のスイッチを使用して切り替えるさまざまなレーダーバンドに調整された一連の独立したチューナーを内部に備えており、自動ゲイン制御により過剰な信号を送信する問題を解決しました。Mark II は戦争開始時には技術的には完成していましたが、セットの不足により大量には入手できず、バトルオブ ブリテンの時点では少数の RAF 機にしか搭載されていませんでした。この期間中、ピップスクイークは運用され続けましたが、バトルが終わるとすぐに IFF Mark II が本格的に運用されるようになりました。ピップスクイークは、CH がカバーしていない陸上のエリアや緊急誘導システムで引き続き使用されました。^{[ 14 ]}

1940年になっても、マークIIの複雑なシステムは限界に達しつつあり、新しいレーダーが次々と導入されていた。1941年までに、海軍で一般的に使用されるものやイギリス空軍で使用されるものなど、さまざまなレーダーの組み合わせに対応するサブモデルが多数導入された。しかし、マイクロ波周波数の空洞マグネトロンをベースとしたレーダーの登場により、このシステムは時代遅れとなった。当時の電子機器では、この周波数帯で動作する応答装置を作ることは不可能だったのだ。

1940年、イギリスの技術者フレディ・ウィリアムズは、すべてのIFF信号に単一の周波数を使用することを提案したが、当時は既存のシステムを変更する差し迫った必要性はないように思われた。マグネトロンの導入に伴い、この概念に基づく研究が電気通信研究所でIFFマークIIIとして開始された。これは、戦争の大部分において西側連合国の標準システムとなった。

マーク III トランスポンダーは、受信したレーダー信号に直接応答するのではなく、特定の「質問器」に応答するように設計されていました。これらの質問器は、どのレーダーとペアになっているかに関わらず、限られた周波数で動作しました。このシステムでは、コード化された「メーデー」応答を送信する機能など、限定的な通信も可能でした。IFF セットは、ウィリアムズの仕様に基づいてマンチェスターのフェランティによって設計および製造されました。同等のセットは、当初は英国のセットのコピーとして米国で製造され、連合軍の航空機が互いのレーダーによる質問で識別されるようにしました。^{[ 14 ]}

IFF装置は極秘扱いだった。そのため、乗員が脱出したり不時着したりした場合に備えて、多くには爆発物が仕掛けられていた。ジェリー・プロックが報告する。

ユニットの電源を入れるスイッチの横には、敵に奪われるのを防ぐためのIFF自爆スイッチがあった。多くのパイロットが間違ったスイッチを選んでIFFユニットを爆破した。コックピットに充満した爆発の鈍い音と焦げた断熱材の刺激臭は、多くのパイロットが何度もIFFユニットを破壊するのを思いとどまらせなかった。最終的に、自爆スイッチは誤って使用されないように細いワイヤーで固定された。^{[ 15 ]}

アメリカ海軍研究所は、戦前から独自のIFFシステムを開発していた。このシステムはMark IIIと同様に単一の質問周波数を使用していたが、応答周波数が別である点で異なっていた。異なる周波数で応答することには、いくつかの実用的な利点があり、中でも最も顕著なのは、あるIFFからの応答が別の航空機のIFFを誤作動させないことである。しかし、イギリスの設計で使用されていた大幅に簡素化された再生システムとは対照的に、応答側の回路には完全な送信機が必要となる。この技術は現在、クロスバンドトランスポンダとして知られている。

1941年のティザード作戦でマークIIが明らかになった際、それを使用し、実験システムの改良に時間をかけることが決定された。その結果生まれたのがIFFマークIVである。このモデルと以前のモデルの主な違いは、600MHz付近の高い周波数で動作するため、アンテナを大幅に小型化できる点である。しかし、この周波数はドイツのヴュルツブルク・レーダー が使用する周波数に近いことが判明し、レーダーに反応してトランスポンダーの応答がレーダーディスプレイに表示され、IFFの動作周波数が即座に明らかになるのではないかという懸念が生じた。

この結果、米英は共同で改良型であるマークV（国連ビーコン、UNBとも呼ばれる）の開発に着手した。マークVは周波数を1GHz付近まで高めたものの 、終戦までに運用試験は完了しなかった。1948年に試験が完了する頃には、大幅に改良されたマークXの試験が開始されており、マークVは開発中止となった。

1945年、エミール・ラビンとエドウィン・ターナーは、送信レーダー信号とトランスポンダの応答信号をそれぞれトグルスイッチの配列を設定することでバイナリコードで独立してプログラムできるレーダーIFFシステムの特許を出願した。これにより、IFFコードを日ごと、あるいは時間ごとに変更することが可能になった。^{[ 16 ] [ 17 ]}

