DE2005471B2

DE2005471B2 - Funk-abfrage/antwort-system fuer zeitabhaengig geaenderte abfrage- und antwortcodes

Info

Publication number: DE2005471B2
Application number: DE19702005471
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. 8154 Schaftlach; Albersdörfer Otto Dipl.-Ing. 8000 München Wagner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-02-06
Filing date: 1970-02-06
Publication date: 1976-08-26
Also published as: US3949397A; GB1324137A; FR2078175A5; DE2005471A1

Description

In Kennsystemen wie z. B. Sekundärradar-Systemen oder Fernwirk- bzw. Fernmeßsystemen kann ein Gegner empfangene bzw. abgehörte Abfrage- und/oder Antwortsignale auf verschiedene Weise für Störzwecke ausnutzen:

Durch abgehörte und später erneut ausgesandte Signale können Antworten von Fremdgeräten vorgetäuscht werden. Weiterhin ist es möglich, den gesamten Abfrage-Antwort-ßetrieb durch häufiges Wiederausstrahlen bzw. Wiederholen empfangener Signale zu stören (»repeater jammer«). Eine dritte Möglichkeit störender Einflußnahme besteht darin, daß durch vom Gegner ausgestrahlte Abfragesignale das Antwortgerät vom Gegner gepeilt werden kann, weil auf die nachgeahmten Abfragen jeweils Antworten ausgegeben

ίο werden.

Eine gewisse Möglichkeit zur Beseitigung bzw. Verringerung der vorstehend genannten Störmöglichkeiten besteht darin, die Abfragecodes zeitabhängig zu verändern. Es ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, bei Antwortgeräten Zeitnormale vorzusehen, die einen zeitlich sich ändernden Code bereitstellen und nur Antwortsignal abgeben, wenn Abfracesignale eintreffen, deren Code eine bestimmte, nur intern bekannte und sich zeitlich ebenfalls ändernde Zusammensetzung aufweist (älteres deutsches Patent 19 4G 247).

Da einerseits wegen der Ungenauigkeit der Zeitnormale und andererseits wegen der unterschiedlichen Laufzeiten infolge unterschiedlicher Entfernungen zwischen Abfrage- und Antwortgerät bei der zeitlichen Gültigkeit der Abfrage- und Antwortcodes gewisse Toleranzen zugelassen werden müssen, kann trotzdem unter ungünstigen Umbtänden durch einen Gegner ein störender Eingriff in derartige Abfrage-Antwort-Systeme erfolgen.

Die Erfhdung bezieht sich auf ein Funk-Abfrage Antwort-System (insbesondere Sekundärradarsystem) für zeitabhängig verschiedene Abfragecodes, die zeitlich nacheinander von einem Abfragegerät ausgesandt und von (einem oder mehreren) Antwortgeräten, denen das zeitabhängige Programm der Abfragegeräte bekannt ist, unter Verwendung ebenfalls zeitabhängiger, mit den Abfragecodes nach einer vorgegebenen Verknüpfung \erbundener Antwortcodes beantwortet werden, wobei im Abfrage- und Antwortgerät ein Zeitnormal zur Steuerung der Codefolge vorgesehen ist. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die möglichen Störungen durch einen Gegner, wie das Vortäuschen von Antwortsignalen, die Störung des Abfragesystems und die Peilbarkeit, zu verringern. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß im Antwortgerät Antwortcodes, welche bereits für die Aussendung einer Antwort benutzt worden sind, zumindest für eine gewisse Zeit gegen nochmalige Aussendung gesperrt sind. Ein Antwortcode. der bereits für die Aussendung einer Antwort benutzt worden ist, kann somit, wenn er von einem Gegner erneut ausgesandt wird, als Nachahmung erkannt werden, weil der gleiche Code nunmehr kurz nacheinander nicht zweimal auftreten kann. Es können sich damit gegnerische Geräte nicht durch Wiederholung abgehörter Antwoitsignale als eigene Antwortgeräte ausgeben und auch eine Störung der eigenen Abfragegeräte durch häufiges Wiederholen der vom Gegner abgehörten Antwortsignale kann vermieden werden, weil diese Störung sofort erkennbar ist. Es genügt dabei eine Sperrung für einen gewissen Zeitraum, der weitgehend von der Aufeinanderfolge der Abfragen und dem erwünschten Maß der Ausschaltung feindlicher Störmöglichkeiten abhängt. So ist es z. B. ohne weiteres möglich, daß im Rahmen eines durchlaufenden Antwortcode-Programms nach einiger Zeit, z. B. nach einer Stunde, der gleiche Antwortcode wieder zugelassen wird.

