DE2005471C3 - Funk-Abfrage/Antwort-System für zeitabhängig geänderte Abfrage- und Antwortcodes - Google Patents

Description

6. Abfrage Antwort-System nach Anspruch 5, Zeitnormal zur Steuerung der Codefolge vorgesehen dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge der ist. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die möglichen Entleerung des Speichers in Abhängigkeit von der Störungen durch einen Gegner, wie das Vortäuschen Reihenfolge der eingegebenen, bereits als Antwort- von Antwortsignalen, die Störung des Abfragesystems codes verwendeten Information gesteuert ist. 45 und die Heilbarkeit, zu verringern. Erfindungsgemäß

7. Abfrage Antwort-System nach einem der vor- wird dies dadurch erreicht, daß im Antwortgerät hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, Antwortcodes, welche bereits für die Aussendung einer daß die Auswahl der Antwortcodes nach einer Antwort benutzt worden sind, zumindest für eine nicht reproduzierbaren statistischen Verteilung gewisse Zeit gegen nochmalige Aussendung gesperrt vorgenommen ist. 50 sind. Ein Antwortcode, der bereits für die Aussendung

8. Abfrage Antwort-System n.ich einem der vor- einer Antwort benutzt worden ist, kann somit, wenn hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, er von v.inem Gegner erneut ausgesandt wird, als daß die gleichzeitig gültigen Antwortcodes alle Nachahmung erkannt werden, weil der gleiche Code gleichzeitig gewechselt sind. nunmehr kurz nacheinander nicht zweimal auftreten

9. At frage Aniwort-Sy-tcm nach Anspruch 8, 55 kann. Ts können sich damit gegnerische Geräte nicht dadurch gekennzeichnet, daß für den Wechsel durch Wiederholung abgehörter Antwortsignale als Überbrückungsmsßruihnicn vorgesehen sind. eigene Antwortgerät ausgeben und auch ein: Störung

der eigenen Abfragegeräte durch häufiges Wiederholen der vom Gegner abgehörten Antwortsignale kann ver-

60 mieden werden, weil diese Störung sofort erkennbar

ist. Es genügt dabei eine Sperrung für einen gewissen Zeitraum, der weitgehend von der Aufeinanderfolge

In Kennsystemen wie /. B. Sckundärradar-Systcmcn der Abfragen und dem erwünschten Maß der Ausoder 1 crnwirk- bzw. Fcmmeßsystcmcn kann ein schaltung feindlicher Störmöglichkeiten abhängt. So Gegner empfangene bzw. abgehörte Abfrage- und/oder 65 ist es z.B. ohne weiteres möglich, daß im Rahmen Antwortsignalc auf verschiedene Weise für Stör/.weckc eines durchlaufenden Antwortcode-Programms nach ausnutzen: einiger Zeit, z. B. nach einer Stunde, der gleiche Ant-

Durch abrehörte und später erneut auscesandte wortcodc wieder zugelassen wird.

Es ist zweckmäßig, wenn im Antwortgerät gleichzeitig mehrere für eine Antwort brauchbare und zugelassene Antwortcodes vorhanden sind, wer! dann mit Sicherheit auf eine Abfrage von einem Freund-Abfragegerät eine Antwort gegeben werden kann. Letzteres ist besonders wichtig bei »IFF«-Systemen (Freund-Feind-Identifizierung) im Zusammenhang mit Sekundärradar. Im Antwortgerät ist zweckmäßig ein Speicher vorgesehen, in dem die bereits benutzten Antwortcodes für eine gewisse Zeit festgehalten werden können, wodurch die Aussendung gleicher Antwortcodes unterdrückt wird. Die Information dieses Speichers kann nach einer entsprechenden Zeit wieder gelöscht werden, wobei auch in der Art eines Schieberegisters so vorgegangen werden kann, daß auf eine Abfrage hin ein um eine bestimmte Zahl von Abfräsen vorher ausgegebener Antwortcode gelöscht und damit für die Wiederverwendung freigegeben wird.

Die Erfindung und weitere Einzelheiten sind anhand von Zeichnungen näher erläutert:

Es zeigt

F i g. 1 den Zusammenhang zwischen der Gesamtmenge aller möglichen Abfragecodes und den zu einer bestimmten Zeit gültigen Abfragecodes,

F i g. 2 als Zeitdiagramm die Folge der zu bestimmten Zeiten gültigen Teilmengen von Abfragecodes,

F i g. 3 die Antwortwahrscheinlichkeit in Abhängigkeit von der Zahl der Abfragen.

