短波频段内常见的美国军标信号分析

张 杰，梅 林

（国家无线电监测中心上海监测站，上海 201419）

短波频段内常见的美国军标信号分析

张 杰，梅 林

（国家无线电监测中心上海监测站，上海 201419）

文章对短波频段中常见的几类美国军标信号的通信模式、信号特征和监测方法进行了研究，以实际监测结果为例阐述了具体的监测方法和解码手段。

无线通信技术；无线电监测；解码

1 引言

美国军标信号已发展成为当今世界技术最先进、体系最完备的军用标准。许多发达国家都大幅度地采用了美国军用标准，一些国际标准草案也以它为蓝本来制定。上海监测站在日常监测过程中发现短波频段中的美国军标信号频繁出现，诸如Link-11 CLEW，MIL-STD 188 110A，STANAG 4285等军事信号。因此本文针对短波频段中常见的这几类美国军标信号的模式及其监测方法进行阐述。

2 低速战术数据链LINK-11 CLEW信号

2.1 Link-11 CLEW信号概述

Link-11 CLEW（Conventional Link Eleven Waveform）是20世纪60年代开始研发的一种低速战术数据链，并于70年代在美国海军开始服役。它是一种具有标准信息格式的自动化数据链，用于岸上基地、潜艇和水上舰艇的作战指挥系统之间实时交换战术数据。

利用Link-11 CLEW可完成目标监视、位置报告、任务管理、武器协同、电子战情报和保密等目的，并可在HF频段上进行超视距通信，可用于海军战斗群内舰艇之间的战术数据交换。陆基控制中心也使用此类信号增加和扩大其监视区域的雷达覆盖范围。但是Link-11 CLEW信号也有自己的缺点，诸如：采用定频技术，而不具备抗干扰能力；传输速率低，系统容量有限，不具备语音传输功能；采用网式体系结构及轮询呼叫协定，网络中必须设置一个网控台，因此一旦遭受打击将造成整个网络崩溃。

日常监测过程中，我们主要定位这类信号于韩国、日本。由于地区与时间的限制，偶尔能监测到澳大利亚区域发射的这类信号。

2.2 Link-11 CLEW信号主要特征

Link-11 CLEW是一种网状的半双工数据链，使用并行传输体制和标准的信息格式，其调制方式是π/4-DQPSK。因此，Link-11 CLEW也可以看成是一种多载波π/4-DQPSK传输系统，这样可以将发送的串行数据流分散到多个子载波上，降低了各子载波的码元速率，从而提高了抗衰落和抗多径的能力。

CLEW中的载波由16个单音（Tone）复合而成，这16个单音频率分布在600～3000H z的范围内。通常情况下使用的一组单音为935～2365H z，每两个相邻的子载波间隔为110Hz，再加上605H z和2915Hz共16个。其中，605Hz为多普勒音，用来校正因终端设备的相对运动或高频信道的变化而引起的多普勒频移，故不会被调制。从935Hz到2365Hz为14个数据载波，这14个数据载波包含了所要发送的信息。而2915Hz为最后一个子载波，同时也是同步音，它的相位有180°的跳变，主要用于接收端完成数据同步。

图1 Link-11 CLEW信号光谱图

CLEW共有15个数据单音。每个单音提供两个通道（channels），这样总共提供了30个通道，CLEW的每帧数据包含30个比特，这30个比特在30个通道上并行传输，传输每帧花费的时间就成为一个帧传输间隔，每个帧传输间隔为22m s或者13.33m s。如果每帧的帧间隔为22m s，则传输速率为1365b/s，如果帧间隔为13.33m s，则传输速率为2250b/s。

2.3 Link-11 CLEW信号电文内容

Link-11 CLEW数据帧中的数据都是利用汉明文的格式进行编码的，由于该模式发送的是战术数据链信息，因此利用解码软件分析出的内容是长度为30位的十六进制数字。以下列举出：

第一部分：控制站对每个待接收信息的接收站进行轮询

第二部分：控制站向有应答的接收站发送战术数据

第三部分：控制站结束发送数据信息

2.4 Link-11 CLEW信号监测方法

将短波接收机的接收模式调到上边带（USB）接收模式、中频带宽设为3.3kHz以上（保证信号频谱落在接收带宽内）即可对Link-11 CLEW信号进行接收。在对Link-11 CLEW信号的日常监测过程中，此类信号由于其组成特性，有时候为左右对称、完整型的（解调方式既可用USB也可用LSB），有时候是只出现左半部分（解调方式只能用LSB），还有的时候只出现右半部分（解调方式只能用USB）。