Es ist zweckmäßig, wenn im Antwortgerät gleich- wendet werden. Der Zusammenhang zwischen K zeitig mehrere für eine Antwort brauchbare und züge- und M und der Zusammenhang zwischen den einlassene Antwortcodes vorhanden sind, weil dann mit zelnen Untermengen A'l bis AOi soll keiner vom Gegner Sicherheit auf eine Abfrage von einem Freund- erkennbaren bzw. errechenbaren Systematik unter-Abfragegerät eine Antwort gegeben werden kann. 5 liegen. Dies kann durch entsprechende Verschlüsse-Letzteres ist besonders wichtig bei »IFF«-Systemen lungsverfahren erreicht werden. Welche Teilmenge Kn (Freund-Feind-Identifizierung) im Zusammenhang mit während des η-ten Zeitabschnitts, d.h. im Bereich Sekundärradrr. Im Antwortgerät ist zweckmäßig ein Atn gilt, wird zweckmäßig durch einen bei allen Speicher vorgesehen, in dem die bereits benutzten Systemteilnehmern eingegebenen Schlüssel festgelegt, Antwortcodes für eine gewisse Zeit festgehalten werden 10 der nur für eine beschränkte Zeit, z. B. einen Tag, können, wodurch die Aussendung gleicher Antwort- gültig ist. Ein Synchronuhrensystem in den Abfragecodes unterdrückt wird. Die Information dieses Spei- und Antwortgeräten liefert die einzelnen Gültigkeitschers kann nach einer entsprechenden Zeit wieder ge- Intervalle. Es ist dabei auch zulässig, daß Codes in löscht werden, wobei auch in der Art eines Schiebe- mehreren, auch aufeinanderfolgenden Zeitintervallen reg'sters so vorgegangen werden kann, daß auf eine 15 At vorkommen können, falls dies für den Gegner Abfrage hin ein um eine bestimmte Zahl von Abfragen unvorhersehbar ist.

vorher ausgegebener Antwortcode gelöscht und damit Beim Übergang von einem Zeitintervall Atn auf

für die Wiederverwendung freigegeben wird. das Zeitintervall Atn+I müssen besondere Maß-

p., Die Erfindung und weitere Einzelheiten sind anhand nahmen vorgesehen werden, um Synchronisations-

f ] von Zeichnungen näher erläutert: 20 lücken entweder durch überlappende Bereiche zu

Es zeigt überbrücken oder durch Unterdrückung von Ant-

F i g. 1 den Zusammenhang zwischen der Gesamt- Worten bzw. Abfragen eine Verwirrung zu vermeiden,

menge aller möglichen Abfragecodes und den zu einer Da in jedem Zeitintervall eine andere Menge Kn

bestimmten Zeit gültigen Abfragecodes, gilt, kann der Speicher, welcher die bereits verwen-

F i g. 2 als Zeitdiagramm die Folge der zu bestimm- 25 deten Antwortcodes enthält, am Ende eines jeden

ten Zeiten gültigen Teilmengen von Abfragecodes, Zeitabschnitts Atn gelöscht werden. Die beim Ant-

F i g. 3 die Antwortwahrscheinlichkeit in Abhän- wortgerät notwendige Speicherkapazität muß also

gigkeit von der Zahl der Abfragen. höchstens der im Zeitabschnitt At maximal möglichen

