DE2365675C1

DE2365675C1 - Abfrage-Antwort-System mit einem Primärradar und mit Filtern in der Antwortstation

Info

Publication number: DE2365675C1
Application number: DE19732365675
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl.-Ing. 8132 Tutzing Albersdoerfer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-11-09
Filing date: 1973-11-09
Publication date: 1988-11-10

Description

Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Abfrage-Antwort-System in Zusammenarbeit mit einem Primärradar, wobei Primärradar-Sendesignale und codierte Abfragesignale im Wechsel ausgesandt werden und die codierten Abfragesignale von einer Antwortstation mit einem bestimmten Antwortcode beantwortet und empfangsseitig passive Echosignale und Antwortsignale dadurch getrennt ausgewertet werden, daß für die passiven Echosignale und für die Antwortsignale je ein ,".etrennter Empfänger vorgesehen ist, und die Unterscneidung zwischen Primärradar-Sendesignalen und Abfragesignalen durch Verwendung unterschiedlicher Trägerfrequenzen erfolgt, und ein erstes Filter in der Antwortstation das Primärradar-Sendesignal zur Gewinnung eines Steuersignals ausfiltert, während das eigentliche Abfragcsignal durch ein parallelgeschaltetes zweites Filter ausgefiltert und zum Decoder weitergeleitet wird.

Ein Abfrage-Antwort-System dieser Art ist aus der DE-AS 20 51 916 bekannt. Eine Frequenzsynchronisation der Ajitwortstation ist dabei nicht vorgesehen, weil das Primärradar-Sendesignal lediglich über eine UND-Verknüpfung die Freigabe des Antwortsignal steuert. Es sind Versuche bekannt geworden (Journal Brit. IRE 16, 1965, 7, Seiten 355-382; Electronic Engineering, Juli 1961, Seite 416; Proc. IEE, Vol. 112, No. 5, Mai 1965, Seiten 861 und 862), bei denen die Abfragesignale für einen Transponder vom Primärradarsender ausgesandt wurden. Dabei wurde bei der "Abfrage" durch die Primärradarsender ein einziger Puls ausgesandt, während die Antwortsignale in einer entsprechenden Impulsfolg-s codiert waren. Wegen der fehlenden Möglichkeit einer selektiven Codierung bei der Bildung des Abfragesignals beim Primärradarsender und wegen der damit verbundenen unerwünschten Auslösung von Antwortsignalen durch andere, an dem jeweiligen System überhaupt nicht beteiligte Primärradargeräte wurden diese Vorschläge als ungeeignet empfunden und nicht weiterverfolgt.

Aus der deutschen Auslegecehrift 20 51 916 ist es bekannt, daß bei einem mit einem Vrinärradar zusam-

4(i menarbaeitenden Abfrag-Antwort-System die Abfragesignale und die Primärradar-Sendesignale zeitlich nacheinander ausgesandt werden. Dabei liegt aber das Abfragesignal in einer bestimmten zeitlichen Lage zum Primärradar-Sendesignal, um die zeitrichtige Anzeige

•15 des passiven Echosignals und des Antwortsignals z. B. auf dem Bildschirm zu erreichen. Abfragesignale und Primärradar-Sendesignale einerseits und der Empfänger für die Antwortsignale andererseits geöffnet werden, weitgehend gleich und überlappen sich. Sowohl der Primärradar-Sender als auch der Sender für die Abfragesignale sind als getrennte und völlig selbständige Bausteine aufgebaut und benötigen auch getrennte Modulatoren.
Aus der deutschen Auslegeschrift 20 19 202 ist es bekannt, daß bei einem mit einem Primärradar zusammenarbeitenden Sekundärradargerät die Folgefrequenz der Abfragesignale gegenüber der Folgefrequenz der Primärradar-Sendeimpulse in einem ganzzahligen Verhältnis verringert werden kann. Wenn aber ein Abfra-

N) gesignal ausgesandt wird, so steht dieses in einer bestimmten zeitlichen Beziehung zum zugehörigen Primärradar-Sendesignal und die beiden Sendesignale sind miteinander verschachtelt. Die Öffnungszeiten der zugehörigen Empfänger überlappen sich ebenfalls und

r>5 es werden auch getrennte Modulationseinrichtungen für beide Sendesignalarten benötigt.

