تحديد الصديق أو العدو

قبل نشر نظام رادار "تشين هوم " (CH)، كان سلاح الجو الملكي البريطاني قد درس مشكلة تحديد هوية الصديق والعدو (IFF). وقدّم روبرت واتسون-وات براءات اختراع لأنظمة مماثلة في عامي 1935 و1936. وبحلول عام 1938، بدأ باحثون في باودسي مانور تجارب على "عاكسات" تتكون من هوائيات ثنائية القطب مضبوطة على التردد الأساسي لرادارات "تشين هوم". عندما تصطدم نبضة من جهاز إرسال "تشين هوم" بالطائرة، ترن الهوائيات لفترة وجيزة، مما يزيد من كمية الطاقة المُعادة إلى مستقبل "تشين هوم". كان الهوائي متصلاً بمفتاح آلي يقوم بفصله دوريًا، مانعًا إياه من إرسال إشارة. تسبب هذا في تذبذب طول وقصر الإشارة المُعادة على جهاز "تشين هوم" مع تشغيل الهوائي وإيقافه. عمليًا، تبيّن أن النظام غير موثوق به بما يكفي للاستخدام؛ إذ كانت الإشارة المُعادة تعتمد بشكل كبير على اتجاه حركة الطائرة بالنسبة لمحطة "تشين هوم"، وغالبًا ما كانت تُعيد إشارة ضئيلة أو معدومة. ^{[ 12 ]}

كان يُشتبه منذ البداية في أن هذا النظام لن يكون ذا فائدة تُذكر عمليًا. وعندما تبيّن ذلك، لجأ سلاح الجو الملكي البريطاني إلى نظام مختلف تمامًا كان قد خُطط له أيضًا. يتألف هذا النظام من مجموعة من محطات التتبع التي تستخدم أجهزة تحديد اتجاه الراديو HF/DF . تم تعديل أجهزة الراديو الخاصة بالاتصالات الصوتية للطائرات لإرسال نغمة بتردد 1 كيلوهرتز لمدة 14 ثانية كل دقيقة، مما يتيح للمحطات وقتًا كافيًا لقياس اتجاه الطائرة. تم تخصيص عدة محطات من هذا النوع لكل "قطاع" من نظام الدفاع الجوي، وأرسلت قياساتها إلى محطة رسم الخرائط في مقر القطاع، والتي استخدمت التثليث لتحديد موقع الطائرة. عُرف هذا النظام باسم " بيب-سكويك "، وقد نجح، ولكنه كان يتطلب جهدًا بشريًا كبيرًا ولم يعرض معلوماته مباشرةً لمشغلي الرادار، بل كان لا بد من إرسال المعلومات إليهم عبر الهاتف. من الواضح أن نظامًا يعمل مباشرةً مع الرادار كان مرغوبًا فيه. ^{[ 13 ]} 

كان أول جهاز إرسال/استقبال نشط لنظام تحديد هوية الصديق والعدو (IFF) هو جهاز IFF Mark I، الذي استُخدم تجريبيًا عام 1939. استخدم هذا الجهاز مستقبلًا تجديديًا ، يُعيد جزءًا صغيرًا من الإشارة المُضخّمة إلى المدخل، مُضخّمًا بقوة حتى الإشارات الضعيفة طالما كانت بتردد واحد (مثل شفرة مورس، ولكن على عكس الإرسال الصوتي). تمت معايرة هذه الأجهزة على إشارة رادار CH (20-30  ميجاهرتز)، مُضخّمةً إياها بقوة لدرجة أنها بُثّت عائدةً عبر هوائي الطائرة. ونظرًا لاستقبال الإشارة في نفس وقت انعكاس إشارة CH الأصلية، كانت النتيجة ظهور ومضة طويلة على شاشة CH، يسهل تمييزها. أثناء الاختبار، تبيّن أن الجهاز غالبًا ما يُطغى على إشارة الرادار أو يُنتج إشارة ضعيفة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها، وفي الوقت نفسه، كانت تُطرح رادارات جديدة تستخدم ترددات جديدة.

بدلاً من إنتاج جهاز مارك 1، تم طرح جهاز تعريف الصديق والعدو الجديد مارك 2 في أوائل عام 1940. احتوى مارك 2 على سلسلة من الموالفات المنفصلة الداخلية، مضبوطة على نطاقات رادار مختلفة، يتم التنقل بينها باستخدام مفتاح آلي، بينما حلّ نظام التحكم التلقائي في الكسب مشكلة إرسال إشارة زائدة. كان مارك 2 مكتملاً تقنياً مع بداية الحرب، لكن نقص الأجهزة حال دون توفره بكميات كافية، ولم يحمله سوى عدد قليل من طائرات سلاح الجو الملكي البريطاني بحلول وقت معركة بريطانيا . استمر تشغيل نظام "بيب-سكويك" خلال هذه الفترة، ولكن مع انتهاء المعركة، تم تشغيل جهاز تعريف الصديق والعدو مارك 2 بالكامل بسرعة. استمر استخدام "بيب-سكويك" في المناطق البرية التي لم يغطها نظام "سي إتش"، بالإضافة إلى استخدامه كنظام توجيه للطوارئ. ^{[ 14 ]}