用专门的信号解码软件在对Link-11 CLEW信号进行解码的时候，需注意将导频线安置在该信号的多普勒音位置（即605Hz处），解码软件将自动分析出信号内容。图2、图3分别为Link-11 CLEW信号的解码窗口以及相位图（Phase Plane）。

图2 Link-11 CLEW解码窗口

图3 Link-11 CLEW Phase Plane

在日常监测过程针对这些频率进行进一步的监测工作，这类信号的基本特征如表1所示。

表1 Link-11 CLEW信号基本特征

3 MIL-STD 188 110A信号

3.1 MIL-STD 188 110A信号概述

MIL-STD-188-110A标准信号采用了3kH z带宽，调制方式为8-PSK，数据速率在不加编码的条件下最高只有4800b/s，目前我国短波调制解调器标准大多以该标准为基础而建立。MIL-STD-188-110A详情定义了FSK无线电电传、PSK单音/连续音、16音差分相移键控及39音四相相移键控的并行调制解调器。110A系列信号主要分为三种模式：MIL-STD 188 110A、MIL-STD 188 110A 16-Tone与MILSTD 188 110A 39-Tone。根据对日常监测数据的分析，本文主要介绍MIL-STD-188-110A信号。

MIL-STD 188 110A在短波模式中是一种比较常见的军标信号，该信号模式被美国国防部指定为“军事标准的互操作性和数据调制解调器的性能指标”。其主要波形如图4所示。

图4 MIL-STD 188 110A信号

图5 MIL-STD 188 110A 发射、接收框图

而用于MIL-STD 188 110A信号发射、接收的大体框图如图5所示。

⊙ 获得的带通波形（A cqu ired Passband Waveform）：输出一个以1800Hz为中心的带通MIL-STD 188 110A波形。

⊙ 频率转换器（Frequency Translator and Channel）：将信号降频转换为复杂的基带信号，并通过多种通道进行处理。

⊙ 接收机（Receiver）：执行同步和基带处理，并输出文本信息。

3.2 MIL-STD 188 110A信号的主要特征

MIL-STD 188 110A在一个频率为1800Hz的单一载波上采用了八进制相移键控作为数据传输的调制技术。将串行二进制信息（原始数据）转换成一个单一的8-PSK调制载波后输出。而无论用户的实际数据速率是多少（75～4800b/s），该输出载波波特率总是2400Bd。而在MIL-STD 188 110A信号中也运用到了FEC和交织技术，这两类技术可以抑制由衰落、频率漂移、多径效应及突发噪声等对传输过程中产生的不良影响。

表2 MIL-STD 188 110A信号基本特征

在日常监测过程中，熟悉MIL-STD 188 110A信号的操作波形特征对于开展该类信号的分析、解码至关重要。表3对于MIL-STD 188 110A信号的不同波形进行了详细的枚举。

表3 MIL-STD 188 110A信号操作波形特性

在MIL-STD 188 110A信号模式中，FEC编码功能由一个编码率为1/2的卷积码在150b/s和300b/s上重复编码完成，如图6所示。这两个求和节点将作为跳频操作，即对于每个比特输入到编码器，须采取两个比特作为从编码器的输出。对于输入速率为2400b/s，1200b/s，600b/s的输入编码产生的输出速率应该分别为4800，2400，1200b/s的编码输出。对于300和150b/s数据速率的输入，重复输出比特适当数量的次数生成一个1200b/s的编码比特流。在速率为75b/s时，使用不同的发送格式以及有效编码率的1/2以产生一个150b/s的编码流。

图6 FEC编码流程图

3.3 MIL-STD 188 110A信号监测方法

将短波接收机的接收模式调到上边带（USB）或下边带（LSB）接收模式、中频带宽设为3.3kH z以上（保证信号频谱落在接收带宽内）即可对MILSTD 188 110A信号接收。一般而言MIL-STD 188 110A信号的用户数据是以二进制模式，因此上层协议需要进一步处理这个数据流。基于这个原因，在MIL-STD 188 110A信号的解码过程中，需手动选择信号的文本输出类型：二进制、十六进制、ASCII同步、ASCII异步，如图7所示。

