DE19705816A1 - Verfahren zum Orten von Frequenzsprungsendern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Orten von Frequenzsprungsendern laut Oberbegriff des Hauptan­ spruches.

Zur Ortung von Frequenzsprungsendern (FH-Signalen) ist es bekannt, mehrere an verschiedenen Orten aufgestellte Funk­ suchpeiler zeitsynchron miteinander zu betreiben und die so ermittelten Peilwerte an eine Zentrale zu übertragen. Jede Peilstation erfaßt dabei das gleiche FH-Signal, das für die Ortungsberechnung benötigt wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Auffaßwahrscheinlichkeit eines Ortungssystems dieser Art zu verbessern.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren laut Oberbe­ griff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merk­ male gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen insbesondere auch bezüglich des eigentlichen anschließenden Ortungsverfahrens nach erfolgter Aktivitätsfrequenzbereichsbegrenzung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird vor der eigentlichen Ortungsberechnung durch einen nicht synchronisierten Suchvor­ gang in unterschiedlichen Teilbereichen des Gesamtfrequenzbe­ reiches der eigentliche Aktivitätsbereich ermittelt, in wel­ chem momentan überhaupt FH-Signalaktivitäten auftreten, so daß beim anschließenden eigentlichen Ortungsvorgang nur die­ ser momentan interessierende Aktivitätsbereich abgesucht wer­ den muß. Auf diese Weise wird die Wahrscheinlichkeit, daß FH-Signale festgestellt und gepeilt werden können, wesentlich erhöht.

Für die Erkennung der FH-Signale in den einzelnen Teilberei­ chen bei der Begrenzung des eigentlichen Aktivitätsbereiches hat sich ein Verfahren laut Unteransprüchen 2 und 3 als vor­ teilhaft erwiesen.

Das anschließende eigentliche Ortungsverfahren kann in be­ kannter Weise mit zeitsynchron arbeitenden Peilstationen durchgeführt werden, dabei werden die im Suchlauf arbeitenden Funkpeiler beispielsweise mit Hilfe des GPS-Satelliten-Navi­ gationssystems zeitsynchron betrieben und jede Peilstation erfaßt damit jeweils gleichzeitig das gleiche FH-Signal.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 hat es sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, auch für den eigent­ lichen Ortungsvorgang nicht zeitsynchron arbeitende Funkpei­ ler zu verwenden, die ein externes Synchronisationssystem wie GPS überflüssig machen. Dieses asynchrone Peilverfahren ist auch ohne vorhergehender Aktivitätsbereichsbestimmung anwend­ bar.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeich­ nungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, bei dem auch die eigentliche Ortung mit nicht synchron betriebenen Funkpeilern durchgeführt wird.

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer Peilstation, von denen zwei oder mehr an verschiedenen Orten aufgestellt und mit einer nicht dargestellten Zentrale verbunden sind. Jede Peil­ station besteht aus einem Funkpeiler 1, beispielsweise einem nach dem Prinzip der Fast-Fourier-Transformation (FFT) arbei­ tenden Peiler, der über eine Ablaufsteuerung 2 zwischen Such­ betrieb, in welchem ein vorgegebener Frequenzbereich automa­ tisch abgesucht wird, und einem Festfrequenzbetrieb, in wel­ chem bei ausgewählten Festfrequenzen eine Peilung durchge­ führt wird, umschaltbar ist.