حتى بحلول عام 1940، كان نظام مارك 2 المعقد قد بلغ حدوده القصوى، في حين كانت الرادارات الجديدة تُطرح باستمرار. وبحلول عام 1941، طُرحت عدة نماذج فرعية تغطي تركيبات مختلفة من الرادارات، منها الرادارات البحرية الشائعة، أو تلك التي يستخدمها سلاح الجو الملكي البريطاني. إلا أن ظهور الرادارات القائمة على مغنطرون التجويف بترددات الميكروويف جعل هذا النظام عتيقًا؛ إذ لم يكن من الممكن ببساطة صنع جهاز استجابة يعمل في هذا النطاق باستخدام الإلكترونيات المعاصرة.

في عام ١٩٤٠، اقترح المهندس الإنجليزي فريدي ويليامز استخدام تردد واحد منفصل لجميع إشارات نظام تحديد الصديق والعدو (IFF)، ولكن في ذلك الوقت لم تكن هناك حاجة ملحة لتغيير النظام القائم. مع ظهور المغنطرون، بدأ العمل على هذا المفهوم في مؤسسة أبحاث الاتصالات تحت مسمى نظام تحديد الصديق والعدو (IFF) مارك ٣. وقد أصبح هذا النظام المعيار المعتمد لدى الحلفاء الغربيين طوال معظم فترة الحرب.

صُممت أجهزة الإرسال والاستقبال من طراز مارك 3 للاستجابة لـ"أجهزة استجواب" محددة، بدلاً من الاستجابة مباشرةً لإشارات الرادار المُستقبلة. عملت هذه الأجهزة على نطاق محدود من الترددات، بغض النظر عن نوع الرادار المُقترن بها. كما سمح النظام بإجراء اتصالات محدودة، بما في ذلك إمكانية إرسال نداء استغاثة مشفر " مايداي ". صُممت أجهزة تحديد هوية الصديق والعدو (IFF) وبُنيت بواسطة شركة فيرانتي في مانشستر وفقًا لمواصفات ويليامز. صُنعت أجهزة مماثلة في الولايات المتحدة، في البداية كنسخ من الأجهزة البريطانية، بحيث يتم التعرف على طائرات الحلفاء عند استجوابها بواسطة رادارات بعضها البعض. ^{[ 14 ]}

كانت أجهزة تحديد الهوية (IFF) سرية للغاية. ولذلك، زُوِّد العديد منها بمتفجرات تحسبًا لقفز الطاقم بالمظلات أو هبوطهم الاضطراري. يُفيد جيري بروك بما يلي:

إلى جانب مفتاح تشغيل الوحدة، كان هناك مفتاح تدمير نظام تحديد الهوية (IFF) لمنع استيلاء العدو عليه. وقد اختار العديد من الطيارين المفتاح الخطأ، مما أدى إلى تفجير وحداتهم. ولم يمنع دوي الانفجار المحصور ورائحة العزل المحترق النفاذة في قمرة القيادة العديد من الطيارين من تدمير وحدات نظام تحديد الهوية مرارًا وتكرارًا. وفي النهاية، تم تأمين مفتاح التدمير الذاتي بسلك رفيع لمنع استخدامه عن طريق الخطأ. ^{[ 15 ]}

كان مختبر الأبحاث البحرية الأمريكي يعمل على نظام تعريف الصديق والعدو (IFF) الخاص به منذ ما قبل الحرب. استخدم هذا النظام تردد استجواب واحد، مثل نظام مارك 3، لكنه اختلف عنه في استخدامه تردد استجابة منفصل. للاستجابة بتردد مختلف عدة مزايا عملية، أبرزها أن استجابة نظام تعريف الصديق والعدو لا يمكنها تشغيل نظام تعريف صديق وعدو آخر على متن طائرة أخرى. لكن هذا يتطلب جهاز إرسال كامل لجانب الاستجابة من الدائرة، على عكس نظام التجديد المبسط للغاية المستخدم في التصاميم البريطانية. تُعرف هذه التقنية الآن باسم جهاز الإرسال والاستقبال متعدد النطاقات .

