Identificación amigo o enemigo

Ya antes del despliegue de su sistema de radar Chain Home (CH), la RAF había considerado el problema del IFF (Identificación Amigo Indiviso). Robert Watson-Watt había presentado patentes sobre dichos sistemas en 1935 y 1936. En 1938, investigadores de Bawdsey Manor comenzaron experimentos con "reflectores" que consistían en antenas dipolo sintonizadas para resonar con la frecuencia primaria de los radares CH. Cuando un pulso del transmisor CH impactaba en la aeronave, las antenas resonaban durante un breve instante, aumentando la cantidad de energía devuelta al receptor CH. La antena estaba conectada a un interruptor motorizado que la cortocircuitaba periódicamente, impidiendo que produjera una señal. Esto provocaba que la señal de retorno en el sistema CH se alargara y acortara periódicamente al encender y apagar la antena. En la práctica, se comprobó que el sistema era demasiado poco fiable para su uso; la señal de retorno dependía en gran medida de la dirección en la que se movía la aeronave con respecto a la estación CH, y a menudo devolvía poca o ninguna señal adicional. ^{[ 12 ]}

Desde el principio se sospechaba que este sistema sería de poca utilidad práctica. Cuando esto se confirmó, la RAF recurrió a un sistema completamente diferente que también se había planificado. Este consistía en un conjunto de estaciones de seguimiento que utilizaban radiogoniómetros HF/DF . Las radios de comunicaciones de voz de las aeronaves se modificaron para emitir un tono de 1 kHz durante 14 segundos cada minuto, lo que permitía a las estaciones tiempo suficiente para medir la dirección de la aeronave. Varias de estas estaciones se asignaron a cada "sector" del sistema de defensa aérea y enviaban sus mediciones a una estación de trazado en el cuartel general del sector, que utilizaba la triangulación para determinar la ubicación de la aeronave. Conocido como " pip-squeak ", el sistema funcionaba, pero requería mucha mano de obra y no mostraba la información directamente a los operadores del radar; la información debía transmitirse por teléfono. Era claramente deseable un sistema que funcionara directamente con el radar. ^{[ 13 ]} 

El primer transpondedor IFF activo (transmisor/receptor) fue el IFF Mark I, que se utilizó experimentalmente en 1939. Este empleaba un receptor regenerativo que realimentaba una pequeña cantidad de la señal amplificada a la entrada, amplificando considerablemente incluso las señales débiles, siempre que fueran de una sola frecuencia (como el código Morse, pero a diferencia de las transmisiones de voz). Estaban sintonizados a la señal del radar CH (20-30  MHz), amplificándola con tal intensidad que se retransmitía a través de la antena de la aeronave. Dado que la señal se recibía al mismo tiempo que el reflejo original de la señal CH, el resultado era un pulso prolongado en la pantalla del CH, fácilmente identificable. Durante las pruebas, se observó que la unidad a menudo saturaba la señal del radar o producía una señal demasiado débil para ser detectada, y, al mismo tiempo, se estaban introduciendo nuevos radares que utilizaban nuevas frecuencias.

En lugar de poner en producción el Mark I, a principios de 1940 se introdujo un nuevo IFF Mark II. El Mark II tenía una serie de sintonizadores separados en su interior, sintonizados a diferentes bandas de radar que cambiaban mediante un interruptor motorizado, mientras que un control automático de ganancia resolvía el problema de que emitiera demasiada señal. El Mark II estaba técnicamente completo al comienzo de la guerra, pero la falta de unidades hizo que no estuviera disponible en grandes cantidades y solo un pequeño número de aviones de la RAF lo llevaba para la época de la Batalla de Inglaterra . El Pip-squeak se mantuvo en funcionamiento durante este período, pero al finalizar la batalla, el IFF Mark II se puso rápidamente en pleno funcionamiento. El Pip-squeak se siguió utilizando para áreas sobre tierra donde el CH no tenía cobertura, así como un sistema de guiado de emergencia. ^{[ 14 ]}

Ya en 1940, el complejo sistema Mark II estaba llegando a sus límites, mientras que constantemente se introducían nuevos radares. En 1941, se presentaron varios submodelos que abarcaban diferentes combinaciones de radares, como los navales comunes o los utilizados por la RAF. Sin embargo, la introducción de radares basados ​​en el magnetrón de cavidad de frecuencia de microondas dejó obsoleto este sistema; sencillamente, no había forma de fabricar un receptor que operara en esta banda con la electrónica de la época.

