摘要
识别系统（Identification System）是现代航空电子系统中保障飞行安全、实现战术协同、防止误伤与空中冲突的关键组成部分。在复杂多变的空域环境中，飞行器必须具备快速、准确地区分“我方”与“敌方”、“民用”与“军用”目标的能力。本文围绕航电识别系统的两大核心分支——军用敌我识别系统（IFF, Identification Friend or Foe）与民用广播式自动监视系统（ADS-B, Automatic Dependent Surveillance–Broadcast），系统梳理其工作原理、技术架构、典型模式、安全机制及实际应用。重点分析了二次雷达询问-应答机制、Mode 1至Mode 5的IFF编码体系、加密认证技术（如Mode 4/5）、ADS-B的广播机制与频段特性。通过对比军用与民用识别系统在安全性、抗干扰性、数据格式与应用场景上的根本差异，揭示其背后的设计逻辑与技术演进路径。同时，针对当前存在的欺骗风险、信号伪造与频谱拥堵等问题，探讨了电子战环境下的识别挑战及未来发展趋势，包括量子身份认证、通导融合识别、AI驱动的目标意图识别等前沿方向。全文约6700字，旨在为航空电子、空管系统、军事通信及无人机研发领域的研究人员提供全面的技术参考。
关键词：航空电子；敌我识别（IFF）；ADS-B；二次雷达；Mode 5；广播监视；空中防撞；信息安全
1 引言
随着全球空中交通密度持续增长，以及现代战争形态向信息化、网络化、智能化演进，飞行器在空域运行中的身份识别问题日益突出。无论是军用战斗机在高强度电子对抗环境下执行穿透打击任务，还是民航客机在全球繁忙航路中密集编队飞行，亦或是城市空中交通（UAM）中大量无人机并行作业，如何在毫秒级时间内准确判断邻近飞行目标的属性与归属，已成为影响飞行安全与作战效能的决定性因素。
为此，现代航空电子系统构建了多层次、多体制的识别技术体系。其中，最具代表性的是两类系统：
敌我识别系统（IFF, Identification Friend or Foe）：主要用于军事领域，通过加密的询问-应答机制实现高置信度的身份认证，防止“蓝对蓝”（Blue-on-Blue）误伤。
广播式自动监视系统（ADS-B）：广泛应用于民用航空与部分低空通航场景，通过持续广播自身状态信息，提升空域透明度与交通管理效率。
这两类系统分别代表了主动应答认证型与被动广播共享型两种截然不同的识别范式，反映了军用系统对安全性、保密性、抗欺骗性的极致追求，与民用系统对开放性、通用性、经济性的优先考量。
本文将聚焦于航电识别系统的两大支柱——IFF与ADS-B，深入解析其技术原理、标准体系、典型装备与演进趋势。首先介绍IFF系统的基本架构与多模式发展路径，重点剖析Mode 4/5加密机制及其对抗电子战威胁的能力；随后阐述ADS-B的工作机制、频段选择与在民航与无人机中的应用实践；进而从系统设计哲学、安全机制、抗干扰能力等维度进行军民对比分析；最后展望未来识别系统向智能化、融合化、高可靠性的发展方向。
2 敌我识别系统（IFF）技术原理与发展
2.1 基本概念与历史沿革
敌我识别（IFF, Identification Friend or Foe）是指利用无线电手段，通过特定协议自动判断空中、地面或海上目标是否属于己方或盟军的技术系统。其起源可追溯至第二次世界大战期间，当时盟军飞机在雷达屏幕上无法区分友机与敌机，导致多次误击事件。为解决这一问题，英国率先开发出世界上第一代IFF系统，称为“IFF Mark I”，采用简单的应答发射器配合地面雷达询问，实现了基础的身份确认功能。
此后，随着雷达、通信与加密技术的进步，IFF系统经历了五代重大升级，形成了现今以Mode 1、2、3/A、C、S 和 Mode 4、5为核心的标准化体系，广泛部署于北约、中国、俄罗斯等主要军事力量的作战平台中。
2.2 工作原理：二次雷达询问-应答机制
IFF系统本质上是一种二次雷达（Secondary Surveillance Radar, SSR）技术，其工作机制与一次雷达（仅接收目标反射信号）有本质区别。
2.2.1 系统组成
IFF系统主要由以下部分构成：
询问机（Interrogator）：安装在己方平台（如预警机、地面防空系统、战斗机）上，主动发射编码的询问信号。
