DE1957303C3

DE1957303C3 - Sekundärradar-Abfrage-Antwort-System mit Zusatzantenne zur Nebenkeulenabfrageunterdrückung

Info

Publication number: DE1957303C3
Application number: DE1957303A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Bock; Gerhard Dipl.-Ing. 8154 Schaftlach Wagner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-11-14
Filing date: 1969-11-14
Publication date: 1974-03-07
Also published as: FR2073354B1; GB1315169A; US3805264A; DE1957303A1; DE1957303B2; FR2073354A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Sekundärradar-Abfrage-Antwort-System mit einer eine Hauptkeule sowie eine Anzahl von Nebenkeulen aufweisenden, verzugsweise rotierenden, Abfrageantenne, bei dem über die Abfrageantenne Abfragesignale in einer einen bestimmten Code ergebenden Impulsfolge ausgesandt und von den Antwortgeräten nur Abfragesi-

gnale mit bestimmten Abfragecodes beantwortet werden, wobei eine zusätzliche Antenne vorgesehen , deren Richtcharakteristik im Bereich der Hauptan Minimum aufweist und die Signale abstrahlt, Sehe zusätzlich zu den über die Nebenkeulen mit ^strahlten Abfragesignalen im Antwortgerät ausgestgnalen ^ζ»^™^_{εη zu} „effen und dann bei sprechenden Vorbere tun ⁿ _{g &}. _oder Simula-Eintreffen der ^HauP^tkeU* ^eiu_ekannte, zur Nebentionssignal ^^^^^^ύ^

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11.

Es ist DeKannt, bei Sekundärradargerüten Abfrageantennen zu verwenden, die eine ausgeprägte Hauptlceule sowie eine Reihe von mehr oder weniger großen Nebenkeulen aufweisen. Es ist erwünscht, daß nur Antworten von Transpondern aus dem Bereich der Haupikeule eingehen und Antworten durch Nebenkeulen möglichst nicht angeregt werden. Hierzu ist es bekannt, bei dem Abfragegerät eine zusätzliche Rundstrahlantenne aufzustellen, deren Strahlungsdiagramm so gewählt ist, daß sie bei einem Transponder einen größeren Empfangspegel ergibt als der größtmögliche Empfangspegel einer Nebenkeule. Die Feldstärke und damit der Pegel der über die Hauptkeule abgestrahlten Abfragesignale ist dagegen wesentlich größer als der der Rundstrahlantenne. In den Antwortgeräten müssen Pegelvergleiche vorgenommer, werden, und es besteht dabei in bestimmten Bereichen eine gewisse Unsicherheit (Grauzone), so daß trot/dem Antworten eingehen können, die von Nebenkeulen angeregt worden sind.

Auv Verdeutschen Auslegeschrift 1 273 619 ,st eine Sekundärradaranlage bekannt, bei der eine Abfrageantenne und eine Kontrollantenne vorgesehen sind. Während die Abfrageantenne ein scharf gebündeltes Richtdiagramm aufweist, zeigt die Kontrollantenne eine Richtcharakteristik, die etwa einem Kreisdiagramm entspricht, jedoch im Bereich der Hauptkeule der Abfrageantenne ein Minimum aufweist. Insgesamt werden jeweils bei einer Abfrage drei Impulse abgestrahlt, wobei die ersten beiden Impulse als Vorimpulse verwendet sind und dazu dienen, eine Unterscheidung zwischen einer Abfrage durch die Hauptkeule und einer Abfrage durch eine Nebenkeule zu ermöglichen. Hierzu weist der erste Vorimpuls, welcher über die Abfrageantenne abgestrahlt wird, eine entsprechend größere Amplitude auf a!s der über die Kontrollantenne abgestrahlte zweite Impuls- Abgesehen von den beiden Vorimpulsen ist für die eigentliche Abfrage und damit die eigentliche Informationsübertragung selbst nur ein einziger Impuls P3 vorgesehen. Damit ist nicht gewährleistet, daß nicht durch eine andere Abfragestation Antworten aus einem Antwortgerät herausgelockt werden können. Die drei Impulse stehen auch immer an der gleichen Stelle, womit Störungen und Nachahmungen besonders einfach sind.

