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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Signalaufklärung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Die Architektur eines typischen Signalaufklärungssystems gemäß Stand der Technik ist in 1 schematisch dargestellt:
Der Peiler arbeitet nach einem vorgegebenen Scanschema (verschiedene Scanschemata sind in 2 dargestellt), in welchem der aufzuklärende Frequenzbereich in einer zeitlichen Abfolge von Schnappschüssen C (2) untersucht wird. Auf Basis der vom Peiler gelieferten Daten können nun Signale/Sendungen detektiert werden, welche im weiteren Verlauf mittels Empfänger erfasst und in verarbeitbare Basisbanddaten herabgemischt werden. Die so gewonnenen Daten können nun mit Hilfe der nachgeschalteten Produktionsketten klassifiziert (Modulationsartenerkennung und/oder Verfahrenserkennung), demoduliert und decodiert werden. Die produzierten Daten können im Nachgang tiefer gehend analysiert (Bitstrukturanalysen, Musterklassifikationen, etc.) oder zur späteren Verwendung aufgezeichnet werden. Audiosignale bspw. können darüber hinaus auch direkt abgespielt werden. In den bekannten Systemen ist generell eine hohe Zeitauflösung im Scanschema des Peilers notwendig, um ein Signal möglichst von Anfang an erfassen zu können, da zu Sendungsbeginn zumeist relevante Metainformationen übertragen werden. Entsprechend sind die geforderten Zeiten für eine Sendungsdetektion weit unter 1 Sekunde. Außerdem verfügen Empfänger in bekannten Systemen über Speicher, in welchen das empfangene Signal über einen Zeitraum von d Sekunden gepuffert werden kann, um dieses Signal zunächst zu klassifizieren und dann eine Produktion mit dem gesamten Signal durchführen zu können und dieses ggf. mithören zu können (d ≥ 3 Sekunden und Klassifikationsdauer tk ≤ d Sekunden).
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Ein beispielhaftes Signalschema, wie es typischerweise bei der Signalaufklärung in einem Signalaufklärungssystems zur Anwendung kommt, ist in 2a in Abhängigkeit von Zeit und Frequenz dargestellt. Der Peiler nimmt fortlaufend Schnappschüsse C des Signalszenarios mit einer durch das Ausklärungssystem vorgegebenen Bandbreite Δf vor, die zusammengenommen einen zu überwachenden Frequenzbereich F abdecken. Dabei bedeutet Δt der zeitliche Abstand zwischen zwei Signalbeobachtungen – entsprechend ist die Zeitauflösung der Signalbeobachtung proportional zu dem Quotienten 1/Δt. In dem gezeigten Beispiel ist Δt und damit die Zeitauflösung in allen Frequenzbändern Δf gleich. Typischerweise sind für ein vorgegebenes Aufklärungssystem eine feste Anzahl n (in der vorliegenden Anmeldung wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit für n einheitlich der Wert 4 angesetzt) von Schnappschüssen notwendig, bis ein Signal als solches detektiert wird, wodurch sich die Detektionsdauer Tals n·Δt berechnet.
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Um für ein komplexes Szenario mit einer großen Zahl an aufzuklärenden Signalen und zu scannenden Frequenzbereichen ein Scanschema einzurichten, müssen aufgrund der begrenzten Scanrate des Peilers oft Kompromisse in Bezug auf Parameter wie Frequenzabdeckung, Frequenzauflösung, Zuverlässigkeit oder Zeitauflösung eingegangen werden.
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Im Idealfall möchte man eine maximale Frequenzabdeckung bei höchster Frequenzauflösung und Zuverlässigkeit, jedoch bei geringster Zeitauflösung, um nach Möglichkeit bei einer durch die Peilergebnisse ausgelösten Aufzeichnung/Produktion das komplette Signal (inklusive Anfang) zu verwenden.
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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren zu schaffen, mit dem die Flexibilität der Signalaufklärung im Rahmen der vorhandenen Hardwareressourcen erhöht werden kann, ohne wichtige Signalinformationen, wie z. B. den Signalanfang, zu verlieren.