应答机（Transponder）：安装在被识别目标（友军飞行器、舰船）上，接收询问信号后按预设规则生成并回传应答信号。
天线与射频前端：负责信号的收发与极化控制。
信号处理单元：对接收到的应答信号进行解码、校验与显示。
2.2.2 信号交互流程
一次完整的IFF识别过程如下：
询问阶段：询问机向目标方向发射一个包含特定模式码和脉冲间隔的射频信号（通常工作在L波段，1030 MHz）。
接收与解码：目标上的应答机接收到信号后，识别其模式类型与请求内容。
生成应答：根据预编程逻辑或人工设置生成响应码。
发射应答：通过1090 MHz频段向空中广播应答信号。
回波处理：询问端接收到应答信号，结合目标雷达回波进行匹配确认。
显示结果：在指挥控制系统或雷达屏幕上标记目标为“友”“敌”或“未知”。
整个过程通常在数十毫秒内完成，满足高动态战场环境下的实时识别需求。
2.3 IFF模式体系详解
国际上通用的IFF模式标准由ICAO（国际民航组织）和北约STANAG协议定义，不同模式适用于不同场景与安全级别。
2.3.1 Mode 1：任务编码识别
用途：军用任务类型识别，不用于空中交通管制。
编码格式：2位五位数字码（如0104、3201），共可表示4096种组合。
典型应用：
1100：战斗巡逻
2200：空中加油
3300：侦察任务
特点：
固定编码，预先分配给部队；
不加密，易被截获；
主要用于战区内协同作战管理。
2.3.2 Mode 2：部队识别码（Unit Code）
用途：识别所属作战单位或编队。
编码格式：4位数字码（A、B、C、D通道），共4096种组合。
应用示例：
美国第33战斗机联队使用特定代码；
舰载机与母舰间建立通信关联。
特点：
可动态更换，提高战术灵活性；
仍属明码传输，安全性较低；
常用于舰队防空协同。
2.3.3 Mode 3/A 与 Mode C：空管合作识别
Mode 3/A：由飞行员手动设置的4位八进制代码（0000–7777），共4096种组合，用于空中交通识别，俗称“squawk code”。
示例：7500（劫机）、7600（通信失效）、7700（紧急情况）
Mode C：自动附加气压高度信息（来自编码高度表），实现“应答+高度”一体化报告。
应用：全球民航雷达管制系统的基础，也被部分军用飞机在非作战空域使用。
2.3.4 Mode S：选择性寻址与数据链扩展
核心改进：引入唯一地址码（24位ICAO地址，全球唯一），支持点对点寻址与高速数据交换。
功能扩展：
支持数据链传输（如TIS-B、FIS-B）
实现TCAS（空中防撞系统）避让指令
与ADS-B深度集成
安全性增强：支持基本校验机制，但仍为非加密通信。
2.3.5 Mode 4：军事加密识别（第一代安全模式）
加密机制：采用滚动码（Rolling Code）+ 跳频扩频 技术。
工作原理：
询问信号包含一个随机挑战码（Challenge）；
应答机使用预共享密钥（Key）对该码进行加密运算，生成唯一响应（Response）；
加密算法多为专有体制（如美军采用COMSEC设备KIV-77）；
密钥每日更换，由安全通信系统分发。
优点：
有效防止重放攻击（Replay Attack）
提高抗截获与破解能力
缺点：
密钥管理复杂
无法抵抗现代计算破解
已逐步被Mode 5替代
2.3.6 Mode 5：新一代加密敌我识别（当前主流）
定义标准：依据北约STANAG 4193和DO-260B标准。
加密体制：基于公钥基础设施（PKI）的数字签名认证。
关键技术特征：
使用椭圆曲线密码（ECC）或AES加密算法
每次应答包含时间戳与数字签名，实现抗重放与完整性验证
支持双向认证（询问方也可验证身份）
兼容GPS时间同步，提升时效性
安全等级：
能抵御现有量子计算机前的密码分析
支持分级权限管理（如战略级、战术级）
典型装备：
美国F-22、F-35、E-3预警机
欧洲“台风”战斗机
中国歼-20、歼-16等新型作战平台也具备类似能力
注意：Mode 5还分为Level 1（仅位置与身份）与Level 2（附加速度、航向、任务状态等扩展信息），后者被称为“Networked IFF”，是实现网络中心战的重要支撑。
