DE1946247C3

DE1946247C3 - Nach dem Funk Ruckstrahlprinzip arbeitendes Abfrage Antwort System fur verschiedene Abfragecodes

Info

Publication number: DE1946247C3
Application number: DE19691946247
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Dipl.-Ing. 8031 Eichenau Stein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-09-12
Filing date: 1969-09-12
Publication date: 1973-09-27
Also published as: DE1946247B2; GB1254807A; NL151799B; DE1946247A1; FR2099732A5; NL7013176A

Description

;ode von Zeit zu Zeit aus Sicherheilsgründen geändert i erden kann. Dies hat aber zur Folge, daß nach wie οι über einen gewissen Zeitraum ein bestimmter Tleiehbieitender Code für die Antwortsignale benutzt ,viid und somit eine als Störung gedachte Nachlhmung möglich bleibt und nicht ohne weiteres bei Jem Abfragegerät erkannt werden kann. Ein Zusammenspiel zwischen d< r Codeänderung beim Transponder und der Abfragestalion ist nicht vorgesehen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg anzugeben, auf dem es möglich ist, die Nachahmung und auch die Störung von eigenen Abfragen möglichst weige'iend zu verhindern. Gemäß der Erfindung, welche sich auf ein Abfrage-Antwort-System der eingangs genannten Art bezieht, wird dies dadurch erreicht, daß im Antwortgerät nach dem gleichen Codeprogramm wie beim Abfragegerät und s\ nchron hierzu fortlaufend eine Veränderung des zur Decodierung benutzten Codes vorgenommen wird, d.'.B das Antwortgerät zur Erschwerung von Nachahinungs- oder Störungsmaßnahmen jeweils nur auf in-p der ausgesandten Abfragecodes anspricht und .in Antwortsignal aussendet, wobei /ii t und ganzzah'ig i-u und daß die beim Abfragegerät eingehenden Antwortsignal auch daraufhin untersucht werden, ob diese Antwortsignale auf Grund der benutzten Codierung von einem Antwortgerät kommen können, das hinsichtlich der nicht beantworteten Codes nach dem im Abfragegerät vorhandenen und bekannten Programm arbeitet. Aus dem speziellen Zusammenspiel zwischen Abfrage- und Antwortgerät ist es für einen Störer kaum mehr möglich, durch nachgeahmte Antwortsignal in das System einzudringen, weil diese nachgeahmten Antwortsignale se fort ckannt und von der Auswertung ausgeschlossen werden können.

Weitere Einzelheiten sowie Weiterb ldungen der Erfindung werden an Hand von Zeici.nungen näher erläutert, in denen ils Ausführungsbeisp el ein Seki ndäriadargerät dargestellt und beschrieben ist. Die Erfindung ist aber darüber hinaus auch bei anderen Abfrage-Antwort-Systemen nach dem Funk-Rückstrahlprinzip, z. B. bei der Abfrage von Relaisstationen, Satelliten od. dgl., anwendbar, die eine Verschlüsselung und einen Schutz gegen fremde Störer benötigen.
Es zeigt

Γ i g. 1 ein Blockschaltbild des Abfragegeräts, F i g. 2a bis 2d einen Impulsplan, F i g. 3 ein Blockschaltbild eines Antwortgeräts, F i g. 4 ein Frequenz-Zeitdiagramm. Das Abfragegerät nach F i g. 1 enthält eine an eine Richtantenne 1 angesclilossene Sende/Empfangs-Weiche 2, deren einer Ausgang zu dem Empfänger führt, dem ein Demodulator 5 nachgeschaltet ist. Die empfangenen Antwortsignale gelangen weiterhin zu einem Decodierer 6 und werden anschließend einer Anzeigeeinrichtung 7 zugeführt. Ein Steuersender steht mit dem Sender 8 und dem Empfänger 4 in Verbindung. Die Aufbereitung der für die Abfrage vorgesehenen Codes erfolgt über eine Uhr 10, einen Zähler 11 sowie Zuordner 12, 13 und 14. Die an dem Ausgang dieser Zuordner 12 bis 14 zur Verfugung stehenden Abfragecodes werden einerseits einem Rechner 15 und andererseits einsm Codeauswahlgerät zugeführt, das mit dem Codierer 17 verbunden ist. Der Rechner 15 wird von den Zuordnern 12 bis bzw. von dem Codeauswahigerät 16 mit Informationen über die möglichen und die jeweils tatsächlich ausgesandten Codes versorgt und steuert den Decodierer 6.