In der r i g. 1 ist die Gesamtmenge M aller möglichen Antwortcodes dargestellt, während die EIemente Al bis Kn die während einer Zeit J/ gültigen Antwortcodes darstellen. In Abhängigkeit \on der Zeit aufgetragen, ergibt sich das in F i g. 2 dargestellte Zeitdiagramm, d. h. während der Zeit IiI gilt die Teilmenge Al, während der Zeit AtI die Teilmenge Kl usw. Dabei ist es auch möglich, daß sich einzelne Teilmengen, wie z. B. A'2 und A3. überschneiden. Die Teilmengen Kn sind zweckmäßig so auszuwählen, daß auch bei sehr vielen Abfragen bzw. sehr vielen Abfragestationen am Ende des Zeitintervalls Al die Wahrscheinlichkeit für das Antreffen nicht gesperrter Antwortcodes noch für die Ausgabe von Antworten ausreicht. Dies ist z. B. bei der Teilmenge Am dadurch angedeutet, daß der A.iteil der maximal mögliche¹·!, durch die jeweiligen Systembedingungen festgelegten Codewerte, die nach einer Ze't Am abgefragt sein können, gestrichelt dargestellt ist. Schraffiert ist jener Teil angedeutet, der nach einer Zeit Al, während der die Teilmenge A'/; gültig war, tatsächlich abgefragt und damit gesperrt worden ist. Der schraffierte Teil kann somit maximal höchstens so groß werden wie der gestrichelte Teil. Die für eine Teilmenge ausgewählten Antwortcodes hängen ab von der Größe der Zeitintervalle At, während der sie gültig sind, von der maximalen Antwortfolgefrequenz fa des Antwortgerätcs und der gewünschten Mindcstanlwortwahrscheinlichkcit pa des Antwortgerätes. Es gilt dann die Beziehung

At · fa = K (\—pa)

(D

60

Die Gesamtmenge der \erfügbarcn Codes K soll sehr groß sein im Vergleich zu den Untermengen. Dadurch wird verhindert, daß ein Gegner durch einfaches Raten mit hoher Wahrscheinlichkeit Codes liiulcn kann, die beantwortet wcriicn. Da bereits, vor allem bei schnell aufeinander folgenden Abfragen, A' sehr groß sein kann, muß unter Umständen ein Code mit hohem Entscheidungsgehalt m (m -= ²log M) verwendet werden. Der Zusammenhang zwischen K und A/ und der Zusammenhang zwischen den einzelnen Untermengen Kl bis Kn soll keiner vom Gegner erkennbaren bzw. errechenbaren Systematik unterliegen. Dies kann durch entsprechende Verschlüsselungsverfahren erreicht werden. Weiche Teilmenge Kn während des η-ten Zeitabschnitts, d. h. im Bereich Δ in gilt, wird zweckmäßig durch einen bei allen Systemteilnehmern eingegebenen Schlüssel festgelegt, der nur für eine beschränkte Zeit, z. B. einen Tag, gültig ist. Ein Synchronuhrensystem in den Abfrage- und Antwortgeräten liefert die einzelnen Gültigkeitsintervalle. Es ist dabei auch zulässig, daß Codes in mehieren, auch aufeinanderfolgenden Zeitintervallen At vorkommen können, falls dies für den Gegner unvorhersehbar ist.

Beim Übergang von einem Zeitintervall Aiii auf das Zeitintervall dtn+l müssen besondere Maßnahmen vorgesehen werden, um Synchronisationslücken entweder durch überlappende Bereiche zu überbrücken oder durch Unterdrückung von Antworten bzw. Abfragen eine Verwirrung zu vermeiden.

Da in jedem Zeitintervall eine andere Menge Ah gilt, kann der Speicher, welcher die bereits verwendeten Antwortcodes enthält, am Ende eines jeden Zeitabschnitts Am gelöscht werden. Die beim Antwortgerät notwendige Speicherkapazität muß also höchstens der im Zeitabschnitt At maximal möglichen Antwortzahl des Antwortgeräts entsprechen.

Im folgenden wird an Hand eines Zahlenbeispiels eine mögliche Verteilung von Antwortcodes näher erläutert. Dabei ist von folgenden Annahmen ausgegangen :

Die Genauigkeit des Synchrontaktsystems soll so gewählt werden, daß die Zeitintervalle mit J/ - 0.1 see möglich sind. Die maximale Antwortfolgefrequenz sei fa 1OkHz, und die Antwortwahrscheinlichkeit soll im ungünstigsten Fall mindestens noch pa — 90°₀ betragen, und zwar pro Abfrage-Antwort-Vorgang. Der Speicherbedarf im Antwortgerät braucht dann höchstens At ■ fa = 1000 Codes zu umfassen.

Für die Erm.ttlung der Teilmenge A wird auf F i g. 3 Bezug genommen, wo auf der Abszisse die Zahl i der ausgesandten Abfragen aufgetragen ist. Für die Antworlwahrscheinlichkeit pa gilt

pa = φ(ί)κ (2)

Die dargestellte Kurve gilt unter der Voraussetzung, daß innerhalb At die gültige Abfragemenge A = 10 000 beträgt.

Dabei ergibt sich für hohe Werte von pa näherungsweise:

A' * At ■ fa (3)

il-pa)

Der interessierende Bereich liegt im vorstehend genannten Beispiel links von der Linie G.