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neben einer verbesserten Unterdrückung von Antworten aus dem Nebenkeulenbereich ein weiteres Problem zu lösen, das vor allem bei der sogenannten Freund-Feind-Kennung eine Rolle spielt. Hier können fremde Objekte mittels Störsendern entweder sich als eigene Flugzeuge ausgeben oder aber in Wirklichkeit nicht vorhandene Feindziele an einer bestimmten Stelle vortäuschen. Hierzu ist es notwendig, daß die gegnerischen Beobachtungsgeräte über eine größere Zeit hinweg die Abfragesignale beobachten, um die Taktfolge, den verwendeten Abfragecode usw. zu ermitteln. Bei Verwendung hochempfindlicher Empfänger ist es vielfach möglich, diese Informationen laufend aus den über die Nebenkeulen abgestrahlten Abfra- ™^ Abiragesignale

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Beobachtungsgeräte, welche bemüht " herauszufinden, können im nKeuien keine brauchbaren Inforn empfangenen Abfragesignalen abverfälscht sind und z.B. einen andeschen. Wenn die Abfrageantenne in einen kleinen Winkelbereich gegegnerischen Beobachtungsge- :r iNebenkeulen liegen, können diese brauchbaren Informationen erlandagegen die Abfrageantenne, so ist nur er kurzen Zielüberstreichungszeit der ile eine brauchbare Information vorhanden; . Augenblick müßte aber bereits die Störung, wirksam werden sollte, erfolgen. Damit sind, ungsmöglichkeiten ausgeschaltet bzw. stark t. Da die über die zusätzliche Antenne abge-Signale so liegen, daß sie in das Code-Muster der Abfrageantenne ausgesandten Signale ;ann ein Beobachter nicht herausfinden, welrichtigen und welches die falschen Signalanteile sind.

Eigene Antwortgeräte empfangen infolge der zusätzlichen Störinformation im Bereich der Nebenkeu-45 len ein Abfragesignal, dessen Abfragecode anders ist als der, für den ihre Transponder ausgelegt sind Sie werden deshalb auf dieses Abfragesijjnal auch dann, wenn ihre Nebenkeulenunterdrückungseinrichtung (»SLS«) nicht richtig arbeiten würde, nicht antwor-

50 ten.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. la das Horizontaldiagramm einer Abfrageantenne,

55 Fig. Ib das Vertikaldiagramm einer Abfrageantenne,

F i g. 2 a bis 2 d verschiedene Impulsdiagran.me, F i g. 3 das Strahlungsdiagramm einer Abfrageantenne zusammen mit dem Diagramm einer zusätzli-6o chen Störstrahlantenne nach der Erfindung,

F i g. 4 in schematischer Darstellung den Aufbau eines Sekundärradargeräts nach der Erfindung.

In Fig. la sind die Hauptkeule einer Abfrageantenne mit H, die Nebenkeulen mit N bezeichnet. Die 65 größten Nebenkoulen sind dabei noch wesentlich kleiner als die Hauptkeule. Das Strahlungsdiagramm in der Vertikalebene nach Fig. Ib zeigt ebenfalls eine stark bevorzugte Hauptkeule H und demgegenüber

kleinere Nebenkeulen N.