Die Erzeugung der einzelnen Abfragecodes wird von der Uhr 10 aus gesteuert, die z. B. aus einem Taktgenerator und aus einem Frequenzteiler besieht. Die Uhr 10 kann von außen her in ihrer Genauigkeit kontrolliert werden. Die Überlegungen hinsichtlich der zulässigen Toleranzen werden im Zusammenhang mit F i g. 4 angestellt. Von dieser Uhr aus wird der ίο Zähler 11 so gesteuert, daß er nach einer bestimmten Zeit einen Zähischritt durchführt. Es ist zweckmäßig, wenn bei jeder Umdrehung üblicher Rundsuchradargeräte der Code mindestens einmal gewechselt wird. Da üblicherweise die Umdrehungszeit T -·-■ I bis 10 Sekünden dauert, soll dementsprechend der Zähler 11 in dieser Zeit mindestens etwa um einen Zählschrill weitergeschaltet werden. Die Häufigkeit des Wechsels des Abfragecodes ist ein Kompromiß zwischen dem technischen Aufwand hinsichtlich der Frequtn «tabilität für die Uhr 10 und der Sicherheit gegen Nachahmer bzw. Störer. Geht man davon us, daß der Zähler 11 ein /i-stufiger Binärzähler odd ein rückgekoppeltes Schieberegister mit /1 Stellen ist, an dessen Ausgängen in systematischer Reihenfolge nacheinander alle möglichen Kombinationen aus /1 Bit erscheinen, so ergeben sich 2" mögliche Ja'Nein-Irformationen an den /1 Ausgängen. Da der Zähler allein infolge seines inneren Aufbaus die verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten nach einem bestimmten 30 Arbeitsplan liefert, könnte ein gegnerischer Beobachter innerhalb einer längeren Beobachtungszeil diesen Arbeitsplan feststellen und dann durch Störung oder Nachahmung in das Abfragesystem eirgreifen. Zwischen dem Zeitnormal 10 und dem Code-Auswahl-35 gerät 16 werden deshalb Mittel vorgesehen, die eine im Antwortgerät reproduzierbare, aber von Code zu Code möglichst unabhängige und das Bildungsgesetz verschleiernde Impulsverteilung ergeben. Dies ^ann z. B. dadurch erreicht werden, daß den η Ausgängen 40 ni Zuordner nachgeschaltet sind, welche z. B. in Form von Steckern oder einer gedruckten Schaltungsplatte die η Eingänge mit den /1 Ausgängen in einer beliebigen festlegbaren, frei wählbaren Reihenfolge verbinden. Damit lassen sich /1 verschiedene Zuordnungen 45 realisieren. So ergibt z. B. folgende Verteilung am Ausgang des Zählers 11 (n \0)

0 110 1110 0 1

bei Verbindung des dritten Eingangs des Zuordners 5° mit seinem achten Ausgang und des achten Eingangs mit dem dritten Ausgang, folgende Verteilung:

0 10 0 11110 1

Diese Verteilung am Ausgang des Zuordners 55 wird als Code Cl dem Codeauswahlgerät 16 und dem Rechner 15 zugeführt. Da alle Zuordner eine andere Verteilung ergeben, entstehen bei in Zuordnern insgesamt /M Codes. Die beschriebene Auswahl von Codes durch Zuordner stellt nur ein der Erläuterung dienen-⁶⁰ des einfaches Beispiel dar. Normalerweise muß für die Verschlüsselung ein größerer Aufwand getrieben

werden.