Um die Wahrscheinlichkeit, daß in einem vorgegebenen Gesamtfrequenzbereich auch tatsächlich alle FH-Signale festgestellt und gepeilt werden, zu erhöhen, werden vor der eigentlichen genauen Ortungsberechnung der jeweils aktiven Frequenzsprungsender die jeweiligen FH-Signalaktivitäten ein­ schließlich der Aktivitäten von nicht periodischen Burst- Signalen ermittelt. Dazu wird gemäß Fig. 2 der Gesamtfre­ quenzbereich zwischen einer unteren Frequenz f_u und einer oberen Frequenz f_o, in welchem FH-Signale zu erwarten und zu Orten sind, in mehrere kleine Teilfrequenzbereiche x₁ bis x_n unterteilt. Die Größe dieser Teilbereiche x₁ bis x_n ist so gewählt, daß je Teilbereich wenigstens einige FH-Signalakti­ vitäten zu erwarten sind. Im VHF-Bereich (etwa 20 bis 200 MHz) und im UHF-Bereich (200 bis 1000 MHz) besitzen die Teil­ bereiche x₁ bis x_n beispielsweise eine Breite von 10 MHz, im HF-Bereich (etwa 1,5 bis 30 MHz) eine Breite von 1 MHz. Die Zykluszeit des Peilers 1, mit welchem dieser einen Teilbe­ reich absucht, ist im, VHF- und UHF-Bereich mit etwa 50 ms und im HF-Bereich mit 200 ms gewählt, damit ist gewährlei­ stet, daß in zwei aufeinanderfolgenden Peilzyklen FH- Signale, die mit einer Verweildauer von etwa 1 bis 100 ms gesendet werden, von anderen Sendern, die mit einer Sendezeit von mehr als 200 ms senden, unterschieden werden kann, denn ein beispielsweise mit 10 ms Verweildauer gesendetes FH- Signal oder ein entsprechend nichtperiodisch gesendetes kurzes Burst-Signal, das in dem ersten Peilzyklus festgestellt wird, wird im zweiten darauffolgenden Peilzyklus bei gleicher Frequenz nicht mehr vorhanden sein. Auf diese Weise können FH-Signale oder nichtperiodische Burst-Signale, die ausschließlich ausgewertet werden sollen, von anderen nicht auszuwertenden Signalen unterschieden werden. Es ist also nur erforderlich, die Aktivitäten je Teilfrequenzbereich x₁ bis x_n (Frequenz und Peilwert) festzustellen und in einem Zwischenspeicher in jeder Peilstation abzuspeichern und dann unmittelbar in jeder Peilstation diese Aktivitäten der einzelnen aufeinanderfolgenden Peilzyklen geeignet miteinander zu vergleichen, um so FH-Signale von anderen Signalen zu unterscheiden. Dabei ist es auch möglich, trägergetastete Signale wie ASK, FSK und PSK von FH-Signalen zu unterscheiden.

Zur Ermittlung der FH-Signalaktivitäten wird den einzelnen Peilstationen von der Zentrale aus vorgegeben, daß jede Peilstation jeweils in unterschiedlichen Teilbereichen einen Suchlauf durchführen soll. Eine Peilstation erhält beispiels­ weise von der Zentrale die Anweisung, daß ihr Peiler 1 die Teilbereiche x₁ bis x_n mit einer vorgegebenen Anzahl m von Peilzyklen pro Teilbereich absuchen soll, eine andere Peil­ station erhält die Anweisung, daß mit der gleichen Anzahl m von Peilzyklen pro Frequenzbereich die Teilfrequenzbereiche in umgekehrter Reihenfolge x_n bis x₁ abgesucht werden sollen. Durch das gleichzeitige Absuchen des Gesamtfrequenzbereiches f_u bis f_o von der unteren Grenzfrequenz f_u und der oberen Grenzfrequenz f_o durch mehrere Peilstationen werden FH-Si­ gnale mit höherer Wahrscheinlichkeit als bei einem synchronen Absuchen erfaßt. Auf diese Weise werden also nacheinander über verschiedene Peilstationen die einzelnen Teilbereiche x₁ bis x_n zwar gleichzeitig aber jeweils in unterschiedlichen Teilbereichen abgesucht, die Erkennung von FH-Signalen oder Burst-Signalen erfolgt dabei wie oben beschrieben in den m aufeinanderfolgenden Peilzyklen je Teilbereich. Dabei wird sowohl die Frequenz als auch ein Grobpeilwert ermittelt. Nach dem Absuchen eines Teilbereiches werden von jeder Peilstation die ermittelten Frequenzwerte der festgestellten FH-Signale an die Zentrale gemeldet. Wenn der Gesamtfrequenzbereich von allen Peilstationen abgesucht und die entsprechenden Aktivi­ täten an die Zentrale übermittelt sind kann dort aus all die­ sen durch verschiedene Peilstationen ermittelten Frequenzwer­ ten festgestellt werden, in welchem Bereich des Gesamtfre­ quenzbereiches momentan FH-Sender aktiv sind. In dem Ausfüh­ rungsbeispiel nach Fig. 2 wird beispielsweise festgestellt, daß momentan nur in den Teilbereichen x₂ bis x₄ FH-Sender aktiv sind, so daß anschließend nur in diesem Aktivitätsbe­ reich x₂ bis x₄ die eigentliche Feinpeilung durchgeführt wer­ den muß. Hierdurch wird die Auffaßwahrscheinlichkeit des Ortungssystems erhöht.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die anschlie­ ßende Ortung nach dieser Bestimmung des eigentlichen Aktivi­ tätsbereiches mittels nicht synchronisierter Peilstationen. Die einzelnen Peiler 1 der verschiedenen Peilstationen werden über die Zentrale jeweils zum Absuchen von gleichen Teilbe­ reichen eingestellt, d. h. jeder Peiler 1 sucht nunmehr je­ weils den gleichen Teilbereich, beispielsweise zunächst x₂ des festgestellten Aktivitätsbereiches, ab. Während des Such­ betriebes werden wiederum die Frequenzen und die zugehörigen Grobpeilwerte von in diesem Teilbereich aktiven FH-Sendern festgestellt und abgespeichert. Wenn so in einem oder mehre­ ren aufeinanderfolgenden Peilzyklen ein Teilbereich abgesucht und die Frequenzen der dort aktiven FH-Signale festgestellt sind, wird über die Steuerschaltung 2 der Peiler 1 auf Fest­ frequenzbetrieb umgeschaltet und dann mit dem Peiler 1 bei diesen festgestellten Frequenzen Feinpeilungen durchgeführt, die als eigentliche Peilwerte mit der zugehörigen Frequenz in der Peilstation abgespeichert werden. Gleichzeitig werden für jede dieser Frequenzen die Endzeitpunkte der FH-Signale ermittelt. Auf diese Weise wird ein in Fig. 3 dargestelltes Peilprofil ermittelt.