图7 MIL-STD 188 110A信号解码图

在ASCII异步模式中，比特流是作为一种ASCII异步结构来传输的。在传输每个数据字符之前，先发送一个叫开始位的二进制位，当接收端接收到这一信号时，就知道相继送来的7位二进制位是一个字符数据，在此之后，再给出1位或2位二进制位，称为结束位。在解码软件中，当接收超过3个空字符或者数据违反异步数据结构规则8次以上，停止解码。

图8 MIL-STD 188 110A Phase Plane图

而在ASCII同步模式中，每8位表示一个字符；在十六进制模式中，解码得出的即为数据本身。

现在主流的解码软件诸如Go2Signal，WAVECOME公司开发的W系列解码软件等都可以对MIL-STD 188 110A信号进行解码。解码过程中，解码器的中心频率应该设置到1800Hz，在这几款解码器中，微小的频率量是可以自动补偿的，图8中比较直观地展示了MIL-STD 188 110A相位图。

具体解码内容如下所示（用户数据传输速率为1200b/s、短交织方式）

4 STANAG-4285信号

4.1 STANAG-4285信号特征

STANAG 4285信号主要有多个子模式（75b/s～2400b/s）和两个不同的交织方式（短交织和长交织）构成，为北约军队使用的高频通信标准。这种信号的中心频率被设置成固定的1800Hz且不能改变，平坦的频率响应主要从600Hz到3000Hz。解码器有两个主要的操作模式“时隙模式”、“消息模式”。在时隙模式中解码器每0.1067秒识别一个STANAG，而在消息模式中，同时识别整条STANAG消息（多个时隙）。

表4 STANAG 4285信号基本特征

而用户数据以连续帧结构的方式被发送出去，每一帧都以一个包含80个字符时长为33.33m s的前导序列开始。

图9 STANAG-4285波形结构

在图9中可以发现STANAG 4285信号波形如下特点：波形传输格式包括前导训练序列及其后的两个或者更多的数据区，每一个数据区后面是一个训练序列，前导序列后面紧跟着数据字段，其中包含了战术数据系统（Combat Data System）编译码设备所用到的信息。如果一个参与单元有数据要传输，连续的数据区中间穿插着训练序列。最后一块数据字段是标志报文结束的结束字段（EOM），整个传输以一个重新插入的训练序列结束。

同时，STANAG 4285信号的波形使用了一个1800Hz 的PSK载波以及与MIL 118-110A一样的2400b/s符号率。这种信号的波形并没有自适应能力，而且在数据开始传输之前，该信号的发射器和接收器必须设置为相同的数据传输率和相同的交织模式。

表5 STANAG 4285信号操作波形特征

该信号模式使用了M-PSK调制方式以及差异化的前向纠错（FEC）编码速率，用户输入的串行二进制信息（原始数据）可以在不同的用户速率下进行发送，详细如表5所示。

4.2 STANAG-4285信号监测方法

该类信号同样使用短波接收机（G33DDC）上边带（USB）接受模式进行监测与录音。中频带宽设为3.3kHz以上（保证信号频谱落在接收带宽内），以获得完整的信号。其余解码操作与MIL-STD 188-110A信号相似，不予赘述。图10、11分别为该信号的识别过程、解码过程（相位图）。

图10 STANAG 4285信号识别

图11 STANAG 4285信号解码

STANAG-4285信号解码内容如图12所示（1200 b/s, Short, S5066 SYNC 8Bit）。

图12 STANAG-4285信号解码内容

5 结束语

本文对短波频段内常见的三类美国军标信号进行了介绍，详细阐述了其信号特征及监测方法，以期能够给无线电监测工作的同行一些启发。■

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

[2] Signal Analysis for Radio Monitoring, Books on Demand GmbH, 2013.

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

[4] 翟利超等．数据链及其对抗方法研究[J]．舰船电子对抗，2004,(12):26-29

[5] 林燕，李立伟，牛忠霞．美军战术数据链信息标准[J]．国防科技，2004,(2):22-25

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

张 杰，男，本科，助理工程师，现任职于国家无线电监测中心上海监测站。

梅 林，男，硕士研究生，助理工程师，现任职于国家无线电监测中心上海监测站。