Die Generatoren für die Trägerversorgung bei den Antwortstationen müssen die Sendefrequenz mit hoher

zeitlicher Konstanz bereitstellen, was nur durch aufwendige Frequenzaufbereitungs- und Frequenzregelschaltungen möglich ist. Zusätzlich besteht vielfach das Problem, den Temperaturgang dieser Schaltungsteile zu kompensieren. Der für derartige Maßnahmen erforderliche Aufwand ist besonders dann nicht tragbar, wenn viele Antwortstationen benötigt werden oder gegebenenfalls zusätzlich die Forderung besteht, deren Gewicht (z. B. bei transportablen Anlwortgeräten) gering zu hallen.

Der Erfindung, welche sich auf ein Abfrage-Antwort-Sysfem der eingangs genannten Art bezieht, liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für die Erhaltung der Frequenzkonstanz bei den Antwortstationen in einfacher Weise gering zu halten. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das durch das erste Filter ausgefilterte Primärradar-Sendesignal zur Frequenzsynchroniäation des Senders der Antwortstation dadurch verwendet ist, daß seine Frequenz, gegebenenfalls nach Vervielfachung oder Teilung, für die Bildung des Trägersignals der Antwortstation herangezogen wird.

Auf diese Weise sind aufwendige Frequ?nzaufbsreitungs- und Frequenzregelschaltungen vermieden und die Trägerfrequenz der Antwortstationen kann mit der Frequenzgenauigkeit der Primärradar-Sendesignaie bereitgestellt werden.

Die Erfindung sowie deren Weiterbildungen werden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild eines kombinierten Primärradar- und Abfragegerätes,

Fig. 2 ein Impuls-Zeitschema für verschiedene Abfragearten,

Fig. 3 den Aufbau eines zusammengesetzten Sendesignals,

Fig. 4 den Aufbau eines Teiles des Primärradarempfängers für ein Sendesignal nach Fig. 3,

Fig. 5 den Aufbau eines erfindungsgemäßen Antwortgerätes für ein Sendesignal nach Fig. 3,

Fig. 6 eine besondere Sendesignalfolge.

Bei dem Blockschaltbild nach Fig. 1 ist der Radarsender mit 1 bezeichnet. Die zugehörige Modulationseinrichtung 2 wird von der Taktzentrale 3 aus angesteuert und erzeugt Modulationsfunktionen der gewünschten Art, wie in den weiteren Erläuterungen näher beschrieben wird. Zur Bildung spezieller Abfragecodes ist ein Coder 4 vorgesehen, dem die notwendige Information von einem Cryptorechner 5 geliefert wird. Dieser Cryptorechner S ist dann notwendig, wenn ein fortlaufender Wechsel der Abfragecodes nach einer bestimmten, vorzugsweise statistischen, Verteilung vorgenommen werden soll. Zu diesem Zweck ist der Cryptorechner 5 mit einem Codegenerator 6 verbunden, der z. B. die Form eines normalen Zählers haben kann. Die Zählsignale des Zählers 6 werden in einer bestimmten Weise vom Cryptorechner 5 verfälscht und sind dadurch für einen Außenstehenden nicht mehr reproduzierbar. Im Sendefall gelangt die vom Codegenerator 6 über den Cryptorechner 5 zum Coder 4 gelieferte codierte Abfrageinformation zu dem Modulator 2, wobei die Aussendung der Modulation über den Sender 1 durch die Taktzentrale 3 in einer bestimmten Weise gesteuert wird. Die Sendesignale gelangen zu einer Sende-Empfangs-Weiche 7 und werden über eine Antennenanordnung 8 ausgestrahlt. Die abgestrahlten Sendesignale können beispielsweise die bei der Antenne dargestellte Form haben und aus einem ersten selbständigen Signal PRS in Form eines nicht codierten durcl'gehenden Hochfrequenzsignals bestehen, welches der passiven Ortung dient. Dieses Sendesignal wird nach einer Reflexion über die Antenne 8 aufgenommen und über die Sende-Empfangs-Weiche 7 dem Primnrradarempfänger 9 zugeführt. Hier wird in bekannter Weise das Echosignal verarbeitet und einer Auswerte- bzw. Anzeigeeinrichtung, die hier als Bildschirm 10 dargestellt ist. zugeführt.