In F i g. 2 a sind die von einem Impulsgenerator gelieferten und für die Austastung zur Abfrage vorgesehenen Impulse 1 bis 9 gestrichelt dargestellt. Sie sind äquidistant und haben gleiche Amplituden. Aus dieser Impulsfolge werden zur Abfrage nach einem vorgegebenen Code bestimmte Einzelimpulse verwendet, andere dagegen unterdrückt. Nimmt man an, daß für eine Folge von jeweils neun Impulsen nach Fig. 2a der Code so festgelegt ist, daß zur Abfrage der 1., 2., 4., 6. und 7. Impuls herangezogen wird, so entsteht ein Abfragetelegramm nach F i g. 2 b, das über die Abfrageantenne ausgestrahlt wird. Diese Abfrageimpulse werden auch über die Nebenkeulen N der Abfrageantenne ausgestrahlt und können in diesem Bereich entweder unerwünschte Abfragesignale bei eigenen Antwortgeräten auslösen oder aber von fremden Beobachtungsgeräten empfangen und analysiert werden. Dies läßt sich vermeiden, wenn über eine zusätzliche Antenne im Bereich der Nebenkeulen N Störimpulse ausgestrahlt werden. Das Strahlungsdiagramm dieser zusätzlichen Antenne ist in Fig. 3 mit S bezeichnet. Es hat in der Richtung der Hauptkeule H eine Nullstelle bzw. ein Minimum, damit die erwünschten Abfragen nicht gestört werden. Dagegen bringt es im Bereich der Nebenkeulen JV eine zusätzliche Störinformation, die möglichst so gewählt ist, daß sie nicht von der über die Nebenkeulen mit abgestrahlten eigentlichen Abfrageinformationen unterscheidbar ist.

Hierzu ist es zweckmäßig, wenn die Störimpulse von dem gleichen Taktgenerator abgeleitet werden wie die Abfrageimpulse. Ein derartiges Beispiel ist im Impulsdiagramm nach F i g. 2 c dargestellt, wo aus der Impulsfolge nach F i g. 2 a die Impulse 3, 8 und 9 abgeleitet und über die zusätzliche Antenne, d.h. im Störstrahlungsdiagramm S, abgestrahlt werden. Da im Bereich der Hauptkeule H dieses Störstrahlungsdiagramm ein Minimum aufweist, stehen für die Abfrage im erwünschten Bereich die nach dem festgelegten Code, d.h. nach der Fig. 2b, verteilten Impulse zur Verfügung. In demjenigen Bereich, in dem sowohl Nebenkeulen JV als auch Signale über die zusätzliche Antenne auftreten, ergibt sich eine Impulsverteilung nach Fig. 2 d. Wenn - was zweckmäßig ist - die Diagrammform des Störungsdiagramms S . möglichst ah die Form des Diagramms der Nebenkeulen N oder zumindest an eine etwa Einhüllende dieser Nebenkeulen angeglichen ist, lassen sich die über die Nebenkeulen JV oder über das Störstrahlungsdiagramm S empfangenen Impulse schwer in der Amplitude voneinander trennen, so daß von einem Beobachtungsgerät die Signale der Impulsverteilung nach Fig. 2d als echtes Abfragesignal gewertet werden müssen. Da eigene Empfangsgeräte nur auf eine Codeverteilung nach Fig. 2b ansprechen, werden diese im Bereich der Nebenkeulen keine Antwortsignale ausstrahlen, weil der eintreffende Abfragecode nicht mit dem in ihren Transpondem akzeptablen Abfragecode übereinstimmt. In denjenigen Bereichen, in denen die Nebenkeulen N ebenfalls Nullstellen oder nur sehr kleine Werte aufweisen, treten nur Abfragesignale nach Fig. 2c auf. Diese täuschen wiederum einen falschen Abfragecode vor, sofern darauf geachtet wird, daß nicht der Störcode nach F i g. 2 c zufällig genau die gleiche Zusammensetzung hat wie der eigentliche Abfragecode nach Fig. 2b.