3 民用识别系统：ADS-B 技术详解
3.1 基本概念与系统架构
广播式自动监视（ADS-B, Automatic Dependent Surveillance–Broadcast）是一种基于卫星导航的开放式监视技术，其核心思想是：飞行器自动确定自身位置，并周期性地向周围广播该信息，无需地面询问。
与IFF的“问-答”模式不同，ADS-B采用“我说你听”（Broadcast Listening）机制，所有具备接收能力的平台均可获取其状态。
3.1.1 “自动”“相关”“广播”的含义
自动（Automatic）：无需飞行员干预，系统自主运行。
相关（Dependent）：依赖GNSS提供精确位置，若GNSS失效则ADS-B失效。
广播（Broadcast）：信息全向发射，无法控制接收范围。
3.1.2 系统组成
信息源：GNSS接收机（如GPS、北斗），提供经度、纬度、高度、时间。
数据生成单元：ADS-B Out设备，封装数据为标准消息格式（如DF17）。
发射机：在1090 MHz扩展电文（1090ES）或UAT（978 MHz）频段发射信号。
接收端：地面站、其他飞机的ADS-B In设备，用于显示交通态势。
3.2 工作频段与链路类型
ADS-B支持两种主要链路标准：
目前，1090ES已成为全球民航ADS-B的事实标准，而UAT主要在美国支持小型飞机接入。
3.3 数据内容与消息格式
ADS-B广播的信息主要包括以下几类（依据CAT 021标准）：
基本航班信息：
ICAO地址（24位唯一标识）
航班号（如CZ3101）
飞机类型
动态状态：
三维位置（经纬度、高度）
速度（地速、爬升/下降率）
航向、转弯速率
状态标志：
紧急情况（紧急、通信失效、非法干扰）
ADS-B性能等级
GNSS完整性状态
每0.5秒发送一次，更新率远高于传统雷达（约4–12秒）。
3.4 应用场景
3.4.1 民航防撞系统（TCAS增强）
传统TCAS（Traffic Alert and Collision Avoidance System）依赖二次雷达应答信号获取邻机信息，响应慢且精度低。新一代ACAS X系统融合ADS-B数据，实现：
更早发现潜在冲突
更精确计算规避轨迹
支持垂直与水平联合避让
减少虚警率
3.4.2 空中交通管制（ATC）
监视替代：在雷达覆盖盲区（如海洋、山区）部署ADS-B地面站，实现低成本全域监视。
自由航路运行：飞行员可申请点对点航线，无需沿固定航路飞行。
缩小间隔标准：在ADS-B环境下，航路间隔可从10分钟缩短至3分钟。
3.4.3 无人机空域管理
随着低空开放与无人机产业爆发，ADS-B成为实现“感知与避让”（See-and-Avoid）的关键技术。
大疆Matrice 300 RTK、亿航eVTOL等高端平台已集成ADS-B In/Out功能；
美国FAA规定重量超过0.55磅（250克）的无人机在管制空域必须具备ADS-B能力（未来趋势）；
通过UAT链路支持城市无人机物流、巡检等复杂运行场景。
4 军用与民用识别系统对比分析
尽管IFF与ADS-B均用于目标识别，但二者在设计理念、安全机制与应用场景上存在本质差异。下表从多个维度进行系统性对比：
4.1 安全性对比：加密与否的根本分歧
IFF：采用端到端加密，只有持有合法密钥的平台才能生成有效应答。敌方即使截获信号，也无法伪造合法响应。Mode 5甚至支持“非对称加密”，实现数学意义上的安全认证。
ADS-B：所有信息均为明文广播，任何具备SDR（软件定义无线电）设备的人都可监听甚至伪造航班信息。已有研究证实可通过“ghost aircraft attack”制造虚假目标，扰乱空中交通秩序。
4.2 抗干扰能力差异
IFF：使用扩频技术（如DSSS，直接序列扩频）和跳频（FHSS）机制，信号带宽远大于常规通信信号，具有极强的抗窄带干扰与拦截能力。例如，Mode 5采用低截获概率（LPI）设计，使敌方难以定位发射源。同时，询问信号可采用定向天线发送，进一步降低暴露风险。
ADS-B：工作在开放频段（1090 MHz），信号为固定格式的脉冲序列，极易受到有意或无意干扰。常见威胁包括：
压制式干扰：通过大功率噪声阻塞1090 MHz频段，导致所有ADS-B接收失效；