In einem in Fig. 2 näher erläuterten Abstand /um Primärradarsendesignai PRS wird das Abfragesigiial .45

&kgr;&igr; ausgesandt, welches entsprechend der gewünschten Abfrage codiert ist. Im vorliegenden Beispiel ist eine Phasencodierung mit einer Verteilung 1 ü 1 angenommen.
Die Aussendung der Signale PRS und AS erfolgt auf verschiedenen Trägerfrequenzen. Die Verwendung verschiedener Trägerfrequenzen hat den Vorteil, daß die Abfragesignale einerseits und die Primärsendesignale andererseits frequenzmäßig voneinander unterschieden werden können, was die Verarbeitung erleichtert. Einzelheiten hierzu sind im Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 5 erläutert, wo ein spezielles Beispiel der Verwendung verschiedenfrequenter Signale iür PRS und AS dargestellt ist. Da verschiedenfrequente Signale ausgesandt werden, müssen im Radarsender 1 zwei Frequenzgeneratoren G/l und Gf 2 bereitgestellt werden, die zur Bildung des Primärradarsendesignals PRS bzw. des Abfragesignals AS abwechselnd abgetastet werden. In diesem Zusammenhang kann es auch vorteilhaft sein, die jeweiligen Sendesignale PRS und AS durch entsprechend unterschiedliche Vervielfachungsfaktoren aus einem gemeinsamen Grundgenerator herzuleiten.

Antwortsignale, welche von einer Antwortstation (Transponder) auf Grund des Abfragesignals AS ausgesandt werden, gelangen über eine eigene Antenne 11 zu einem Antwortempfänger 12. Die Verwendung einer eigenen Antenne 11 ist dann gerechtfertigt, wenn die Antwortsignale auf einer wesentlich anderen Frequenz eintreffen als die Sendesignale PRS bzw. AS. Die beiden Antennen 8 und 11 können mit einem gemeinsmen Reflektor 13 versehen sein, also ein sog. integriertes Antennensystem bilden. Vom Antwortempfänger 12 gelangen die Antwortsignale zu einem Decodi-r 13, welcher die Antwortsignale daraufhin überprüft, ob sie mit dem richtigen Antwortcode eintreffen. Falls eine

zeitlich fortlaufende Änderung der Abfrageccdes vorgesehen ist, muß meist auch fortlaufend nach einem bestimmten Programm der Antwortcode geändert werden. Derartige Systeme sind beispielsweise in DE-PS 19 46 247, DE-OS 20 05 457 und DE-OS 20 05 471 beschrieben. In diesem Fall muß vom Codegenerator 6 das Programm der Abfragesignale auch dem Decoder 13 mitgeteilt werden. Die so erhaltene Antwortinforiiiation wird der gemeinsamen Auswerte- bzw. Anzeigeeinrichtung, im vorliegenden Beispiel dem Bildschirm 10, zugeführt und dort in der üblichen Wei^ce dargestellt bzw. verarbeitet.

In Fig. 2 ist in Zeile &agr; die zeitliche Folge der Aussendung von Primärradar-Sendesignalen PRS und vci Abfragesignalen AS dargestellt, wobei letztere schraffiert sind. Die Sendesignale PRS, welche nur als Primiirradarsignale dienen, und die Abfragesignale AS, welche reine Abfragesignale darstellen, folgen in Zeile &agr; mit der gleichen Taktfrequenz aufeinander, und zwar so. daß jeweils ein Primärradar-Sendesignal PRS und ein Abfragesignal AS umwechselnd ausgesandt werden. Es wäre auch möglich, wenn nicht so viele Abfragesignale AS benötigt werden, z. B. nach jedem dritten Primärradarsignal PRS ein Abfragesignal AS auszusenden. Die

Empfangsperioden, in denen der Primärradarempfänger 9 geöffnet ist, sind mit iPE, die Empfangsperioden, in denen der Antwortsignal-Empfänger 12 geöffnet ist, mit tAE bezeichnet. Es muß dabei sichergestellt sein, daß nicht der Empfänger für die Antwortsignale durch ein Sendesignal, z. B. für Primärradar, übersteuert wird und umgekehrt. Dies kann durch entsprechende Zeitwahl und ergänzend dadurch erreicht werden, daß das Primärradar-Sendesignal PRS und das Abfragesinai AS jeweils verschiedene Trägerfrequenzen aufweisen, wobei den Empfängern entsprechende Filter vorzusetzen sind. Auch Entkopplung durch getrennte Antennen ist möglich

In Zeile b ist eine Verteilung der Primärradar-Sendesignale PRS und der Abfragesignale AS dargestellt, welche bevorzugt dann Verwendung finden kann, wenn das Primärradargerät mit, insbesondere kohärenter, Dopplerauswertung arbeitet. Hier folgen eine Reihe von reinen Primärradar-Sendesignalen PRS aufeinander, und zwar so viele, wie für die notwendige Dopplerauswertung (unter Berücksichtigung der Einschwingzeit der Filter) benötigt werden. Dann wird der Primärradar-Empfangszweig für längere Zeit völlig gesperrt, und es wird eine Folge von reinen Abfragesignalen AS auLgesandt, deren Zahl so gewählt ist, daß die gewünschte Antwortwahrscheinlichkeit erzielt wird. An diese Abfragesignale schließt sich erneut eine Folge von Primärradar-Sendesignalen PRS an usw.