En 1940, el ingeniero inglés Freddie Williams sugirió utilizar una única frecuencia independiente para todas las señales IFF, pero en aquel momento no parecía haber una necesidad imperiosa de modificar el sistema existente. Con la introducción del magnetrón, se comenzó a trabajar en este concepto en el Centro de Investigación de Telecomunicaciones, dando lugar al sistema IFF Mark III . Este se convertiría en el estándar para los Aliados occidentales durante la mayor parte de la guerra.

Los transpondedores Mark III fueron diseñados para responder a "interrogadores" específicos, en lugar de responder directamente a las señales de radar recibidas. Estos interrogadores funcionaban en una selección limitada de frecuencias, independientemente del radar con el que estuvieran emparejados. El sistema también permitía una comunicación limitada, incluyendo la capacidad de transmitir una respuesta de " mayday " codificada. Los equipos IFF fueron diseñados y fabricados por Ferranti en Manchester según las especificaciones de Williams. Se fabricaron equipos equivalentes en EE. UU., inicialmente como copias de los equipos británicos, para que las aeronaves aliadas pudieran ser identificadas al ser interrogadas por el radar de cada bando. ^{[ 14 ]}

Los sistemas IFF eran de alto secreto. Por lo tanto, muchos de ellos estaban equipados con explosivos en caso de que la tripulación se eyectara o realizara un aterrizaje forzoso. Jerry Proc informa:

Junto al interruptor de encendido de la unidad se encontraba el interruptor de autodestrucción del IFF para evitar que cayera en manos del enemigo. Muchos pilotos elegían el interruptor equivocado y hacían explotar su unidad IFF. El estruendo de una explosión contenida y el olor acre del aislamiento quemado en la cabina no disuadían a muchos pilotos de destruir las unidades IFF una y otra vez. Finalmente, el interruptor de autodestrucción se aseguró con un cable delgado para evitar su uso accidental. ^{[ 15 ]}

El Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos llevaba trabajando en su propio sistema IFF desde antes de la guerra. Utilizaba una única frecuencia de interrogación, como el Mark III, pero se diferenciaba en que empleaba una frecuencia de respuesta independiente. Responder en una frecuencia distinta ofrece varias ventajas prácticas, sobre todo que la respuesta de un IFF no puede activar otro IFF en otra aeronave. Sin embargo, requiere un transmisor completo para la parte del circuito de respuesta, a diferencia del sistema regenerativo mucho más simplificado utilizado en los diseños británicos. Esta técnica se conoce ahora como transpondedor de banda cruzada .

Cuando el Mark II se presentó en 1941 durante la Misión Tizard , se decidió utilizarlo y aprovechar el tiempo para perfeccionar el sistema experimental. El resultado fue el IFF Mark IV. La principal diferencia con los modelos anteriores radicaba en que operaba a frecuencias más altas, alrededor de 600  MHz, lo que permitía antenas mucho más pequeñas. Sin embargo, esta frecuencia también resultó ser cercana a la del radar alemán de Würzburg , lo que generó preocupación por su posible activación y la detección de las respuestas del transpondedor en su pantalla. Esto revelaría inmediatamente las frecuencias operativas del IFF.

Esto propició un esfuerzo conjunto entre Estados Unidos y Gran Bretaña para crear un modelo aún más mejorado, el Mark V, también conocido como Baliza de las Naciones Unidas o UNB. Este modelo operaba en frecuencias aún más altas, alrededor de 1  GHz, pero las pruebas operativas no habían concluido al finalizar la guerra. Para cuando se terminaron las pruebas en 1948, el Mark X, mucho más avanzado, comenzaba sus pruebas y el Mark V fue abandonado.

En 1945, Emile Labin y Edwin Turner presentaron patentes para sistemas IFF de radar en los que la señal de radar saliente y la señal de respuesta del transpondedor podían programarse independientemente con códigos binarios mediante la configuración de conjuntos de interruptores; esto permitía variar el código IFF de un día a otro o incluso de una hora a otra. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

Mark X comenzó como un dispositivo puramente experimental que operaba a frecuencias superiores a 1  GHz; el nombre se refiere a "experimental", no a "número 10". A medida que continuaba el desarrollo, se decidió introducir un sistema de codificación conocido como "Selective Identification Feature" (SIF). SIF permitía que la señal de retorno contuviera hasta 12 pulsos, que representaban cuatro dígitos octales de 3 bits cada uno. Dependiendo de la temporización de la señal de interrogación, SIF respondía de varias maneras. El modo 1 indicaba el tipo de aeronave o su misión (carga o bombardero, por ejemplo), mientras que el modo 2 devolvía un código de cola .