In dem Beispiel nach Fig. 3 wird über eine Peilstation bei­ spielsweise festgestellt, daß innerhalb der Echtzeitband­ breite des Peilers 1 bei der Frequenz f₁ aufeinanderfolgend immer die Feinpeilwerte PW1 und die Zeitdifferenz Δt zwischen aufeinanderfolgenden Endzeitpunkten der Verweilzeit der FH- Signale auftreten. Aus diesen Daten ist erkennbar, daß es sich hier um einen FH-Sender handelt, der periodisch im Abstand Δt auf der Frequenz f₁ für die Dauer der Verweilzeit sendet. Das zugehörige Datenpaket lautet also: Frequenz f1, Peilwert PW1, Kennung Δt.

Fig. 3 zeigt ein zweites Beispiel, nach welchem auf der Fre­ quenz f₂ innerhalb der Echtzeitbandbreite des Peilers 1 fol­ gende Daten festgestellt werden:
Peilwert PW2, zugehörige Zeitdifferenz Δ1; PW3, Δ2; PW4, Δ3; PW2, Δ1; PW3, Δ2; usw.

Daraus ist erkennbar, daß es sich um mehrere FH-Sender han­ delt, die mit gleichem Hoppset (im gleichen Frequenzbereich mit der gleichen Anzahl und Verteilung der FH-Signale) arbei­ ten. Die Abstände Δ1, Δ2 und Δ3 zeigen, daß die an sich gleichen Hoppsets untereinander zeitlich verschoben sind, die einzelnen FH-Sender also jeweils zu unterschiedlichen Ein­ schaltzeitpunkten beginnen.

Das Datenpaket für dieses Beispiel lautet also:
Frequenz f2, Peilwerte PW2, PW3, PW4 mit zugehörigen Kennun­ gen Δ1, Δ2, Δ3.

Dieses in Fig. 3 dargestellte Peilprofil, das in der Funkti­ onseinheit 3 nach Fig. 1 aus den über die Ablaufsteuerung 2 zugeführten Peilwerten, Frequenzwerten und Endzeitpunktswer­ ten ermittelt wird, wird anschließend einer Funktionseinheit 4 zugeführt, in welcher die in Fig. 4 dargestellte Aufberei­ tung dieses Peilprofils durchgeführt wird. Das Ergebnis wird an die Zentrale übermittelt.