Mark X は、1 GHz を超える周波数で動作する純粋な実験装置として始まりました 。その名前は「実験的」を意味し、「番号 10」を意味するものではありません。開発が進むにつれて、「選択的識別機能」、略して SIF と呼ばれる符号化システムを導入することが決定されました。SIF では、応答信号に最大 12 個のパルスを含めることができ、それぞれ 3 ビットの 4 つの8 進数を表します。SIF は、質問信号のタイミングに応じて、いくつかの方法で応答します。モード 1 では航空機の種類または任務 (貨物機または爆撃機など) を示し、モード 2 ではテールコードを返します。

マークXは1950年代初頭に導入され始めました。これは民間航空輸送システムが大きく拡大していた時期であり、これらの航空機にも若干改良されたマークXセットを使用することが決定されました。これらのセットには、基本的にモード2と同一で4桁のコードを返すものの、異なる質問パルスを使用する新しい軍用モード3が含まれており、航空機は問い合わせが軍用レーダーからのものか民間レーダーからのものかを識別できました。民間航空機の場合、この同じシステムはモードAとして知られており、両者が同一であるため、一般的にモード3/Aと呼ばれています。

この過程でいくつかの新しいモードも導入されました。民間モード B と D が定義されましたが、使用されることはありませんでした。モード C は、ギルハムコードを使用してエンコードされた 12 ビットの数値で応答し、高度を (その数値) x 100 フィート - 1200 として表しました。レーダーシステムは航空機を 2 次元で簡単に位置特定できますが、高度の測定はより複雑な問題であり、特に 1950 年代には、レーダーシステムのコストを大幅に増加させました。この機能を IFF に配置することで、航空機の高度計にデジタイザを追加するのとほぼ同じ追加コストで同じ情報を返すことができました。

現代の探知機は通常、モード3/Aで一連の質問を送信し、次にモードCで送信することで、レーダーから得られる高度と位置に加えて、航空機の識別情報も同時に取得できるようにする。

現在のIFFシステムはMark XIIです。これはMark Xと同じ周波数帯で動作し、Mark Xのすべての軍事モードと民間モードをサポートしています。

IFF応答は、適切な形式の質問信号であれば何でもトリガーできてしまうという点が長らく問題視されてきた。これらの信号は、単一周波数の短いパルスを2つ送るだけのものだった。そのため、敵の送信機が応答をトリガーできてしまい、三角測量を用いることで、敵はトランスポンダの位置を特定できてしまう。イギリスは第二次世界大戦中にドイツに対してこの技術を既に使用しており、ベトナム戦争中にはアメリカ空軍がベトナム人民空軍機に対してこの技術を使用した。

Mark XIIは、新しい軍用モード4が追加された点でMark Xと異なります。これはモード3/Aと同様の仕組みで動作し、質問者が信号を送信し、IFFがそれに応答します。ただし、2つの重要な違いがあります。

一つは、質問パルスに続いて、Mark 3トランスポンダから返されるものと同様の12ビットコードが送信される点です。エンコードされた数値は日によって異なります。航空機のトランスポンダでこの数値が受信され、復号されると、さらに暗号化処理が施されます。この処理結果が航空機のIFFにダイヤルされた値と一致する場合、トランスポンダは以前と同様にモード3応答を返します。値が一致しない場合は、応答しません。

これにより、航空機のトランスポンダが誤った質問に応答してしまう問題は解決されますが、三角測量による航空機の位置特定という問題は完全には解決されません。この問題を解決するために、質問者から送信されるコードに基づいて変化する遅延が応答信号に追加されます。敵が質問パルスを視認できない場合（敵はレーダーの水平線より下にあることが多いため、通常はこれが該当します）、この遅延によって、パルスごとに応答信号がランダムにずれます。一連の応答の中から航空機の位置を特定するのは困難な作業です。

1980年代には、民間航空機向けの新しいモードであるモードSが追加され、返送信号にエンコードできるデータ量が大幅に増加しました。これは、航法システムから航空機の位置情報をエンコードするために使用されました。これは、地上管制官の介入なしに、民間航空機が周辺空域の他の航空機の位置を把握し、衝突を回避することを可能にする交通衝突防止システム（TCAS）の基本機能です。

モードSの基本概念はその後、モード5として軍事用に転用された。モード5は、モードSのデータを暗号化して符号化しただけのものに過ぎない。

第二次世界大戦とソ連の軍事システム（1946年から1991年）のIFFは、レーダーで照射された航空機のトランスポンダを自動的に作動させるために、符号化されたレーダー信号（クロスバンド質問、またはCBIと呼ばれる）を使用していた。レーダーベースの航空機識別は、軍事用と民間用の両方で二次監視レーダーとも呼ばれ、一次レーダーは航空機からRFパルスを反射させて位置を特定する。RCAに勤務していたジョージ・シャリエは、1941年にこのようなIFF装置の特許を申請した。この装置では、IFF信号を視覚的に検査できるように、レーダー受信機上の自然エコーの画像を抑制して、オペレーターがレーダー受信機に対していくつかの調整を行う必要があった。^{[ 18 ]}