DE1946247A1

DE1946247A1 - Abfrage-Antwortsystem fuer verschiedene Abfragecodes

Info

Publication number: DE1946247A1
Application number: DE19691946247
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Dipl-Ing Stein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-09-12
Filing date: 1969-09-12
Publication date: 1971-07-29
Also published as: DE1946247B2; GB1254807A; NL7013176A; FR2099732A5; DE1946247C3; NL151799B

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, den 12". Sep, Berlin und München Wittelsbacherplatz 2

^PA 69/2839

Abfrage-Antv/ortsystem für verschiedene Abfragecodes

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abfrage-Antwortsystem unter Verwendung eines Abfragegerätes, das verschiedene Abfragecodes auszusenden gestattet, mindestens eines Antwortgerätes, das bei Übereinstimmung eines ihm vorgegebenen Codes mit dem ankommenden Code ein Antwortsignal aussendet sowie eines Zeitnormals.

Es ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 265 872 bekannt_s in den Antwortgeräten eines Sekundärradarsystems Zeitnormale vorzusehen, welche verhindern sollen, daß für eine einzige Abfrage mehrere aus etwa der gleichen Richtung kommende und von verschiedenen Antwortgeräten stammende Antworten eintreffen, die sich gegenseitig beeinträchtigen und eine Auswertung der Antworten erschweren bzw. unmöglich machen»

Bei der Aussendung von Abfragesignalen ist es möglich, daß diese auch von der gegnerischen Seite aufgenommen werden können und durch Vergleich mit den von den Antwortgeräten ausgestrahlten Antwortsignalen die Art und Zusammensetzung des Abfragecodes ermittelt wird. Dadurch kann die gegnerische Seite zu einer Zeit, in welcher ein Antwortgerät von seinem zugehörigen Abfragegerät nicht abgefragt wird, durch Aussendung des Abfragesignals Antwortsignale auslösen. Außerdem ist es möglich, das gesamte System dadurch erheblieh zu stören, daß von der gegnerischen Seite bei Kenntnis des Abfrage- und Antwortcod.es Antwort signale erzeugt und ausgestrahlt v/erden, so daß z.B. ein gegnerisches Flugzeug als Freund erfaßt wird.

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Jb/Hth 109831/0382

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 weitgehend zu verhindern. Gemäß der Erfindung, welche sich— auf ein Abfrage-Antwortsystem der eingangs genannten Art _; bezieht, wird dies dadurch erreicht, daß im Abfragegerät verschiedene Abfragecodes gleichzeitig zur Verfugung stehen, von denen nacheinander ra nach einer veränderbaren Verteilung ausgesandt werden, daß das Antwortgerät zu einem bestimmten -Zeitpunkt nur auf m-p der ausgesandten Abfragecodes anspricht, wobei ρ =1 und ganzzahlig ist, daß im Abfragegerät nach einem Programm die Abfragecodes zeitabhängig geändert werden und im.Antwortgerät nach dem gleichen Programm und synchron hierzu ebenfalls eine Veränderung der Zusammensetzung der zum Ansprechen führenden Abfragecodes vorgenommen wird, daß die beim Abfragegerät eingehenden Antwortsignal e durch Vergleich mit den verwendeten Abfragecodes daraufhin untersucht werden, ob diese Antwortsignale von einem Antwortgerät kommen, das nach dem dem im Abfragegerät vorhandenen und bekannten Programm arbeitet, und daß nur solche Antwortsignale zur Auswertung zugelassen v/erden, bei denen dies zutrifft.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Zeich-* nungen näher erläutert, in denen als Ausführungsbeispiel ein Sekundärradargerät dargestellt und beschrieben ist/ Die Erfindung ist aber darüber hinaus auch bei anderen Abfrage-Antwortsystemen anwendbar, die eine Verschlüsselung und einen Schutz gegen fremde Störer benötigen,

Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Abfragegeräts,

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Pig, 2a bis 2d einen Impulsplan, Pig. 3 ein Blockschaltbild eines Antwortgeräts, Pig. 4 ein Prequenz-Zeitdiagramm.