Die Verteilung der Codes ist in Fig. 2a im Zeitplan dargestellt. Für diese Verteilung ist angenommen. 65 daß m — 3 ist, d. h. insgesamt drei Codes dem Codeauswahlgerät 16 zur Verfügung stehen und auch nur drei Zuordner vorgesehen sind. Die Codes Cl, C2 und CS sind zeitlich gegeneinander versetzt. Dieser

Versatz wird bei einem Rundsuchradargerät zweckmäßig so vorgenommen, daß je Umdrehungszeit T mindestens ein Codewechsel auftritt. Die Zeit, während der ein bestimmter Code zur Auswahl vorhanden ist, ist dementsprechend größer als die Umdrehungszeit 7" und beträgt im vorliegenden Beispiel 1,5 T, Die Codes Cl, C2 und C3 sind gleichzeitig in der Zeil zwischen il und f3 (diese Zeit entspricht der halben Umdrehungszeit T) im Auswahlgerät 16 vorhanden. Nach dem Zeitpunkt /3 folgt auf den Code Cl der Code C4, nach dem Zeitpunkt tA folgt auf den Code C2 der Code CS usw. Während der Zeit il und /3 sollen q Abfragen ausgesandt werden. Die Auswahl aus den zur Verfügung stehenden Codes durch das Codeauswahlgerät 16 ist beliebig und braucht im Antwortgerät nicht reproduzierbar zu sein. So kann z. B. bei in - 3 und α 12 folgende Codeverteilung im Auswahlgerät 16 hergestellt werden:

C2. Cl, C2, Cl, C2, C3, C2, Cl, C3. Cl, C2, C3.

abwcichung zwischen der Uhr 10 des Abfragegeräls und der Uhr 10o des Antwortgeräts auftritt, symmetrisch zueinander, d. h., die (zeitliche) Mitte von einander entsprechenden Codes C und C* fallen jeweils zusammen (z. B. Cl und Cl*). Von den z. B. während der Zeit /1 bis ti einlaufenden Abfragecodes mit folgender Verteilung

ίο ₂ ei Cl Cl Cl C3
' ' ri ei CX c\ α CK

können Anfragen mit dem Code C3 nach F i g. 2b nicht beantwortet werden, weil der Code C3* im Antwortgerät erst nach der Zeit ti zur Verfügung steht und deshalb nur Antworten auf Abfragen mit den Codes Cl und C2 gegeben werden können. Von einem Antwortgerät nach F i g. 3 kämen demnach folgende Antwortsignale

el, el. c2, r2, el, —,
c2, el,

-, el, r2, —. (2)

_{Amwortgeräl dessen Uhr} j_Oa gegenüber der

ssÄ

_w »5

Zeitpunkt

Ci pis c«i gelang·.!· außerdem zu dem Rechner 15, wo sie für einige Zeit gespeichert und später mit der Codeverteilung der eingehenden Aniwortsigrsale verglichen werden. Außerdem gelangt eine Information über die vom Codeauswahlgerät 16 getroffene Auswahl aus den Codes Cl bis Cm zu dem Rechner IS, die dort ebenfalls gespeichert und zur Auswertung der eingehenden Antwortsignale mit herangezogen wird.

Beim Antwortgerät nach F i g. 3 sind ebenfalls eine Antenne la, eine Sende/Empfangs-Weiche2a, ein Empfänger 4a, Demodulator Sa, Steuergerät 9a sowie Sender 8a vorgesehen. Außerdem ist dem Sender 8a ein Modulator 21 sowie ein Codierer 22 vorgeschaltet, der seinerseits mit einem z. B. die Höhe, Fluggeschw'ndigkeit usw. enthaltenden Informationsspeicher 23 zusammenarbeitet. Ferner ist ein Cryptorechner 24

_γ2, el, c-2, c2, -, c3,

_{hier fat} ^ ^ ^^ ^ _dje ^ _{exaktem Sy}

_{ismus zu crwartende} Verteilung hat, daß aber led.g_{lich eine} Zeitvcnciiebung vorliegt und die Antwortsignale von einem zum eigenen System gehörenden Antwortgerät kommen und deshalb auch zur Aus-Wertung frc gegebe 1 werden können.