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Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
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Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Fig. näher erläutert. Es zeigen:
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1 die Architektur eines bekannten Signalaufklärungssystems, wie in der Beschreibungseinleitung erläutert;
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2 zwei Scanschemata, die sich hinsichtlich Zeitauflösung und Frequenzabdeckung unterscheiden;
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3 eine Darstellung zur Speicherung und der Rücksetzung eines empfangenen Signals;
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4 ein weiteres Scanschema mit unterschiedlicher Zeitauflösung innerhalb der einzelnen überwachten Frequenzbänder.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird A-Priori-Wissen hinsichtlich der Mindestsendedauer Tmin der aufzuklärenden Funksignale ausgenutzt. Dieses Vorwissen bezüglich der Detektionsdauer kann z. B. aus vorherigen Beobachtungen oder aus anderen Quellen stammen. Es können auch bestimmte Erwartungswerte verwendet werden, die sich aus der Natur der Signale ergeben. Sprechfunksignale z. B. haben typischerweise eine minimale Sendedauer Tmin von 3 Sekunden. Diese minimale Sendedauer kann gemäß der Erfindung als maximale Detektionsdauer T (T = n·Δt, wie bereits in der Beschreibungseinleitung definiert) angenommen werden.
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Das Scanschema kann dann im Beispiel ”Sprechfunksignal” mit einer maximalen Detektionsdauer von T ≤ Tmin = 3 Sekunden (d. h. Abstand Δt zwischen zwei Signalschnappschüssen ≤ 3 Sekunden/n) anstatt T << 1 Sekunden (entsprechend Δt << 1 Sekunden/n) bei den bekannten Verfahren realisiert werden.
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Im Ergebnis kann somit eine schlechtere Zeitauflösung in Kauf genommen werden, zugunsten einer höheren Frequenzabdeckung/-auflösung. Ein Beispiel ist in 2 gezeigt. Vergleicht man die beiden Scanschemata in 2, so erkennt man, dass in dem Beispiel der 2a die Zeitauflösung (proportional 1/Δt) etwa doppelt so hoch ist wie bei 2b, was bei vorgegebenen Hardwareressourcen im Falle von 2a nur eine eingeschränkte Frequenzabdeckung F zulässt. Aufgrund der a-priori vorhandenen Information, dass die Signaldauer für das aufzuklärende Signal im Vergleich zu der Signaldauer der 2a wesentlich höher ist, kann die Detektionsdauer gemäß 2b entsprechend erhöht werden, ohne eine sichere und vollständige Signaldetektion zu gefährden. Man erkennt, dass bei der gleichen Zahl von Signalschnappschüssen bei 2a und 2b die Frequenzabdeckung in 3b etwa doppelt so hoch ist als bei 2a.
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Um trotz der verminderten Zeitauflösung in jedem Fall auch den Signalanfang erfassen zu können, werden gemäß der Erfindung die empfangenen Signale über einen vorgegebenen Zeitraum in einem Speicher gepuffert. Dazu kann der Speicher verwendet werden, der bei den bekannten Systemen bisher nur für die Signalklassifikation, jedoch nicht für die Signaldetektion eingesetzt worden ist.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Signale somit – bei der oben beschriebenen Flexibilität hinsichtlich der Einstellung von Frequenzabdeckung/-auflösung – detektiert und weiterhin klassifiziert werden und es ist trotzdem gewährleistet, Signale von Beginn an verarbeiten zu können, sofern T + tk ≤ d Sekunden wobei d die Dauer der Signalpufferung ist.
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Mit dem erfindungsgemäßen Maßnahmen, die Pufferung nicht nur für die Klassifikation, sondern auch für die Detektion zu nutzen, sowie der gleichzeitigen Ausnutzung der a-priori bekannten Signaldauer kann das Scanschema wie erläutert flexibilisiert und optimiert werden. Es kann insbesondere eine schlechtere Zeitauflösung in Kauf genommen werden, um mehr Signale ggf. sogar mit erhöhter Genauigkeit im Scanschema erfassen zu können.
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Die im Pufferspeicher des Empfängers zurückzusetzende Zeit tr wird vorteilhaft als tr = n·Δt gewählt, entspricht also der Detektionsdauer T. Damit ist sichergestellt, dass der Signalanfang in jedem Fall erfasst werden kann. Die Anzahl der Abtastwerte, um die zurückgesetzt wird, ergibt sich als sr = tr·Samplingrate. Ein besonders vorteilhaftes Verfahren für die Durchführung der Speicherung und der Rücksetzung des gespeicherten Signals ist in 3 dargestellt.