Das Abfragegerät nach Fig. 1 enthält eine an eine Bichtantenne 1 angeschlossene Sende/Empfangsweiche 2, deren einer Ausgang zu dem Empfänger 4 führt, dem ein Demodulator 5 nachgeschaltet ist. Die empfangenen Antwortsignale gelangen weiterhin zu einem Decodierer 6 und v/erden anschließend einer Anzeigeeinrichtung 7 zugeführt. Ein Steuersender 9 steht mit dem Sender 8 und dem Empfänger 4.in Verbindung. Die Aufbereitung der für die "bfrage 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 Verfügung stehenden Abfragecodes werden einerseits einem Rech-:''..·'- · ner 15 und andererseits einem Codeauswahlgerät 16 zugeführt, das mit dem Codierer 17 'verbunden ist. Der Rechner 15 wird von den Zuordnern 12 bis 14 bzw. von dem Codeauswahlgerät mit Informationen über die möglichen und die jeweils tatsächlich ausgesandten Codes versorgt und steuert den Deco dierer 6.

Die Erzeugung der einzelnen Abfragecodes wird von der Uhr 10 aus gesteuert, die z.B. aus einem Taktgenerator und aus einem Frequenzteiler besteht. Die Uhr 10 kann von außen her in ihrer Genauigkeit kontrolliert werden. Die Überlegungen hinsichtlich der zulässigen Toleranzen werden im Zusammenhang mit Fig. 4 angestellt. Von dieser Uhr aus wird der Zähler 11 so gesteuert, daß er nach einer bestimmten Zeit einen Zählschritt durchführt. Es ist zweckmäßig, wenn bei jeder Umdrehung üblicher Rundsuchradargeräte der Code mindestens einmal gewechselt wird. Da üblicherweise die Umdrehungszeit T = 1 bis 10 see dauert, soll dementsprechend der Zähler 11 in dieser Zeit mindestens etwa um einen Zähl-

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schritt weitergesehaltet werden. Die Häufigkeit des Wechsels des Abfragecodes ist ein Kompromiß zwischen dem technischen Aufwand hinsichtlich der Frequenzstabilität für die Uhr 10 und der Sicherheit gegen Nachahmer bzw. Stör er* Geht man davon aus, daß der Zähler 11 ein η stufiger Binarzähler oder ein rückgekoppeltes Schieberegister mit η Stellen ist» an dessen Ausgängen in systematischer Reihenfolge nacheinander alle möglichen Kombinationen aus η bit erscheinen, so ergeben sich 2 mögliche Ja/Nein-Informationen an den η Aus* gangen. Da der Zähler allein infolge seines inneren Aufbaue die verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten nach einem bestimmten Arbeitsplan liefert, könnte ein gegnerischer Beobachter innerhalb einer längeren Beobachtungszeit diesen Arbeitsplan feststellen und dann durch Störung oder Nachahmung in dae Abfragesystem eingreifen. Zwischen dem Zeitnormal 10 und dem Code-Auswahlgerät 16 werden deshalb Mittel vorgesehen, die eine im Antwortgerät reproduzierbare, aber von Code zu Code möglichst unabhängige und das Bildungsgesetz versohleiernde Impulsverteilung ergeben.,Dies kann z.B* dadurch erreicht werden, daß den η Ausgängen m Zuordner nachgeschaltet sind, welche z.B. in Form von Steckern oder einer gedruckten Schaltungsplatte die η Eingänge mit den η Ausgängen in einer beliebigen festlegbaren, frei wählbaren Reihenfolge verbinden. Damit lassen sich n! verschiedene Zuordnungen realisieren. So ergibt z.B. folgende Verteilung am Ausgang des Zählers 11 (n=10)

O 1 1 0 1 1 1 0 0 1

bei Verbindung des dritten Eingangs des Zuordners 12 mit seinem achten Ausgang und des achten Eingangs mit dem dritten Ausgang folgende Verteilung:

οι ο ο 111 ιοί .

Diese Verteilung am Ausgang dejs Zuordners 12 wird als Code dem eödeauswahlgerät 46 und dem Rechner 15 zugeführt. Da

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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 dienendes einfaches Beispiel dar. Normalerweise muß für die Verschlüsselung ein größerer Aufwand getrieben werden.