_FQr ^B _eine um 2 Sekunden nachgehende Uhr eines Antwortgeräts gegenüber der Uhr 10 nach F i g. 1 «t _{die Codeverteilu in F} j _{2d darge}stellt. Für eine

Abfragecodeverte.lung nach (1) ergibt sich für die Zeit ,1 bis ti fo.gende Verteilung:

vorgcsenen.

Bei dem Antwortgerät nach F i g. 3 sind ferner ebenfalls eine Uhr 10a, ein Zähler 11a sowie m-p Zuordner 12a und 13a vorgesehen. Der Aufbau und die Funktionswege der Uhr Wa, des Zählers 11a, der Zuordner 12a und 13a sowie der Elemente la, 2a, 4a, 5a, 8a und 9a stimmen mit den entsprechend bezeichneten Teilen der F i g. 1 überein. Ein Unterschied besteht lediglich darin, daß an Stelle von m Zuordnern nur m-p Zuordner vorgesehen sind, wobei ρ 1 1 und ganzzahlig ist. Die Uhr 10a im Antwortgerät und die Uhr 10 im Abfragegerät laufen synchron. Außerdem ist der innere Aufbau der Zuordner 12a und 13a gleich dem der Zuordner und 13. Dies hat zur Folge, daß bei jeweils gleichem Zählerstand in den Zählern U und Ha am Ausgang der Zuordner 12 und 12a bzw. 13 und 13a jeweils die gleichen Codes vorliegen. Dem Decoder 20 werden somit bei strengem Synchronismus der Uhr 10 des Abfragegeräts nach Fig. 1, der Uhr 10a und des Antwortgeräts nach F i g. 3 von den Zuordnern 12a, 13a die in Fig. 2b im Zeitplan dargestellten Codes Cl*. C2*, C3*, f'4* usw. zugeführt. Diese Codes C* sind für eine kürzere /cit gültig als die Codes C beim Ahfragegcräl, und zwar für eine Zeit von T 10 Sekunden. Dabei liegen die Codes C*. wenn keine Zcite2, el, el, el, el, —, el, ei,

, Cl, Ci, ·

Diese Verteilung entspricht der beim Zeitplan nac, ^ erhahenen Verteilung der Abfragesignale υ _{Decodef20 bci übe}%_{instimmung an} den

Cryptorechner 24 abgegebene Information derart. daO _{fQr e|nen ankommenden Code c ein korres}pond.erender Code C* in einem der Zuordner 12o oder 13«

die im Informationsspeicher 23 vorhandene Infortna tion dem Antwortsignal angehängt, über den Modu ,_{ator21 dem Sender8fl} aufmoduHen und über du Sende/Empfangs-Weiche 2a und die Antenne ϊ α zun Abfragegerät zurückgestrahlt wird, wo die Auswertuni _der Antwort im Decoder 6 auf Grund der im Rechne 15 gespeichert vorhandenen Informationen über di vorher ausgesandten Code-Verteilungen vorgenommei ^ ^ £ ^ ,„,, _mög,_{ich nur} ^_{jc Fre}^_nd._Feind Kennung zu übertragen und keine weiteren bore seitigen Informationen anzuhängen. Dies hat zn Folge, daß auf einen bestimmten Abfragecode ni mit dem jeweils vorhandenen korrespondierende Abfragende geantwortet wird. Neben den bisher h nandcucn Codes kann im Abfragcgeral eine wci.e,

codierte Information, ζ. B. für einen Tag oder einen bestimmten Einsatz gültige Daten, vorhanden sein. Diese Informationen werden dann zusammen mit den vorher beschriebenen Antwortcodes übertragen.