Dabei ist zweckmäßig darauf zu achten, daß bei geschwenkten oder rotierenden Antennen während der Zielüberstreichungszeit mindestens je eine Folge von Primärradar-Sendesignalen PRS und Abfragesignalen .45 ausgesandt ist.

In Fig. 3 ist ein kombiniertes Primärradar-Abfragesignal PAS' dargestellt. Es besteht aus einem ersten Teil PRS, der eine Trägerfrequenz/1 und keine Modulation oder Codierung aufweist. Dieser erste Teil dient allein der Durchführung der passiven Ortung. Der zweite sich unmittelbar an PRS anschließende Teil AS des Sendesignals weist eine andere Trägerfrequenz /2 als der erste Teil auf und ist entsprechend der gewünschten Abfrage codiert.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, wird dem Primärradarempfänger 9 in diesem Fall ein Bandfilter 15 vorgeschaltet, welches nur die passiven Echosignale mit der Frequenz /1 duchläßt. Dadurch kann der Primärradarempfänger 9 bereits zu dem Zeitpunkt 7TVgeöffnet werden, in dem das Primärradar-Sendesignal PRS endet, unabhängig davon, daß nachfolgend noch das Abfragesignal AS mit der Frequenz/2 ausgesandt wird. Dadurch ist vermieden. daß durch zu lange Totzeiten beim Primärradarempfänger im Nahbereich eine größere Entfernungs-Blindzone auftritt.

Auf der Seite der Antwortstation (Fig. 5) wird durch ein Bandfilter 30 das von der Antenne 23b aufgenommene Signal mit der Frequenz/2, also nur das eigentliche Abfragesignal AS, ausgefiltert und einem Decoder 31 zugeführt. In einem Coder 32 erfolgt die Codierung des Antwortsignals, wozu gegebenenfalls entsprechende Informationen zugeführt werden können, welehe zur Abfragestation übertragen werden sollen. Ober einen Modulator 33 wird der Sender 34 der Antwortstation angesteuert, und die Antenne 23c der Antwortstation strahlt das Antwortsignal zur Antenne 11a bei der Abfragestation zurück.

Die Verwendung des vorgeschalteten Sendesignais PRS mit der Frequenz /1 gibt bei der Antwortstation die Möglichkeit, diese Frequenz/1 zur Synchronisation der Trägerschwingung der Antwortstaticn mit zu benutzen. Hierzu wird ein Filter 35 dem Filter 30 parallel geschaltet, welches nur die Frequenz/ 1 durchläßt und auf einen Generator 36 oder dgl. oder auf einen passij ven Schwingkreis einwirkt und diesen synchronisiert. Dadurch lassen sich hohe Genauigkeiten in der Frequenzkonstanz erzielen. Falls erforderlich, kann ein Frequenzumsetzer 37 nachgeschaltet sein, der die Frequenz /1 auf eine andere Frequenz /3, z. B. durch

&iacgr;&ogr; Vervielfachung oder Teilung, umsetzt. Diese Frequenz kann dann für die Bildung des Trägersignals herangezogen werden.

In manchen Fällen wird es zweckmäßig sein, regelmäßig oder statistisch rein passive Ortungssignale einzustreuen (ähnlich wie bei heutigen Systemen nicht jeder Radarimpuls auch ein Kennsignal im autark arbeitenden IFF-Syslem triggert, sondern nur jeder k-le Puls). Einzelheiten hierzu sind in Fig. 6 dargestellt. Der prozentuale Anteil der zur Identifizierung dienenden Sendesignale K 1 bis K 4 innerhabl der Reihe aller Signale wird von Bündelung und Drehzahl der Antenne bzw. von der Art der Antenne (mechanische oder elektronische Strahlschwenkung), von der für die Identifizierung verfügbaren Zeit usw. abhängen. Die nur der passiven Ortung dienenden Signale sind mit 0 bezeichnet und bevorzugt statistisch verteilt. Sie können eine Codierung aufweisen, die aber von den Antwortstationen von der Codierung der K 1, K 2, K 3, K 4-Abfragen unterschieden werden kann und deshalb keine Antwortsignale auslöst. Die passiven Echosignale von den 0-Sendesignalen können der Autokorrelation unterworfen werden.