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Mit k ist in 3a die Anzahl der Adressleitungen des verwendeten Speichers MEM bezeichnet. Daraus ergibt sich ein Adressbereich des Speichers von 0 bis 2k-1. Die Bestimmung von aktueller Schreib- und Leseadresse erfolgt mit jeweils einem sogenannten Moduln 2k-Addierer AD2. Dieser Addierer zählt in jedem Takt, in dem ein Datenwort in den Speicher MEM geschrieben wird, um eins hoch. Ist er bei der Adresse 2k-1, so springt der Addierer im nächsten Takt zurück an die Position 0. Der einzelnen Speicherplätze des Speichers werden also zyklisch beschrieben.
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Der Speicher MEM ist als Dual-Port Memory ausgeführt. Dies bedeutet, es kann parallel in den Speicher geschrieben und gelesen werden. An der Schreibadresse wird der aktuelle Abtastwert des ZF-Signals nach Wandlung am A/D-Wandler AD über Dataln in den Speicher MEM geschrieben, während parallel über die Leseadresse ein Abtastwert ausgelesen werden kann. Es wird dabei der Abtastwert mit der errechneten Leseadresse ausgelesen, d. h. derjenige Abtastwert, der gerade um die Zeitdauer tr (tr = n·Δt) zuvor eingelesen wurde. Hierbei errechnet sich die Leseadresse = (Schreibadresse – sr) modulo 2k = (Schreibadresse + (2k-sr)) modulo 2k, wobei im zweiten Schritt das Zweierkomplement gebildet wird, um die Subtraktion in eine einfachere Addition zu überführen. Die notwendige Speichergröße ergibt sich aus dem n-fachen der Zeitauflösung zuzüglich der Klassifikationsdauer.
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In der Skizze der 3b ist diese Kopplung von Schreib- und Leseadresse nochmals verdeutlicht. Der Unterschied zwischen der Schreibeadresse und Leseadresse beträgt gerade sr. Wird beim Schreiben oder Lesen das Ende des Adressraums erreicht, erfolgt jeweils ein Sprung an den Anfang.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird die Abtastfrequenz als 2-Potenz gewählt, damit der Offset sr durch eine Verschiebeoperation berechnet werden kann.
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Ein weiterer Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Flexibilisierung des Scanschemas auch eine Priorisierung von aufzuklärenden Signalen erlaubt. So kann bspw. die Zeitauflösung für den Frequenzbereich eines Signals hoher Priorität durch häufigere Schnappschüsse im entsprechenden Frequenzbereich erhöht werden (zu Lasten der Zeitauflösung von Signalen niedriger Priorität in anderen Frequenzbändern). 4 zeigt ein solches Scanschema. In einem der vier Frequenzbänder wurde die Zeitauflösung erhöht, was man an dem verminderten Δt2 kleiner als Δt1 bei den übrigen Signalbändern erkennt. Es ergibt sich somit eine Frequenzbereichsabhängigkeit der Zeitauflösung mit entsprechend unterschiedlichen Detektionsdauern sowie unterschiedlichen Beträgen der zurückzusetzenden Zeit. Die zurückzusetzende Zeit tr ergibt sich hier als tr(f) = n·Δt(t) mit frequenzabhängigem Δt(t) zwischen zwei Schnappschüssen C.
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Zusammenfassend ergeben sich somit die folgenden Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens:
- • Sendungen müssen für eine vollständige Aufklärung nun nicht mehr innerhalb einer vorgegebenen, oft sehr kurzen Reaktionszeit (z. B. innerhalb einer Sekunde) detektiert werden, sondern flexibel innerhalb der bekannten Mindestsendedauer der Signale bzw. wenn diese größer als der Pufferspeicher ist, innerhalb der maximalen Pufferdauer.
- • Die maximale Detektionsdauer für Signale wird erhöht und kann nun, abhängig von der Speichergröße und der Mindestsendedauer, nahezu beliebig groß sein.
- • Höhere Frequenzauflösung zu Lasten der Zeitauflösung ist möglich.
- • Größere Frequenzabdeckung zu Lasten der Zeitauflösung ist möglich.
- • Signale/Frequenzbänder mit unterschiedlichen Prioritäten können im Scanschema entsprechend behandelt werden.
- • Skalierbarkeit durch Verwendung mehrerer Empfänger und zugehöriger Speicher zur Abdeckung größerer Frequenzbereiche ist möglich.