Wählt man einen Fntscheidungsgehalt des Abfragecodes von m = 36 bit (M ^ 6,87 · 10¹⁰), so wird das

Verhältnis 4i- =. 6,87 ■ 10^e. Damit wird die Ratewahr-

schcinlichkcit des Gegners sehr gering. Ist die maximale Abfragefolgefrequeiii' z. B. gleich der Antwortfolgefrequenz /e = 10 kHz (d. h. alle 100 (xsec ist eine Abfrage möglich), so erhält der Gegner bei ständigem statistischem Abfragen für Peilzweckc im Mittel nur alle 11,4 min eine Antwort.

nie Zahlcnbcispielc zeigen, daß sich beim vorge-

schlagenen 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 Zeitbasis arbeitenden Kollosions-Schutzvcrfahrens 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 Plalzbedarl möglich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Sienale können Antworten von Fremdgeräten vorge- Patentansprüche: täuscht werden. Weiterhin ist es möglich, den gesamten Abfrage-Antwort-Betneb durch häufiges Wiederaus-

1. Funk-Abfraee/Antwort-System (insbesondere strahlen bzw. Wiederholen empfangener Signale zu Sekundärradarsyslem) für zeitabhängig verschie- 5 stören (»repeater jammer«) Eine dntte Möglichkeit dene Abfrasecodes, die zeitlich nacheinander von störender Einflußnahme besteht darm, daß durch vom einem Abfraseeerät ausgesandt und von Antwort- Gegner ausgestrahlte Abfragesignale das Antwortgeräten, denen" das zeitabhäneige Programm der gerät vom Gegner gepeilt werden kann, we.l auf die Abfragegeräte bekannt ist, unter Verwendung nachgeahmten Abfragen jeweils Antworten ausgegeben ebenfalls zeitabhänuicer, mit den Abfragecodes io werden. „ - ·

nach einer vomegebenen Verknüpfung verbundener Eine gewisse Möglichkeit zur Beseitigung bzw. Ver-

Antwortcodes~teantwortet werden, wobei im Ab- ringerung der vorstehend genannten Stormoghchkeiten frage- und Antwortgerät ein Zeitnormal zur besteht darin, die Abfragecodes zeitabhängig zu ver-Steuerung der Codefolge vorgesehen ist, d a- ändern. Es ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, durch gekennzeichnet, daß im Ant- 15 bei Antwortgeräter. Ze.tnormale vorzusehen, die einen wortgerät Antwortcodes (K), welche bereits für . zeitlich sich ändernden Code bereitstellen und nur die Aussendung einer Antwort benutzt worden Antwortsignale abgeben, wenn Abfragesignale einsind, zumindest"für eine cewisse Zeit ceccn noch- treffen, deren Code eine bestimmte, nur intern bemaliee Aussendung gesperrt sind. " "" kannte und sich zeitlich ebenfalls ändernde Zusam-

2. Abfrage Antwort-System nach Anspruch 1, 20 mensetzung aufweist (älteres deutsches Patent dadurch gekennzeichnet, daß im Antwortgerät 19 46 247).

mehrere für eine Antwort brauchbare und züge- Da einerseits wegen der Ungenauigkeit der Zeit-

lassene Antwortendes cleichzeitic vorhanden sind. normale und andererseits wegen der unterschiedlichen

3. Abfrage/Antwort-System nach Anspruch 2, Laufzeiten infolge unterschiedlicher Entfernungen insbesondere für mehrere Abfrasestationcn, da- 25 zwischen Abfrage- und Antwortgerät bei der zeitlichen durch gekennzeichnet, daß die Zahl der gleich- Gültigkeit der Abfrage- und Antwortcodes gewisse zeitig zur Verfügung stehenden Abfragecodes so Toleranzen zugelassen werden müssen, kann trotzdem gewählt ist. daß "auch bei den maximafmöglichen unter ungünstigen Umständen durch einen Gegner ein Abfragen sichergestellt ist, daß noch nicht ge- störender Eingriff in derartige Abfrage-Antwortsperrte Antwortcodes vorhanden sind. 30 Systeme erfolgen.

4. Abfrage Antwort-System nach Anspruch 2 Die Erfi idung bezieht sich auf ein Funk-Abfrage/ oder 3, dadurch gekennzeichnet, c'aß die Zahl der Antwort-System (insbesondere Sekundärradarsystem) gleichzeitig für eine Antwort zugelassenen Codes für zeitabhängig verschiedene Abfragecodes, die zeitwesentlich kleiner ist als die Zahl"der insgesamt in lieh nacheinander von einem Abfragegerät ausgesandt einem größeren Zeitraum möglichen Antvvortcodes. 35 und von (einem oder mehreren) Antwortgeräten, denen

5. Abfrage Antwort-System nach einem der vor- das zeitabhängige Programm der Abfragegeräte behergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, kannt ist, unter Verwendung ebenfalls zeitabhängiger, daß im Antwortgerät ein Speicher vorgesehen ist, mit den Ahfragccodes nach einer vorgegebenen Verin welchem die bereits ausgesandten Antwortcodes knüpfung \crbundener Ar.twortcodes beantwortet festgehalten sind. 40 werden, wooei im Abfrage- und Antwortgerät ein