In der Funktionseinheit 4 werden die ermittelten und gegebe­ nenfalls voneinander abweichenden Peilwerte zu einem einzigen bewerteten Peilwert zusammengefaßt, d. h. es wird aus den zu­ sammengehörigen Peilwerten innerhalb eines vorbestimmten Streubereichs ein einziger Peilwert ermittelt, der zusammen mit seiner Kennung, die auch aus mehreren Anteilen bestehen kann, dann zur weiteren Auswertung an die Zentrale übermit­ telt wird. Für die Einfallsrichtung PW1 wird also ein einzi­ ger Peilwert ermittelt, ebenfalls für PW2 usw. . Damit wird die Datenmenge, die von den einzelnen Peilstationen zur Zen­ trale übermittelt werden muß, auf ein Minimum reduziert. In der Zentrale wird dann aus diesen Peilwerten der verschiede­ nen Peilstationen der Ort der so gekennzeichneten FH-Sender ermittelt. Die Ermittlung des einzigen bewerteten Peilwertes erfolgt im Sinne der Fig. 4 vorzugsweise dadurch, daß die einzelnen Peilwerte Kategorien zugeordnet werden und daraus dann je Kategorie der bewertete Peilwert ermittelt wird.

Die Ermittlung des Feinpeilwertes im Festfrequenzbetrieb des Peilers 1 ermöglicht die volle Ausnutzung der Verweilzeit ei­ nes FH-Signal zur Peilung, was insbesondere bei FH-Signalen mit variabler Verweilzeit oder bei erhöhter Verweilzeit von Burst-Signalen von Vorteil ist.

Bei der Ermittlung des Peilprofils werden alle aktiven Fre­ quenzen, die innerhalb der Peilerbandbreite liegen, in Echt­ zeit gepeilt. Die Wiederholung der Peilung erfolgt in zeitli­ cher Folge im Zyklus der FH-Sender. Das Peilprofil bildet sich im Rhythmus der wiederkehrenden Hoppsets ab. Anhand des Peilprofils nach Fig. 3 wird der Unterschied zwischen den FH- Sendern, die jeweils das gleiche Hoppset verwenden und mehre­ ren FH-Sendern, die ein unterschiedliches Hoppset besitzen, deutlich. Aus dem Peilprofil können auch solche FH-Sender erkannt werden, die aus der Sicht der Peilstation hinterein­ ander liegen, diese Konstellation wird erkennbar durch zwei gleiche Peilwerte und die dazwischenliegende Zeitdifferenz. Anhand der genauen Frequenz ist auch die Zugehörigkeit zu einem gleichen, also mehrfach benutzten, oder einem unglei­ chen Hoppset erkennbar. Das Peilprofil für mehrere FH-Sender mit gleichem Hoppset wird über die Zeit gesehen unterschied­ liche Zustände annehmen. Das Peilprofil ändert sich, wenn weitere Sender hinzukommen oder wenn ein oder mehrere FH-Sen­ der ihre Aktivitäten einstellen. Es entstehen dadurch auch neue Kennungen. Dieser Vorgang bildet sich an jeder einzelnen Peilstation ab, so daß gleiche Verhältnisse herrschen bezo­ gen auf das veränderte Szenario.

Die Kennungen für jeden Peilwert, die notwendig sind, um die zusammengehörigen Peilwerte bei der Ortungsberechnung in der Zentrale zu ermitteln, werden ebenfalls aus dem Peilprofil ermittelt. Das Peilprofil zeigt die Einzelpeilungen zunächst in zeitlicher Reihenfolge frequenzorientiert, d. h. es werden Kennungen für die Peilungen gebildet, die jeweils zu einer Frequenz gehören. Zur Bildung der Kennung müssen mindestens zwei Zyklen eines FH-Senders in den Zwischenspeicher des Peilprofils eingeschrieben sein, der erste FH-Senderzyklus wird nicht bewertet, da in diesem Zeitabschnitt das charakte­ ristische Muster von den beteiligten FH-Sendern infolge des Umschaltens des Peilers vom Suchbetrieb auf den Festfrequenz­ betrieb noch nicht ersichtlich ist. Der zweite Zyklus zeigt dieses charakteristische Muster, das dann zur Ermittlung der Peilwertkennung verwendet wird, die aus den zeitlichen Abständen zwischen den Peilungen ermittelt wird.