Der prozentuale Anteil der ^-Signale kann je nach Radargerät und Anwendung zwischen 0% und 100% liegen. Wenn abschnittsweise mit 0% und 100% gesendet wird, erhält man einen Fall, der dem in Fig. 2, Zeile b erwähnten "time-sharing"-Betrieb ähnlich ist.

Die hier beschriebene Abwechslung zwischen "(T und "K" ist besonders dann von Bedeutung, wenn die

4(i Kennung mit einem Radar kombiniert werden soll, welches aus ECC/V/-Gründen frequenzagil ist und z. B. von Sendeperiode zu Sendeperiode die Frequenz wechselt. Diese Agilität kann dann jeweils während der "0"-Perioden erfolgen, während bei "K" die für die Kennung möglichen Frequenzen benutzt werden. Es gibt zwar Möglichkeiten, auch bei der Kennung eine gewisse Frequenzagilität zu erzielen, jedoch nur mit größerem Aufwand.

Eine vollständige Abfrage kann auch aus mehreren Teil-Abfragen gebildet werden. So können z. B. die Abfragesignale K 2,0, Kl, K 3, 0, 0, 0, K 4, insgesamt eine Abfrage ergeben, wobei zusätzlich zu den vier eigentlichen Abfragen K 2, K 1, K 3, K 4 die eingefügten 0-Signale mit zur Verschlüsselung beitragen, und zwar in der Art einer Puls-Abstandsmodulation.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche

1. Abfrage-Antwort-System in Zusammenarbeit mit einem Primärradar, wobei Primärradar-Sendesignale und codierte Abfragesignale im Wechsel ausgesandt werden und die codierten Abfragesignale von einer Antwortstation mit einem bestimmten Antwortcode beantwortet und empfangsseitig passive Echosignale und Antwortsignale dadurch getrennt ausgewertet werden, daß für die passiven Echosignale und für die Antwortsignale je ein getrennter Empfänger vorgesehen ist, und die Unterscheidung zwischen Primärradar-Sendesignalen und Abfragesignalen durch Verwendung unterschiedlicher Trägerfrequenzen erfolgt, und ein erstes Filter <n der Antwortstation das Primärradar-Sendesignal zur Gewinnung eines Steuersignals ausfiltert, während das eigentliche Abfragesignal durch ein parallelgeschaltetes zweites Filter ausgefiltert una zum Decoder weitergeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das durch das erste Filter (35) ausgefilterte Primärradar-Sendesignal (PRS) zur Frequenzsynchronisation des Senders (37, 33, 34) der Antwortstation dadurch verwendet ist, daß seine Frequenz (/1), gegebenenfalls nach Vervielfachung oder Teilung, für die Bildung des Trägersignals der Antwortstation herangezogen wird.

2. Abfrage-Antwort-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei geschwenkten oder rotierenden Antennen während der Zielüberstreichungszi-'t mindestens je eine Folge von Primärradar-Sendesignalen (PP^Q) und Abfragesignalen (AS) ausgesandt wird.

3. Abfrage-Antwort-System ns'-h einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärradar-Sendesi^ana! 'PRS^ und das Abfragesignal (AS) unmittelbar aufeinanderfolgend als durchgehendes Signal (PAS' in Rg. 3) ausgesandt werden.

4. Abfrage-Antwort-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Eingang des Primärradar-Empfängers (9 in Fig. 4) ein Sperrfilter (15) für die Frequenz des als zweiter Signalteil ausgesandten Abfragesignals (AS) vorgesehen ist.

5. Abfrage-Antwort-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsperiode des Primärradarempfängers (9) unmittelbar nach dem Ende (TTV in Fig. 3) des als erster Signalteil ausgesandten Primärradar-Sendesignals (PRS) beginnt.

6. Abfrage-Antwort-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung bei Nahbereichs-Radargeräten im Rahmen von Nachbereichs-Kennsystemen.

7. Abfrage-Antwort-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einzel-Abfragesignale (K 1, K 2, K 3, K 4 in Fig. 6) zusammen eine vollständige Abfrage ergeben.

8. Abfrage-Antwort-System nach einem der vor= hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in statistischer Folge zwischen Abfragesignalen (K 1, K 2, K 3, K 4 in Fig. 6) Primärradar-Scndesignale (0) eingestreut sind.