Die Verteilung der Codes ist in fig, 2a im Zeitplan dargestellt. Eür diese Verteilung ist angenommen, daßjb-!5list, d.h. insgesamt drei Codes dem Codeauswahlgerät 16 zur Verfügung stehen und auch nur drei Zuordner vorgesehen sind. Die Codes C-1, C2 und 03 sind zeitlich gegeneinander versetzt. Dieser Versatz wird bei einem Rundsuchradargerät zweckmäßig so vorgenommen, daß je Umdrehungszeit I mindestens ein .0o.dewechsel auftritt. Die Zeit, während der ein bestimmter Code zur Auswahl vorhanden ist, ist dementsprechend größer als die Umdrehungszeit T und beträgt im vorliegenden Beispiel 1,5$. Die Codes 01, 02 und C3 sind gleichzeitig in der Zeit zwischen ti und t3 (diese Zeit entspricht der halben Umdrehungszeit T) im Auswahlgerät 16 vorhanden. Nach.dem Zeitpunkt ΐ3 folgt auf den Code C1 der rode 04, nach dem Zeitpunkt t4 folgt auf den Cckde C2 der Code 05 usw. Während der Zeit ti und t3 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 ra=3 und q=12 folgende Codeverteilung im Auswahlgerät 16 hergestellt werden:

C2, 01, 02, Ct, 02, C3* 02, 01, C3, 01, 02, C3

Über den Codierer 17 gelangen dieee Abfragecodes zum Sender und über die Sende/Erapfangsweiche 2 zur Antenne 1, von wo aus sie abgestrahlt v/erden.

Die von den Zuordnern 12 bis 14 ausgehenden unä zu einem bestimmten Zeitpunkt vorhandenen Codes 01 bis Om gelangen außer-

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dem zu dem Rechner 15, v/o sie für einige Zeit gespeichert und später mit der Codevorteilun©Üer eingehenden Antwort-, signale verglichen v/erden. Außerdem gelangt eine Infor-· . mation über die vom Codeauswahlgerät 16 getroffene Auswahl aus den Codes C1 bis Cm zu dem Rechner 15, die dort eben-r falls gespeichert und zurAuswertung der eingehenden Antwortsignale mit herangezogen v/ird* .- '"·.:"

Beim Antwortgerät nach Pig. 3 sind ebenfalls eine Antenne 1a, eine Sende/Empfangsv/eiche 2a, ein Empfänger 4a, Demodulator 5a, 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, Fluggeschwindigkeit usw. enthaltenden Informationsspeicher 23 zusammenarbeitet. Ferner ist ein Cryptorechner 24 vorgesehen.

Bei dem Antwortgerät nach Fig. 3- sind ferner ebenfalls eine Uhr 10a, ein Zähler 11a sowie m-p Zuordner 12a und 15a vorgesehen. Der Aufbau und die Funletionswege der Uhr 10a, des Zählers 11a, der Zuordner 12a und 13a sowie der Elemente ta, 2a, 4ä», 5a, 8a und 9a stimmen mit den entspreehend bezeich- * neten !Teilen der Fig. 1 überein. Ein Unterschied besteht lediglich darin, daß anstelle von m Zuordnern nur m-p Zuordner vorgesehen sind, wobei p = 1 und ganzzahlig ist. Die Uhr 10a im Antv/ortgerät und die Uhr 10 im Abfragegerät laufen synchron» Außerdem ist der innere Aufbau der Zuordner 12a und 13agleich dem der Zuordner 12 und 13. Dies hat zur Folge, daß bei jeweils gleichem Zählerstand in den Zählern 11 und 11ä am Ausgang der Zuordner 12 und 12a bzv/. 13 und 13a jeweils die gleichen Codes vorliegen. Dem Decoder 20 werden somit bei strengem Synchronismus der Uhr 10 des Abfragegerätes nach Fig. 1, der Uhr 10a und des Antv/ortgerät es nach Fig. 3 von den Zuordnern 12a, 13a die in Fig. 2b im Zeitplan dargestellten Codes 01*, 02*, 03*, 04* usw. zugeführt^ Diese Codes C* sind für eine

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109831/0982 _ _? . BAD o_B,gina.

kürzere Zeit gültig als die Codes C beim Abfragegerät, und zwar für eine Zeit von T=10 see. Dabei liegen die Codes 0*, wenn keine Zeitabweichung zwischen der Uhr 10 des Abfragegeräts und der uhr 10a des 'ntwortgeräts auftritt,, symmetrisch zueinander, d.h. die (zeitliche) Mitte von einander entsp.re-

■i chenden Codes C und C* fallen jeweils zusammen (z.B. C1 und 01*). Von den z.B. während der Zeit ti bis t2 einlaufenden Abfragecodes mit folgender Verteilung