欺骗式干扰：伪造多个虚假飞行器信号，制造“幽灵交通”，误导空管系统；
GNSS依赖性：一旦GPS被干扰或欺骗，ADS-B广播的位置信息即不可信，形成“正确传播错误信息”的严重问题。
据美国MITRE公司实验显示，在城市环境中，仅需几瓦功率的便携式干扰器即可影响方圆数十公里内的ADS-B信号接收。
4.3 应用哲学的根本差异
这种设计哲学的差异源于应用场景的本质区别：
在战场上，隐藏己方存在、防止身份泄露是首要任务，因此IFF采用“沉默即安全”的原则；
在民航空域中，提高透明度、实现协同避让是核心需求，因此ADS-B鼓励“主动暴露”以增强整体态势感知。
5 关键挑战与技术风险
尽管IFF与ADS-B已在各自领域取得广泛应用，但面对日益复杂的电磁环境与新型威胁，仍面临诸多挑战。
5.1 欺骗风险：敌方可伪造 IFF 信号？
虽然Mode 4/5具备强大加密能力，但在特定条件下仍存在被突破的风险：
（1）密钥泄露
若敌方通过物理捕获设备（如击落飞机、渗透维修系统）获取加密模块（如KIV-77）或密钥文件，则可复制合法应答行为。历史上曾发生多起因密钥管理不当导致的情报泄露事件。
（2）侧信道攻击
通过分析应答信号的时间特性、功耗波动或射频指纹，推测内部加密状态。研究表明，某些老式IFF系统存在时序漏洞，可能被用于推测密钥轮次。
（3）中继攻击（Relay Attack）
敌方在远方捕获真实友军的应答信号，并实时转播至前线战场，制造“虚拟友机”，误导防空系统。此类攻击在无线安防领域已有成功案例。
（4）AI驱动的协议逆向
利用深度学习模型对大量截获的IFF信号进行模式识别，尝试推断加密算法结构或预测响应序列。尽管目前尚无公开成功案例，但被视为未来电子战的重要方向。
应对措施：
推进量子密钥分发（QKD）与后量子密码（PQC）在军用通信中的应用；
引入生物特征绑定（如平台固有射频指纹）作为辅助认证手段；
实施动态密钥更新机制（如每分钟更换一次会话密钥）。
5.2 ADS-B 的伪造与滥用问题
ADS-B因缺乏身份认证机制，已成为网络安全研究中的典型脆弱系统。
（1）虚假飞行器注入攻击
攻击者使用低成本SDR（如HackRF、RTL-SDR）即可在1090 MHz频段发射伪造ADS-B消息。2018年，德国研究人员演示了仅用一台笔记本电脑和10美元硬件，在柏林上空“创建”了上百架虚构航班，成功骗过多个公共ADS-B接收站。
（2）位置漂移攻击（Location Spoofing）
无人机或小型飞行器通过GPS欺骗装置，向ADS-B系统输入虚假位置信息，使其出现在错误地点。可用于规避空域限制、伪装飞行路径或制造虚假紧急状况。
（3）拒绝服务攻击
通过持续发送大量ADS-B消息占用信道，造成合法信号无法被接收，类似于网络中的DDoS攻击。
（4）社会工程与舆论操控
伪造重要人物（如总统专机、军事运输机）的飞行轨迹，在社交媒体上传播，引发公众恐慌或政治危机。
缓解方案：
部署多源交叉验证系统，如将ADS-B数据与雷达、MLAT（多点定位）比对；
开发基于机器学习的异常检测算法，识别不合理的飞行行为（如瞬间移动、超高速转弯）；
推动ADS-B with Authentication（ASAS）标准制定，引入轻量级数字签名机制；
在关键空域（如首都、核电站周边）建立ADS-B防火墙，过滤未经认证的目标。
6 典型装备与实战应用
6.1 军用平台：F-35 与 歼-20 的识别系统集成
F-35 Lightning II
作为第五代战斗机的代表，F-35集成了最先进的综合射频系统（IRFS），其中IFF功能由AN/APX-123（或后续型号AN/APX-127）实现，支持：
Mode 4/5 Level 2 操作
与AN/APG-81有源相控阵雷达深度融合
支持网络化协同识别（NCIF），可在编队内共享识别结果
采用嵌入式加密模块（COMSEC），支持自动密钥加载（AKL）
其优势在于：即使在GPS拒止环境下，仍可通过惯导+数据链维持高可信度身份认证，确保在强对抗环境中执行“穿透型制空”任务。
歼-20 隐身战斗机
中国歼-20装备了国产化综合航电系统，具备类似的先进识别能力：
支持多种IFF模式，包括兼容北约标准的能力（用于国际演习）