Zur Erläuterung der Genauigkeitsanforderungen für die Uhr 10a beim Antwortgerät ist in F i g. 4 ein Diagramm dargestellt, welches für Einsatzdauern von 1 bis zu 24 Stunden die Zeitabweichung /I t (Sekunden) in Abhängigkeit von der auf der Abszisse aufgetragenen relativen Frequenzabweichung

AL f

zeigt. Für eine Einsatzdauer von 24 Stunden ergibt sich bei einer maximal zulässigen Zeitabweichung Al von 1 Sekunde eine relative Frequenzabweichung von etwa ΙΟΆ Diese Forderung läßt sich ohne allzu große Schwierigkeiten durch einen Stimmgabel- oder Quarzgenerator realisieren. Werden die Genauigkeitsanforderungen erhöht, so können Quarzgeneratoren mit Thermostaten in Frage kommen. Zu den Zeitfehlern infolge der Ungenauigkeit der Uhren müssen noch die ίο laufzeitabhängigen Zeitunterschiede mit berücksichtigl werden. Es if. zweckmäßig, vor einem Einsatz einen Uhrenvergleich zwischen Abfrage- und Antwortgeräi durchzuführen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

ι 2 mation der Antwortsignale vorgenommen werden Patentansprüche: ^Abfrage-Antwort-System nach einem der vor-

1. Abfrage-Antwort-System, das nach dem Funk- hergehenden Ansprüche, dadurch ß^ek^^nzeich"^e(^ Rückstrahlp-inzip unter Verwendung eines Ab- 5 daß die Codes im Abfragegerat rur eine längere fragegeräles mit einem Codeprogramm arbeitet, Zeit zur Verfügung stehen als die codes oeim bei dem verschiedene Abfragecodes gleichzeitig zur Antwortgerät und daß die Zuordnung einanocr Verfugung stehen, von denen nacheinander m nach entsprechender Codes (z. B. Cl una c ι j *
einer veränderbaren Verteilung ausgesandt werden, genommen ist, daß bei einem Zeitfehler gie.cn r>u ι sowie mindestens eines Antwortgeräts, das bei io die Codes zeitlich gesehen den gleichen Miuei-Übereinstimmung eines ihm vorgegebenen Codes punkt haben.

mit einem ankommenden Code ein Antwortsignal
aussendet, und bei dem nur in bekannter "Weise
codierte Antwortsignale beim Abfragegerät zur
Auswertung zugelassen werden, dadurch ge- 15
kennzeichnet, daß im Antwortgerät nach

dem gleichen Codeprogramm wie beim Abfrage- ... _M a „,,.,„rf

gerät und synchron .»ierzu fortlaufend eine Ver- Die Erfindung bezieht sich auf ein Abfrage-Antwort-

änderung des zur Decodierung benutzten Codes System, das nach dem Funk-Ruckstrahlpr.nz.p unter

vorgenommen wird, daß das Antwortgerät zur 20 Verwendung eines Abfragegerats mit einem _L.oue-

Erschwerung von Nachahmungs- oder Störungs- programm arbeitet, bei dem verschiedene Abirage-

maßnahmen jeweils nur auf m-p der ausgesandten codes gleichzeitig zur Verfugung stehen, von denen

Abfragecodes anspricht und ein Antwortsignal aus- nacheinander m nach einer veränderbaren verteilung

sendet, wobei ρ ι 1 und ganzzahlig ist, und daß ausgesandt werden, sowie mindestens eines Aniwon-

die beim Abfragegerät eingehenden Antwort- 25 geräts, das bei Übereinstimmung eines ihm vorgege-

signale auch daraufhin untersucht werden, ob diese benen Codes mit einem ankommenden Loae ein

Antwortsignale auf Grund der benutzten Codie- Antwortsignal aussendet und bei dem nur in Deicannier

rung von einem Antwortgerät kommen können, Weise codierte Antwortsignale beim Abfragegerat zur

das hinsichtlich der nicht beantworteten Codes Auswertung zugelassen werden,

nach dem im Abfragegerät vorhandenen und be- 30 Es ist aus der deutschen Auslegeschntt » <«» »'*■

kannten Programm arbeitet bekannt, in den Antwortgeräten eines Sekundarradar-

2. Abfrage-Antwort-System nach Anspruch 1, systems Zeitnormale vorzusehen, welche verhindern dadurch gekennzeichnet, daß während der Um- sollen, daß für eine einzige Abfrage mehrere aus etwa drehungszeit eines Rundsichiradargcräis von den der gleichen Richtung kommende und von verscniezur Verfugung stehenden Code mindestens einer 35 denen Antwortgeräten stammende Antworten einwechselt " treffen, die sich gegenseitig beeinträchtigen und eine