02, 01, C2, C2, 01, 03, 02, 01, 03, 01, 02, 03 (1)

können Anfragen mit dem Code 03 nach Fig. 2b nicht beantwortet werden, weil der Code C3* im Antwortgerät erst nach der Zeit t2 zur Verfügung steht und deshalb nur Antworten auf Abfragen mit den Codes 01 und 02 gegeben v/erden können. Von einem Antv/ortgerät nach Fig. 3 kämen demnach folgende Antwortsignale

c2, c1, c2, c2, et« -» C2, el, -, c1, c2, - (2)

Ein Antwortgerät, dessen Uhr 10a gegenüber der Uhr 10 im Abfragegerät nach Fig. 1 vorgeht, und zwar um 2 see bei einer Umlaufzeit Ϊ von 10 see, ergibt eine Codeverteilung nach Fig. 2c. Die für die Zeit ti bis t2 sich ergebenden Antworten für eine Abfrage nach (1) lauten in diesem Fall folgendermaßen:

c2, c1, c2, c2, -,..03, c2, -, c3, -, c2, c3 (3)

Der Rechner 15 kann hier feststellen, dal? zwar die eingehende Antwort nicht die bei exaktem Synchronismus zu erwartende Verteilung hat, daß aber lediglich eine Zeitverschiebung vorliegt und die Antwortsignale von einem zum eigenen System gehörenden Antwortgerät kommen und deshalb auch 2ur Auswertung freigegeben v/erden können*

ΡΛ 9/481/772 , 109831/Π98? _ _:. _w

' -BAD ORISlNAV

Für eine um 2 see nachgehende Uhr eines Antv/ortgeräts gegenüber der Uhr 10 nach. Fig.- 1 ist dieCodeverteilung in Pig. 2d dargestellt. Für eine Abfragecodeverteilung nach (1) ergibt sich für die Zeit ti - t2 folgende Verteilung: ;

c2, c1, c2, c2, p1, .-, c2, c"1, -, d, c2> - (4)

Diese Verteilung entspricht der beim Zeitplan nach Fig. 2b erhaltenen Verteilung der Abfragesignale. Die vom Decoder bei Übereinstimmung an den Cryptorechner 24 abgegebene Information derart, daß für einen ankommenden Code C ein korrespondierender Code G* in einem der Zuordner 12a oder 13a vorhanden ist, hat zur Folge, daß in dem Codierer 22 die im Informationsspeicher 23 vorhandene Information dem Antwortsignal angehängt, über den Modulator 21 dem Sender 8a aufmoduliert und über die Sende/Erapfangsweiche 2a und die An- ' tenne ta zum Abfragegerät zurückgestrahlt wird, wo die Aus-.Wertung der Antwort im Decoder 6 auf Grund der im Rechner gespeichert vorhandenen Informationen über die vorher ausgesandten Code-Verteilungen vorgenommen wird. Es ist aber auch möglich, nur die Freund-Feind-Kennung zu übertragen und keine weiteren bordseltigen Informationen anzuhängen. Dies hat zur Folge, daß auf einen bestimmten Abfragecode nur mit dem jeweils vorhandenen korrespondierenden Abfragecode geantwortet wird. Neben den bisher behandelten Codes kann im Abfragegerät eine weitere codierte Information, z.B. für einen Tag oder einen bestimmten Einsatz gültige Daten, vorhanden sein« Diese Informationen werden dann zusammen mit den vorher beschriebenen Antvfi rtcodes übertragen.

Zur Erläuterung der Genauigkeitsanforderungen für die Uhr 10a beim Antwortgerät ist in Fig. 4 ein Diagramm dargestellt, welches für Einsatzdauern von 1 bis zu 24 Stunden die Zeitabweichung /Sit (sec) in Abhängigkeit von der auf der Abszisse

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aufgetragenen relativen fre<iuenzabweichung .*£=» zeigt, für eine Einsätzdauer von 24 Stunden ergibt sieh Bei einer maximal zulässigen Zeitabweiehung At von 1 see eine relative Frequenzabweichung von etwa 10 . Diese iOrderung läßt sieh ohne allzu große Schwierigkeiten durch einen "Stimmgabel-, oder Quarzgenerator realisieren. Werden die Genauigkeitsanforderun* gen erhöht, so können Quar^generatOren mit ihertnostaten in Präge kommen. Zu den Zeitfehlern infolge der TJngenauigkeit der Ohren müssen noch die laufzeitabhängigen Zeitunterschiede mit berücksichtigt werden. Is ist zweckmäßig, vor einem Einsatz einen Uhrenvergleich zwischen Abfrage- und Antwortgerät durchzuführen,