In der F i g. 1 ist die Gesamtmenge M aller mög- Antwortzahl des Antwortgeräts entsprechen,

liehen Antwortcodes dargestellt, während die EIe- 30 Im folgenden wird an Hand eines Zahlenbeispiels

mente A'l bis Kn die während einer Zeit At gültigen eine mögliche Verteilung von Antwortcodes näher

Antwortcodes darstellen. In Abhängigkeit von der erläutert. Dabei ist von folgenden Annahmen ausge-

Zeit aufgetragen, ergibt sich das in F i g. 2 darge- gangen:

stellte Zeitdiagramm, d.h. während der Zeit At\ gilt Die Genauigkeit des Synchrontaktsystems soll so

die Teilmenge Al, während der Zeit AtI die Teil- 35 gewählt werden, daß die Zeitintervalle mit At = 0,1 see

menge Kl usw. Dabei ist es auch möglich, daß sich möglich sind. Die maximale Antwortfolgefrequenz sei

einzelne Teilmengen, wie z. B. Kl und A3, über- fa - 10 kHz, und die Antwortwahrscheinlichkeit

schneiden. Die Teilmengen A';; sind zweckmäßig so soll im ungünstigsten Fall mindestens noch pa = 90%

auszuwählen, daß auch bei sehr vielen Abfragen bzw. betragen, und zwar pro Abfrage-Antwort-Vorgang,

sehr vielen Abfragestationen am Ende des Zeitinter- 40 Der Speicherbedarf im Antwortgerät braucht dann

vails At die Wahrscheinlichkeit für das Antreffen höchstens At · fa = 1000 Codes zu umfassen,

nicht gesperrter Antwortcodes noch für die Ausgabe Für die Ermittlung der Teilmenge A' wird auf

von Antworten ausreicht. Dies ist z. B. bei der Teil- F i g. 3 Bezug genommen, wo auf der Abszisse die

menge Ah dadurch angedeutet, daß der Anteil der Zahl / der ausgesandten Abfragen aufgetragen ist.

maximal möglichen, durch die jeweiligen System- 45 Für die Antwortwahrscheinlichkeit pa gilt

bedingungen festgelegten Codewerte, die nach einer _ ^ (2) Zeit Atn abgefragt sein können, gestrichelt dargestellt

ist. Schraffiert ist jener Teil angedeutet, der nach einer Die dargestellte Kurve gilt unter der Voraussetzung,

Zeit Ji, während der die Teilmenge Kn gültig war, daß innerhalb/1/die gültige Abfragemenge A' = 10 000

tatsächlich abgefragt und damit gesperrt worden ist. 50 beträgt.

Der schraffierte Teil kann somit maximal höchstens Dabei ergibt sich für hohe Werte von pa näherungs-

so groß werden wie der gestrichelte Teil. Die für eine weise:

Teilmenge ausgewählten Antwortcodes hängen ab or ~~ ^ At f ΠΊ

von der Größe der Zeitintervalle At, während der sie * μ __pa\ '

gültig sind, von der maximalen Antwortfolgefrequenz 55

fa des Antvvortgerätes und der gewünschten Mindest- Der interessierende Bereich liegt im vorstehend

antwortvvahrscheinlichkeit pa des Antwortgerätes. Es genannten Beispiel links von der Linie G.

gilt dann die Eeziehung Wählt man einen Entscheidungsgehalt des Abfrage-

At- fa = K (1 -pa) (1) ^{codes von} '" ^{= 36 bit} ^^M ^ ^6>87 ' ¹^' ^{So wird daS}

„. _n , , ... , _n , r 1, ⁶⁰ Verhältnis ^- = 6,87 ■ 10⁶. Damit wird die Ratewahr-