3. Abfrage-Antwort-System nach einem der vor- Auswertung der Antworten erschweren bzw. unmoghergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, lieh machen. .
daß zwischen dem Zeitnormal (10) und dem Code- Aus der deutschen Auslegeschrift 1 271 /85 ist es Auswahlgerät (16) des Abfragegeräts und des Ant- 40 bekannt, die Abfrageweisen einer Abfragestation zu wortgeräts Mittel vorgesehen sind, die eine repro- ändern, wobei die Aufeinanderfolge der ^Ab'^ra8^eduzierbare, aber von Code zu Code möglichst weisen im Abfragegerät gespeichert wird, um durch unabhängige Verteilung ergeben. Vergleich mit den eintreffenden Antwortsignalen syn-

4. Abfrage-Antwort-System nach Anspruch 3, chrone und nichtsynchrone Antworten unterscheiden dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitnormal (10) 45 zu können. Bei der Decodiereinrichtung des ^A?frageeinen //-stufigen Binärzähler (11) oder ein rück- geräts sind zeitabhängige Änderungen hinsichtlich der gekoppeltes w-stufiges Schieberegister steuert, dem Codes nicht vorgesehen. Die verwendeten Codes fur m Zuordner (12,13, 14) nachgeschaltet sind, welche die Antwortsignale werden demnach als fest gegeben zwischen ihren // Eingängen und ihren η Ausgängen vorausgesetzt und unterliegen keiner zeitlichen Anfrei wählbare Verbindungen herstellen. 50 derung.

5. Abfrage-Antwort-System nach Anspruch 3 Bei der Aussendung von Abfragesignalen ist es mog- oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ab- lieh, daß diese auch von der gegnerischen Seite aufgefragegerät aus den m während einer bestimmten nommen werden können und durch Vergleich mit den Zeit zur Verfügimg stehenden Codes ein Auswahl- von den Antwortgeräten ausgestrahlten Antwortgerät (16) in statistischer, nicht reproduzierbarer 55 Signalen die Art und Zusammensetzung des Ab -age-Verteilung die jeweils zu einem Antwortgerät aus- codes ermittelt wird. Dadurch kann die gegnerische zusendenden Codes auswählt. Seite zu einer Zeit, in welcher ein Antwortgerät von

6. Abfrage-Antwort-System nach einem der vor- seinem zugehörigen Abfragegerät nicht abgefragt wird, hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, durch Aussendung des Abfragesignals Antwortsignale daß im Abfragegerät die ausgesandten Code-Ver- 60 auslösen. Außerdem ist es möglich, das gesamte teilungen gespeichert und mit der Code-Verteilung System dadurch erheblich zu stören, daß von der der eingehenden Antwortsignale verglichen werden. gegnerischen Seite bei Kenntnis des Abfrage- und

7. Abfrage-Antwort-System nach Anspruch 6, Antwortcodes Antwortsignale erzeugt und ausgestrahlt dadurch gekennzeichnet, daß bei fehlendem Syn- werden, so daß z. B. ein gegnerisches Flugzeug als chronismus die Code-Verteilung der Antwort- ⁶5 Freund erfaßt wird.

signale daraufhin untersucht wird, ob der Fehler Aus der USA.-Patentschrift 3 368 219 ist es bekannt,

.luf Ungenauigkeiten des Zeitnormals (10a) beruht bei der Freund-Feind-Identifizierung Transponder zu

und cicfhalb trotzdem eine Auswertung der Infor- verwenden, deren für die Antwortsignale benutzter