8 Ansprüche .

4 figuren

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Claims

- ίο -

I a ΐ β ti υ a a g ρ -r ü c h e

Abfrage-intwortsystera unter Verwendung eines Abfragegerätes, das verschiedene Abfragecodes auszusenden gestattet» mindestens eines Antwortgerats, das bei Übereinstimmung eines ihm vorgegebenen Codes mit dem ankommenden Code ein Antwortsignal aussendet ^^ sowie eines Zeitnormalsj da & u r e h g e k e ηη ζ e i c h η e t , daß im Abfragegerät verschiedene Abfragecodes gleichzeitig 3ur Verfügung stehen, von denen nacheinander ta nach einer veränderbaren Verteilung ausgesandt werden, daß das ' Antwortgerät zu einem bestimmten Zeitpunkt nur auf "W-p- der ausgesandten iLbfragecoäes anspricht, wobei P=Xi und gangzahlig ist, daß im Abfragegerät nach einem Programm die Abfragecodes zeitabhängig geändert werden und im Antwortgerät nach dem gleichen Programm und synchron hierzu ebenfalls eine Veränderung der Zusammensetzung der zuta Ansprechen führenden Abfragecodes vorgenommen wird, daß die beim Abfragegerät eingehenden Antwortsignale durch vergleich mit den verwendeten Abfragecodes daraufhinxmteirsucht werden, ob diese Antwörtsignale von einem Antwortgerät kommen, das nach dem dem im Abfragegerät vorhandenen und bekannten Programm arbeitet, und daß nur solche Antwortsignale zur Auswertung augelassen werden, bei denen dies zutrifft.

2. Abf rage-Aiitwortsystera nach Anspruch. 1, dad u r c h - g e k e η η ζ e ic h η et ₄ daß während der Umdrehtings^eit eines Hundsiöhtradargeräts von den zur Verfügung stehenden Codes mindestens einer wechselt*

5. Abfrage-Antwortsystem nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g @ k e η η ζ e i e h η e t ,

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daß ζλ'/ischen. dem Zeitnormal (10) und dem Code-Auswahlgerät (16) des /.bfragegeräts und des Antwortgeräts Mittel vorgesehen sind, die eine reproduzierbare, aber von Code zu Code möglichst unabhängige Verteilung ergeben.

4. Abfrage-Antwortsystera nach Anspruch ^3j dad u r c h g elcennz e iehnet, daß das Zeitnormal (10) einen n-stufigenBinärzähler (11) oder ein rückgekoppeltes η-stufiges Schieberegister steuert, dem ra Zuordner (1.2, 13, H) nachgeschaltet sind, welche zwischen ihren η Eingängen und ihren η Ausgängen frei wählbare Verbindungen herstellen.

5. Abfrage-Antwortsystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch

gekennzeichnet , daß aus m zur Verfügung stehenden Codes ein Auswahlgerät (16) in statistischer, nicht reproduzierbarer Verteilung eine Anzahl von q in einer Richtung zu einem Antwortgerät auszusendende Codes auswählt.

6. Abfrage-Antwortsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Abfragegerät die ausgesandten Code-Verteilungen gespeichert und mit der Code-Verteilung der eingehenden Antv/ortsignale verglichen werden.

7. Abfrage-Antwortsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß bei fehlendem Synchronismus die Code-Verteilung der Antv/ortsignale daraufhin untersucht wird, ob der Fehler auf Ungenau!gkeiten des Zeitnormals (10a) beruht und deshalb trotzdem eine Auswertung der Information der Antv/ortsignale vorgenommen werden kann.

8. Abfrage-Antwortsystem nach einem der vorhergehenden An-SOrüche, dadurch gekennzeichnet,

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daß die Codes im Abfragegerät für eine längere Zeit zur Verfügung stehen als die Codes beim Antwortgerät und daß die Zuordnung einander entsprechender Codes (z.B. Cl und C1*) so vorgenommen ist, daß bei einem 2eitfehler gleich NuIl die Codes zeitlich gesehen den gleichen Mittelpunkt haben.

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