عندما كُشف النقاب عن جهاز مارك 2 عام 1941 خلال مهمة تيزارد ، تقرر استخدامه مع تخصيص الوقت اللازم لمزيد من التطوير لنظامهم التجريبي. وكانت النتيجة ما أصبح يُعرف بجهاز تحديد الصديق والعدو (IFF) مارك 4. ويكمن الاختلاف الرئيسي بين هذا الجهاز والنماذج السابقة في أنه يعمل بترددات أعلى، حوالي 600  ميجاهرتز، مما سمح باستخدام هوائيات أصغر بكثير. ومع ذلك، تبين أن هذا التردد قريب من الترددات التي يستخدمها رادار فورتسبورغ الألماني ، وكانت هناك مخاوف من أن يتم تشغيله بواسطة هذا الرادار، وبالتالي التقاط استجابات جهاز الإرسال والاستقبال على شاشة الرادار. وهذا من شأنه أن يكشف فورًا عن ترددات تشغيل جهاز تحديد الصديق والعدو.

أدى ذلك إلى جهد أمريكي بريطاني مشترك لتطوير نموذج مُحسّن، وهو مارك 5، المعروف أيضًا باسم منارة الأمم المتحدة (UNB). انتقل هذا النموذج إلى ترددات أعلى تصل إلى حوالي 1  جيجاهرتز، لكن الاختبارات التشغيلية لم تكن قد اكتملت عند انتهاء الحرب. وبحلول وقت انتهاء الاختبارات في عام 1948، كان النموذج المُحسّن مارك 10 قد بدأ اختباراته، وتم التخلي عن مارك 5.

في عام 1945، سجّل إميل لابين وإدوين تيرنر براءات اختراع لأنظمة تحديد هوية الصديق والعدو (IFF) الرادارية، حيث يمكن برمجة إشارة الرادار الصادرة وإشارة رد جهاز الإرسال والاستقبال بشكل مستقل باستخدام رموز ثنائية عن طريق ضبط مصفوفات من مفاتيح التبديل؛ مما يسمح بتغيير رمز تحديد هوية الصديق والعدو من يوم لآخر أو حتى من ساعة لأخرى. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

بدأ جهاز مارك إكس كجهاز تجريبي بحت يعمل بترددات أعلى من 1  جيجاهرتز؛ ويشير اسمه إلى "التجريبي" وليس إلى "الرقم 10". ومع استمرار التطوير، تقرر إدخال نظام تشفير يُعرف باسم "ميزة التعريف الانتقائي" (SIF). سمحت هذه الميزة لإشارة العودة باحتواء ما يصل إلى 12 نبضة، تمثل كل منها أربعة أرقام ثمانية ، كل منها مكون من 3 بتات. وبناءً على توقيت إشارة الاستجواب، تستجيب ميزة التعريف الانتقائي بعدة طرق. يشير الوضع 1 إلى نوع الطائرة أو مهمتها (شحن أو قاذفة، على سبيل المثال)، بينما يُعيد الوضع 2 رمز الذيل .

بدأ استخدام نظام مارك إكس في أوائل خمسينيات القرن العشرين، بالتزامن مع فترة توسع كبير في نظام النقل الجوي المدني، حيث تقرر استخدام أجهزة مارك إكس معدلة قليلاً لهذه الطائرات أيضاً. تضمنت هذه الأجهزة نمطاً عسكرياً جديداً (النمط 3) مطابقاً تقريباً للنمط 2، حيث يُعيد رمزاً مكوناً من أربعة أرقام، ولكنه يستخدم نبضة استجواب مختلفة، مما يسمح للطائرة بتحديد ما إذا كان الاستعلام من رادار عسكري أو مدني. بالنسبة للطائرات المدنية، عُرف هذا النظام نفسه باسم النمط أ، ونظراً لتطابقهما، يُعرفان عموماً باسم النمط 3/أ.

تم خلال هذه العملية إدخال عدة أنماط جديدة. تم تعريف النمطين المدنيين B وD، لكنهما لم يُستخدما قط. أما النمط C فكان يستجيب برقم مكون من 12 بت مُشفّر باستخدام شفرة جيلهام ، والذي يُمثل الارتفاع كالتالي: (ذلك الرقم) × 100 قدم - 1200. تستطيع أنظمة الرادار تحديد موقع الطائرة بسهولة في بُعدين، لكن قياس الارتفاع يُعدّ مشكلة أكثر تعقيدًا، وخاصة في خمسينيات القرن الماضي، حيث كان يُضيف تكلفة كبيرة إلى نظام الرادار. من خلال وضع هذه الوظيفة على نظام تعريف الصديق والعدو (IFF)، أمكن الحصول على نفس المعلومات بتكلفة إضافية بسيطة، تُعادل تقريبًا تكلفة إضافة مُحوّل رقمي إلى مقياس الارتفاع الخاص بالطائرة .

تقوم أجهزة الاستجواب الحديثة عمومًا بإرسال سلسلة من التحديات على الوضع 3/أ ثم الوضع ج، مما يسمح للنظام بدمج هوية الطائرة مع ارتفاعها وموقعها من الرادار.