El sistema Mark X comenzó a implementarse a principios de la década de 1950. Esto coincidió con un período de gran expansión del transporte aéreo civil, y se decidió utilizar también sistemas Mark X ligeramente modificados para estas aeronaves. Estos sistemas incluían un nuevo Modo 3 militar, prácticamente idéntico al Modo 2, que devolvía un código de cuatro dígitos, pero utilizaba un pulso de interrogación diferente, lo que permitía a la aeronave identificar si la consulta provenía de un radar militar o civil. Para las aeronaves civiles, este mismo sistema se conocía como Modo A, y debido a su identidad, generalmente se les denomina Modo 3/A.

Durante este proceso también se introdujeron varios modos nuevos. Se definieron los modos civiles B y D, pero nunca se utilizaron. El modo C respondía con un número de 12 bits codificado mediante el código Gillham , que representaba la altitud como (ese número) x 100 pies - 1200. Los sistemas de radar pueden localizar fácilmente una aeronave en dos dimensiones, pero medir la altitud es un problema más complejo y, especialmente en la década de 1950, aumentó significativamente el costo del sistema de radar. Al incorporar esta función al IFF, se podía obtener la misma información con un costo adicional mínimo, esencialmente el de agregar un digitalizador al altímetro de la aeronave .

Los interrogadores modernos suelen enviar una serie de desafíos en el Modo 3/A y luego en el Modo C, lo que permite al sistema combinar la identidad de la aeronave con su altitud y ubicación a partir del radar.

El sistema IFF actual es el Mark XII. Este funciona en las mismas frecuencias que el Mark X y es compatible con todos sus modos militares y civiles.

Desde hacía tiempo se consideraba problemático que las respuestas del IFF pudieran activarse mediante cualquier interrogatorio bien formulado, y que dichas señales consistieran simplemente en dos pulsos cortos de una sola frecuencia. Esto permitía a los transmisores enemigos activar la respuesta y, mediante triangulación , determinar la ubicación del transpondedor. Los británicos ya habían utilizado esta técnica contra los alemanes durante la Segunda Guerra Mundial, y la USAF la empleó contra aeronaves de la VPAF durante la Guerra de Vietnam .

El Mark XII se diferencia del Mark X por la incorporación del nuevo Modo 4 militar. Este funciona de manera similar al Modo 3/A, donde el interrogador envía una señal a la que responde el IFF. Sin embargo, existen dos diferencias clave.

Una de las particularidades es que al pulso de interrogación le sigue un código de 12 bits similar a los que envían los transpondedores Mark 3. El número codificado cambia a diario. Cuando el transpondedor de la aeronave recibe y decodifica el número, se aplica una codificación criptográfica adicional. Si el resultado de esta operación coincide con el valor marcado en el IFF de la aeronave, el transpondedor responde con una respuesta en Modo 3, como antes. Si los valores no coinciden, no responde.

Esto resuelve el problema de que el transpondedor de la aeronave responda a interrogaciones falsas, pero no soluciona por completo el problema de localizar la aeronave mediante triangulación. Para resolver este problema, se añade un retardo a la señal de respuesta que varía según el código enviado por el interrogador. Cuando la recibe un enemigo que no ve el pulso de interrogación, lo cual suele ocurrir, ya que a menudo se encuentran por debajo del horizonte del radar , esto provoca un desplazamiento aleatorio de la señal de retorno con cada pulso. Localizar la aeronave dentro del conjunto de retornos es un proceso difícil.

Durante la década de 1980, se añadió un nuevo modo civil, el Modo S, que permitía codificar una cantidad mucho mayor de datos en la señal recibida. Este modo se utilizaba para codificar la ubicación de la aeronave a partir del sistema de navegación. Este es un componente fundamental del sistema de prevención de colisiones de tráfico (TCAS), que permite a las aeronaves comerciales conocer la ubicación de otras aeronaves en la zona y evitarlas sin necesidad de operadores en tierra.

Los conceptos básicos del Modo S se militarizaron posteriormente como Modo 5, que es simplemente una versión codificada criptográficamente de los datos del Modo S.

Los sistemas IFF de la Segunda Guerra Mundial y los sistemas militares soviéticos (1946 a 1991) utilizaban señales de radar codificadas (denominadas interrogación de banda cruzada o CBI) para activar automáticamente el transpondedor de la aeronave iluminada por el radar. La identificación de aeronaves basada en radar también se denomina radar de vigilancia secundaria, tanto en el ámbito militar como civil, donde el radar primario emite un pulso de radiofrecuencia hacia la aeronave para determinar su posición. George Charrier, que trabajaba para RCA , solicitó una patente para un dispositivo IFF de este tipo en 1941. Requería que el operador realizara varios ajustes en el receptor del radar para suprimir la imagen del eco natural en el receptor, de modo que fuera posible el examen visual de la señal IFF. ^{[ 18 ]}