Die Art der über das Stördiagramm S abgestrahlten zusätzlichen Signale nach F i g. 2 c muß mit der Art der eigentlichen Abfragesignale nach Fig. 2b übereinstimmen. Dies gilt sowohl hinsichtlich der verwendeten Trägerfrequenzen als auch hinsichtlich der Im-

S pulslänge sowie bei Anwendung einer zusätzlichen Modulation auch hinsichtlich dieser Information. Die abgestrahlten Störsignale sollen in das Codemuster der eigentlichen Abfragesignale passen, was z. B. dadurch sichergestellt werden kann, wenn ein gemeinsamer Taktgenerator verwendet wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht auch darin, daß aus einem aus dem Abfragecode und weiteren Störcodes zusammengesetzten Pulstelegramm Impulse des Störcodes ausgetastet und der zusätzlichen Antenne zugeführt werden und der verbleibende Teil der den Abfragecode bildenden Impulse über die Abfrageantenne abgestrahlt ist.

Besonders zweckmäßig ist die Anwendung der Erfindung im Hinblick auf feindliche Störsender dann,

ao wenn zeitlich sich ändernde Abfragecodes vorgesehen sind, weil hierbei für das Auffinden des Änderungsschlüssels eine längere ungestörte Beobachtung auch der Nebenkeulen unerläßlich ist.

Schließlich ist es zweckmäßig, wenn über die zusätzliche Antenne etwa ebensoviel Informationsbit abgestrahlt werden wie über die eigentliche Abfrageantenne. Es ist auch möglich, den Pegel und/oder dte Codierung der von der zusätzlichen Antenne abgestrahlten Störsignale zeitlich zu verändern, um gegnerischen Beobachtungsgeräten die Eliminierung dieser Störung zu erschweren.

In Fig. 4 ist ein Abfragesender T dargestellt, der mit zwei Antennen AA bzw. SA verbunden ist. Dabei ist AA die eigentliche Abfrageantenne; sie ist z. El.

mit einem Reflektor RAA verbunden, um die gewünschte Hauptkeule in der eigentlichen Abfragerichtung zu erzielen. Die zusätzliche Antenne SA, welche zur Störung der über die Nebenkeulen der Abfrageantenne AA ausgesandten Abfragesignale dient, ist ebenfalls mit einem Reflektor RSA versehen und entgegengesetzt zu der eigentlichen Abfrageantenne AA gerichtet. Dadurch ist sichergestellt, daß diese zusätzliche, zur Störung dienende Antenne SA im Bereich der Hauptkeule der Abfrageantenne AA eine Nullstelle bzw. ein Minimum erreicht, das infolge des großen Pegelunterschiedes zur Hauptkeule keine Störungen mehr verursachen kann. Durch entsprechende Maßnahmen kann die Richtcharakteristik der Störantenne SA möglichst gut an die Charakteristik der Nebenkeulen bzw. an deren Umhüllende angepaßt werden. Hierzu können die in der Antennentechnik gebräuchlichen Mittel, wie z.B. Zusatzstrahler, Phasenschieber usw., eingesetzt werden. Es ist zweckmäßig, wenn die zusätzliche Antenne SA, wie durch Streben ß angedeutet, baulich mit der eigentlichen Abfrageantenne AA verbunden ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Abfrageantenne AA rotiert bzw. geschwenkt wird, weil dann die erforderliche Zuordnung der Diagramme H, N und S nach Fi g. 3 unabhängig von den Bewegungen sichergestellt ist. Die Strahlungen der Antennen AA und SA sollen zweckmäßig die gleiche Polarisation aufweisen. Wenn der Sender für die zusätzliche, der Störung dienende Antenne SA bzw. etwaige Tasteinrichtungen, welche der Austastung bestimmter Signale und der Zuleitung zur Störantenne SA dienen, mit an der Abfrageantenne AA bzw. deren Halterungseinrichtungen befestigt sind, so kann bei bewegten Antennen eine zweite

Hochfrequenzkupplung eingespart werden.