Dieses Ortungsverfahren mit mehreren nicht synchron arbeiten­ den Peilstationen ist unabhängig von Laufzeitdifferenzen zwi­ schen den einzelnen FH-Sendern und den Peilstationen. Beson­ ders vorteilhaft ist dieses Verfahren im Zusammenhang mit FH- Sendern von gleichem Hoppset, da, wie insbesondere Fig. 3 zeigt, in Echtzeit alle einer Frequenz, z. B. f₂ zugeordneten FH-Sender gepeilt und anschließend geortet werden können.

Claims (8)

1. l. Verfahren zum Orten von Frequenzsprungsendern, die in einem unbekannten Aktivitätsfrequenzbereich eines vorgege­ benen Gesamtfrequenzbereichs mit schnell wechselnden Sendefrequenzen Frequenzsprung (FH)-Signale senden, da­ durch gekennzeichnet, daß der Gesamtfre­ quenzbereich (f_u bis f_o) in mehrere aneinander anschlie­ ßende Teilbereiche (x₁ bis x_n) unterteilt wird und mittels mehrerer nicht synchron arbeitender Funkpeiler im Suchbe­ trieb gleichzeitig unterschiedliche Teilbereiche abgesucht werden, dabei die Frequenz und der Peilwinkel der aufge­ fundenen FH-Signale bestimmt und die Frequenzwerte an die Zentrale übermittelt werden und dort daraus der momentane Aktivitätsbereich der Frequenzsprungsender bestimmt wird, in dem dann anschließend die eigentliche Ortung durchge­ führt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß jeder Funkpeiler in mindestens zwei aufeinan­ derfolgenden Peilzyklen den jeweils zugeordneten Teilbe­ reich absucht und die dabei festgestellten Signalaktivitä­ ten miteinander verglichen werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Teilfrequenzbereiche so klein gewählt sind, daß durch die Auswertung von 2 oder mehr Peilzyklen nur nicht nach dem Frequenzsprung- oder Burst- Verfahren arbeitende Sender herausgefiltert werden können.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Teilfrequenzbereiche so klein gewählt sind, daß ein Peilzyklus je Teilfrequenzbereich im VHF- und UHF-Bereich 50 ms und im HF-Bereich 200 ms lang ist und diese Werte einstellbar sind. .
5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die an­ schließende Ortung der Frequenzsprungsender nach einem bekann­ ten Verfahren mit mehreren synchron arbeitenden Suchpei­ lern durchgeführt wird.
6. 6. Verfahren zum Orten von Frequenzsprungsendern, die in einem Aktivitätsfrequenzbereich mit schnell wechselnder Sendefrequenz Frequenzsprung (FH) -Signale senden, insbeson­ dere im Anschluß an ein Verfahren zur Aktivitätsfrequenz­ bereichsbestimmung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivi­ tätsfrequenzbereich in mehrere Teilbereiche (x₂ bis x₄) unterteilt ist und mittels mehrerer nicht synchron arbei­ tender Funkpeiler, die zwischen Suchbetrieb und Festfre­ quenzbetrieb umschaltbar sind, zunächst im Suchbetrieb gleiche Teilbereiche des Aktivitätsbereiches abgesucht und die Frequenz der dabei aufgefundenen FH-Signale bestimmt wird und anschließend nach Umschalten auf Festfrequenzbe­ trieb bei diesen so ermittelten Frequenzen die zugehörigen Peilwerte und die jeweiligen Endzeitpunkte dieser FH-Si­ gnale ermittelt und im Funkpeiler zwischengespeichert wer­ den, wobei aus den Endzeitpunkten der FH-Signale der zeit­ liche Abstand der Peilungen mit der zugehörigen Frequenz als Peilwertkennung ermittelt wird (Peilprofilermittlung).
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Peilwerte mit den zugehörigen Kenngrup­ pen zu einem einzigen bewerteten Peilwert zusammengefaßt und dieser bewertete Peilwert zusammen mit der zugehörigen Kennung, bestehend aus einem Wert pro Gruppe zur Zentrale übertragen wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Zentrale aus den von ver­ schiedenen Peilstationen ermittelten bewerteten Peilwerten mit zugehöriger Kennung die Lage der jeweiligen FH-Sender ermittelt wird.