نظام تحديد هوية الصديق والعدو الحالي هو مارك XII. يعمل هذا النظام على نفس الترددات التي يعمل بها مارك X، ويدعم جميع أوضاعه العسكرية والمدنية.

لطالما اعتُبرت مشكلة إمكانية تفعيل استجابات نظام تحديد هوية العدو (IFF) بأي استجواب مُصاغ بشكل صحيح، حيث كانت تلك الإشارات عبارة عن نبضتين قصيرتين بتردد واحد. سمح هذا لأجهزة الإرسال المعادية بتفعيل الاستجابة، وباستخدام التثليث ، تمكن العدو من تحديد موقع جهاز الإرسال والاستقبال. سبق للبريطانيين استخدام هذه التقنية ضد الألمان خلال الحرب العالمية الثانية، واستخدمتها القوات الجوية الأمريكية ضد طائرات القوات الجوية الفيتنامية خلال حرب فيتنام .

يختلف جهاز مارك 12 عن جهاز مارك 10 بإضافة الوضع العسكري الجديد رقم 4. يعمل هذا الوضع بطريقة مشابهة للوضع 3/أ، حيث يرسل جهاز الاستجواب إشارة يستجيب لها نظام تحديد الهوية. ومع ذلك، هناك فرقان رئيسيان.

أحدها هو أن نبضة الاستجواب تتبعها شفرة مكونة من 12 بت، مشابهة لتلك التي ترسلها أجهزة الإرسال والاستقبال من طراز Mark 3. يتغير الرقم المشفر يوميًا. عند استلام الرقم وفك تشفيره في جهاز الإرسال والاستقبال الخاص بالطائرة، يتم تطبيق تشفير إضافي. إذا تطابقت نتيجة هذه العملية مع القيمة المُدخلة في نظام تحديد هوية الصديق والعدو (IFF) في الطائرة، يرد جهاز الإرسال والاستقبال باستجابة من النمط 3 كما في السابق. أما إذا لم تتطابق القيم، فلا يرد الجهاز.

يحل هذا مشكلة استجابة جهاز الإرسال والاستقبال في الطائرة لاستجوابات خاطئة، ولكنه لا يحل تمامًا مشكلة تحديد موقع الطائرة عبر التثليث. ولحل هذه المشكلة، يُضاف تأخير إلى إشارة الاستجابة، يختلف باختلاف الشفرة المرسلة من جهاز الاستجواب. وعندما يستقبل العدو هذه الإشارة، وهو ما يحدث غالبًا نظرًا لوجوده خارج نطاق الرادار ، يتسبب ذلك في إزاحة عشوائية لإشارة العودة مع كل نبضة. ويُعدّ تحديد موقع الطائرة ضمن مجموعة إشارات العودة عمليةً معقدة.

خلال ثمانينيات القرن الماضي، أُضيف نمط مدني جديد، يُعرف بالنمط S، سمح بتشفير كميات أكبر بكثير من البيانات في الإشارة المُسترجعة. استُخدم هذا النمط لتشفير موقع الطائرة من نظام الملاحة. يُعد هذا جزءًا أساسيًا من نظام تجنب الاصطدام الجوي (TCAS)، الذي يُتيح للطائرات التجارية معرفة مواقع الطائرات الأخرى في المنطقة وتجنبها دون الحاجة إلى مشغلين أرضيين.

ثم تم تحويل المفاهيم الأساسية من الوضع S إلى الوضع 5، وهو ببساطة نسخة مشفرة تشفيرياً من بيانات الوضع S.

استخدمت أنظمة تحديد هوية الصديق والعدو (IFF) في الحرب العالمية الثانية والأنظمة العسكرية السوفيتية (من عام 1946 إلى عام 1991) إشارات رادار مشفرة (تُعرف باسم الاستجواب عبر النطاقات، أو CBI) لتفعيل جهاز الإرسال والاستقبال الخاص بالطائرة تلقائيًا عند رصدها بواسطة الرادار. يُطلق على تحديد هوية الطائرات باستخدام الرادار أيضًا اسم رادار المراقبة الثانوي في كل من الاستخدامات العسكرية والمدنية، حيث يقوم الرادار الأساسي بعكس نبضة تردد لاسلكي عن الطائرة لتحديد موقعها. تقدم جورج شارير، الذي كان يعمل لدى شركة RCA ، بطلب للحصول على براءة اختراع لجهاز IFF من هذا النوع في عام 1941. تطلب هذا الجهاز من المشغل إجراء عدة تعديلات على مستقبل الرادار لكبح صدى الصوت الطبيعي على مستقبل الرادار، مما يسمح بالفحص البصري لإشارة IFF. ^{[ 18 ]}