Vorteilhaft ist es, wenn die Abfrageantenne und die zusatzliche Antenne die gleiche Polarisation aufweisen. Zweckmäßig sind die von der zusätzlichen Antenne abgestrahlten Signale in Abhängigkeit von der Zeit in ihrer Zusammensetzung, vorzugsweise statistisch, geändert.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die von der zusätzlichen Antenne abgestrahlten Signale in ihrer Phasenlage so gewählt sind, daß im Nebenkeulenbereich durch Gegenphasigkeit eine Auslöschung von zumindest einem Teil der eigentlichen Abfragesignale eintritt. Vorteilhaft sind die zusätzlich abgestrahlen Signale so gewählt, daß sie nicht mit einer echten Abfrage verwechselbar sind.

Eine Verfälschung der Nachricht, die über die Nebenkeulen abgestrahlt wird, kann in Systemen mit kohärenten Modulationsverfahren (insbesondere mit digitalen Verfahren) durch Auslöschung oder Fälschung der Information einzelner bit folgendermaßen durchgeführt werden:

Über eine Rundstrahlantenne, die die gleiche Feldstärke wie der größte Nebenzipfel der Richtantenne erzeugt, wird während eines oder mehrerer bit einer Abfrage der Träger mit einer Phasenverschiebung von genau π zum gültigen Code abgestrahlt. Die Schwingungszüge der über Rieht- und Rundstrahlantenne abgestrahlten Abfrage addieren sich phasengerecht. Bei den über die Nebenzipfel abgestrahlten Abfragen überwiegt innerhalb der entsprechenden bit die Feldstärke der Rundstrahlantenne bzw. löscht diese bit aus, so daß ein fehlerhafter Code entsteht. Diese Abfragen werden im Transponder nicht beantwortet. Im normalen Sende- und Empfangsfall (Abstrahlung über die Hauptkeule) müssen auch solche Abfragen, die durch andere Sender gestört sind, bis zu einem gewissen Grad als richtig erkannt werden. Bei dem vorgeschlagenen System muß daher die Anzahl der gefälschten bzw. ausgelöschten bit mit Sicherheit die Fehlerzahl übersteigen, welche auf Grund redundanter bit zugelassen ist. Die Einführung einer Schwelle ist zweckmäßig, da störende, systemfremde Information auch in Richtung der Hauptkeule auftreten kann, dort aber trotzdem Antworten ausgelöst werden sollen. Die zur Nebenkeulenunterdrückung ausgestrahlten Störzusätze müssen auf jeden Fall so bemessen sein, daß sie die eingestellte »Unempfindlichkeitsschwelle« überschreiten.

Die Codierung der Zusatzinformation und die Auslösung des Zusatzsenders werden in Schaltkreisen vorgenommen, die ihrerseits vom Coder des Abfragegeräts gesteuert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sekundärradar-Abfrage-Antwort-System mit einer eine Hauptkeule sowie eine Anzahl von Nebenkeulen aufweisenden, vorzugsweise rotierenden, Abfrageantenne, bei dem über die Abfrageantenne Abfragesignale in einer einen bestimmten Code ergebenden Impulsfolge ausgesandt und von den Antwortgeräten nur Abfragesignale mit bestimmten Abfragecodes beantwortet werden, wobei eine zusätzliche Antenne vorgesehen ist, deren Richtcharakteristik im Bereich der Hauptkeule ein Minimum aufweist und.die Signale abstrahlt, welche zusätzlich zu den über die Nebenkeulen mit abgestrahlten Abfragesignalen im Antwortgerät ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die von der zusätzlichen Antenne (SA in Fig. 4) abgestrahlten Impulse (3, 8, 9 in Fig. 2c) zeitlich an einer Stelle innerhalb der Abfrageimpulsfolge (1, 2, 4, 6 7 in Fig. 2b) liegen, an denen nach der im Rahmen des verwendeten Abfragecodes möglichen Impulsverteilung (Fig 2 a) ein Abfrageimpuls stehen kann, und die verwendete Abfrageimpulsfolge dadurch verfälschen (Fig. 2d).