Die Gesamtmenge der verfugbaren Codes K soll K

sehr groß sein im Vergleich zu den Untermengen. Da- scheinlichkeit des Gegners sehr gering. Ist die maxidurch wird verhindert, daß ein Gegner durch einfaches male Abfragefolgefrequenz z.B. gleich der Antwort-Raten mit hoher Wahrscheinlichkeit Codes finden folgefrequenz /e = 10 kHz (d. h. alle 100 fisec ist eine kann, die beantwortet werden. Da bereits, vor allem 65 Abfrage möglich), so erhält der Gegner bei ständigem bei schnell aufeinander folgenden Abfragen, A' sehr statistischem Abfragen für Peilzwecke im Mittel nur groß sein kann, muß unter Umständen ein Code mit alle 11,4 min eine Antwort,
hohem Entscheidungsgehalt m (in = ²log M) ver- Die Zahlenbeispiele zeigen, daß sich beim vorge-

schiagenen System keine unrealistischen Forderungen ergeben. Unabhängig davon muß natürlich ein gewisser Aufwand getrieben werden, da ja auch die erzielbare Verbesserung der Störsicherheit enorm ansteigt. Für die beiden wesentlichen Voraussetzungen des Vorschlages — Synchrontaktsystem und Speicher im Antwortgerät bzw. Transponder — werden die technischen Bedingungen ständig günstiger.

Das eigene Zeitnormal für die Steuerung der Folge der Abfragecodes bzw. der Teilmengen der Abfragecodes kann entfallen, wenn in einem Antwortgerät bereits für andere Zwecke ein genaugehendes Zeitnormal vorhanden ist. Dies ist z. B. bei Fahrzeugen, welche sich eines auf Zeitbäsis arbeitenden KqIIosions-Schutzverfahrens bedienen, dadurch möglich, daß die hierfür verwendeten Zeitnormale auch für die Steuerung der Abfragecodes bzw. deren Teilmengen herangezogen werden. Außerdem ist durch die Anwendung moderner Technik die Erzeugung genau gehender Taktsysteme, z. B. in integrierter Bauweise, ίο mit relativ geringem Aufwand und kleinem Piatzbedarf möglich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

cf".

Claims

Patentansprüche:

1. Funk-Abfrage/Antwort-System (insbesondere Sekundärradarsystem) für zeitabhängig \erschiedene Abfragecodes, die zeitlich nacheinander von einem Abfragegerät ausgesandt und von Antwortgeräten, denen das zeitabhängige Programm der Abfragegeräte bekannt ist, unter Verwendung ebenfalls zeitabhängiger, mit den Abfragecodes nach einer vorgegebenen Verknüpfung verbundener Antwortcodes beantwortet werden, wobei im Abfrage- und Antwortgerät ein Zeitnormal zur Steuerung der Codefolge vorgesehen Lsi, dadurch gekennzeichnet, daß im Antwortgerät Antwortcodes (K), welche bereits für die Aussendung einer Antwort benutzt worden sind, zumindest für eine gewisse Zeit gegen nochmalige Aussendung gesperrt sind.

2. Abfrage/Antwort-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Antwortgerät mehrere für eine Antwort brauchbare und zugelassene Antwortcodes gleichzeitig vorhanden sind.

3. Abfrage,'Antwort-System nach Anspruch 2, insbesondere for mehrere Abfragestationen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der gleichzeitig zur Verfugung stehenden Abfragecodes so gewählt ist, daß auch bei den maximal möglichen Abfragen sichergestellt ist, daß noch nicht gesperrte Antwortcodes λ orhanden sind.

4. Abfrage/Antwort-System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der gleichzeitig für eine Antwort zugelassenen Codes wesentlich kleiner ist als die Zahl der insgesamt in einem größeren Zeitraum möglichen Antwortcodes.

5. Abfrage/Antwort-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Antwortgerät ein Speicher vorgesehen ist, in welchem die bereits ausgesandten Antwortcodes festgehalten sind.

6. Abfrage/Antwort-System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge der Entleerung des Speichers in Abhängigkeit von der Reihenfolge der eingegebenen, bereits als Antwortcodes verwendeten Information gesteuert ist.

7. Abfrage Antwort-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl der Antwortcodes nach einer nicht reproduzierbaren statistischen Verteilung vorgenommen ist.

8. Abfrage Antwort-S\stern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichzeitig gültigen Antwortcodes alle gleichzeitig gewechselt sind.

9. Al frage Antwort-System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für den Wechsel Überbrückungsmaßnahmen vorgesehen sind.