采用跳频与低截获设计，降低被探测概率
与霹雳-15远程空空导弹的数据链协同，实现“发射后锁定”与目标确认
可能集成北斗增强型定位与加密通信模块，提升自主可控性
据公开报道，歼-20曾在南海演训中成功识别并驱离外军侦察机，体现了其识别系统的实战效能。
6.2 民用平台：波音737 与 大疆无人机 的 ADS-B 实践
波音737 MAX 系列
现代波音737飞机标配Garmin GES-600或Honeywell IFDR-850等ADS-B Out设备，满足FAA 2020强制要求。
每秒广播一次位置、高度、速度信息
与TCAS II系统联动，实现自动避撞
在阿拉斯加等雷达盲区，ADS-B成为主要监视手段
支持FANS-1/A通信协议，与空管实现数据链交互
大疆无人机（如Matrice 350 RTK）
为适应城市复杂空域管理需求，大疆高端行业无人机已集成ADS-B In功能：
可实时接收周边民航客机、直升机的ADS-B信号
在DJI Pilot 2 App中以图形化方式显示空中交通态势
当检测到潜在冲突时，自动发出警报或触发避让动作
结合北斗高精度定位，支持在机场附近安全作业
此举标志着消费级与工业级无人机正逐步融入国家空管体系，迈向“城市空中交通”（UAM）时代。
7 未来发展趋势
7.1 向通导融合与智能识别演进
（1）通信-导航-识别一体化（CNIR）
未来航电系统将打破传统子系统边界，实现三者深度融合。例如：
利用5G-A或6G NTN（非地面网络）传输加密识别信息；
在LEO卫星星座中集成PNT与身份认证服务；
通过软件定义无线电（SDR）动态切换IFF、ADS-B、TACAN等模式。
（2）AI驱动的目标意图识别
结合ADS-B轨迹数据、气象信息、空域规则与历史行为库，利用深度学习模型预测飞行器意图：
识别异常飞行模式（可能为劫机或失控）
预判潜在冲突并提前告警
辅助空中交通管制员决策
此类系统已在NASA与Eurocontrol的实验平台中验证。
7.2 量子身份认证的探索
基于量子纠缠与不可克隆原理，量子敌我识别（Quantum IFF）正在成为前沿研究方向：
发送方与接收方共享纠缠光子对；
任何窃听行为都会破坏量子态，立即被发现；
实现理论上“绝对安全”的身份验证。
虽然目前受限于传输距离与环境稳定性，但已在实验室实现百公里级光纤验证。未来可能用于战略预警平台间的高密级通信认证。
7.3 区块链赋能的可信身份管理
针对ADS-B缺乏中心认证的问题，有学者提出基于区块链的分布式身份系统（DID）：
每架飞行器注册去中心化身份（DID）；
飞行数据经数字签名后上链存证；
接收方可验证签名有效性，确认来源真实性；
支持智能合约自动执行空域准入策略。
该方案虽处于概念阶段，但为解决大规模无人机身份可信问题提供了新思路。
8 结语
识别系统作为航空电子系统的“数字身份证机制”，在保障飞行安全与作战效能方面发挥着不可替代的作用。本文系统回顾了军用敌我识别（IFF）与民用广播监视（ADS-B）两大技术体系的发展历程、工作原理、安全机制与典型应用，揭示了其在加密、抗干扰、信息共享等方面的根本差异。
IFF系统以安全性、保密性、抗欺骗性为核心，通过Mode 5等加密协议实现战场环境下的高可信身份认证，是现代信息化战争中网络中心战与多平台协同的基础支撑；而ADS-B则以开放性、实时性、经济性为导向，通过持续广播提升空域透明度，成为新一代空管系统（如NextGen、SESAR）的基石。
然而，两者均面临严峻挑战：IFF需应对密钥管理与量子计算威胁，ADS-B则亟需解决伪造与依赖GNSS的脆弱性问题。未来识别系统的发展将呈现三大趋势：
安全强化：引入后量子密码、量子认证、区块链等新技术；
智能融合：结合AI实现意图识别与自主决策；
通导一体：打破系统壁垒，构建统一的空天信息网络。
对于我国而言，应在持续推进北斗系统全球服务能力的同时，加快高端IFF芯片、加密模块与抗干扰算法的自主研发；推动ADS-B与低空监管平台深度融合，构建安全、高效、智能的国家空域治理体系。唯有如此，方能在未来空天竞争中占据主动地位。
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