2. Sekundärradar-Abfrage-Antwort-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeleistung und Richtcharakteristik bei der Zusatzantenne (SA) so gewählt sind, daß am Empfangsort die zusätzlichen Impulse (3, 8, 9) etwa mit der Feldstärke der über die größeren Nebenkeulen abgestrahlten Abfrageimpulse (1, 2, 4, 6, 7) eintreffen.

3. Sekundärradar-Abfrage-Antwort-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Antenne (SA) im Bereich der Nebenkeulen (N) der Abfrageantenne ι AA) in ihrem Strahlungsdiagramm (S) möglichst an das Strahlungsdiagramm (HN) der Abfrageantenne (AA) angepaßt ist.

4. Sekundärradar-Abfrage-Antwort-System nach eim m der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die über die zusätzliche Antenne (SA) abgestrahlten Impulse (3, 8, 9) in ihrer Art, insbesondere ihrer Frequenz und/oder der Impulsdauer, an die von der Abfrageantenne (AA) abgestrahlten Impulse (1, 2, 4,6, 7) angeglichen sind.

5. Sekundärradar-Abfrage-Antwort-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Tastung beider Antennen (AA. SA) ein gemeinsamer Taktgenerator vorgesehen ist.

6. Sekundärradar-Abfrage-Antwort-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem aus dem Abfragecode und weiteren Störcodes zusammengesetzten Pulstelegramm Impulse des Störcodes ausgetastet und der zusätzlichen Antenne (SA) zugeführt werden und der verbleibende Teil der den Abfragecode bildenden Impulse über die Abfrageantenne (AA) abgestrahlt ist.

7. Sekundärradar-Abfrage-Antwort-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anwendung bei Geräten mit in Abhängigkeit von der Zeit sich ändernden Abfragecodes.

8. Sekundärradar-Abfrage-Antwort-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über die zusätzliche Antenne (SA) etwa ebensoviel Informationsbit abgestrahlt werden wie über die eigentliche Abfrageantenne (AA).

9. Sekundärradar-Abfrage-Antwort-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pegel und/oder die Codiei ung der von der zusätzlichen Antenne (SA) abgestrahlten Impulse (3, 8, 9) zeitlich veränderbar ist.

10. Sekundärradar-Abfrage-Antwort-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche An-

tenne (SA) mit der Abfrageantenne (AA) baulich verbunden ist (Streben B).

11. Sekundärradar-Abfrage-Antwort-System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (T) für die zusätzliche Antenne (SA) bzw. die Tasteinrichtungen mit an der Abfrageantenne (AA) befestigt ist bzw. sind.

12 Sekundärradar-Abfrage-Antwort-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfrageantenne (AA) und die zusätzliche Antenne (SA) die gleiche Polarisation aufweisen.

13. Sekundärradar-Abfrage-Antwort-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von der zusätzlichen Antenne (SA) abgestrahlten Impulse (3, 8, 9) in Abhängigkeit von der Zeit in ihrer Zusammensetzung, vorzugsweise statistisch, geändert sind

14. Sekundärradar-Abfrage-Antwort-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von der zusätzlichen Antenne (SA) abgestrahlten Impulse (3, 8, 9) in ihrer Phasenlage so gewählt sind, daß im Nebenkeuienbereich (N) durch Gegenphasigkeit eine Auslöschung von zumindest einem Teil der eigentlichen Abfrageimpulse (1, .1,4, 6, 7) eintritt.

15. Sekundärradar-Abfrage-Antwort-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Antwortgeräten erst ab einer bestimmten, vorzugsweise einstellbaren, Mindestabweichung zwischen dem eintreffenden Abfragesignal und dem erwarteten Abfragesignal keine Antwort mehr abgegeben wird.

16. Sekundärradar-Abfrage-Antwort-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich abgestrahlten Impulse (3, 8, 9) so gewählt sind, daß sie für ein befreundetes Antwortgerät nicht mit einer Abfrage verwechselbar sind.