DE2159317A1 - Hochaufloesender digitaler ssr-dekoder - Google Patents

Description

• "Hochauflösender digitaler SSR-Dekoder" In der Flugsicherung wird zur Unterstützung des Primärradars (PR) immer mehr das Sukundärrader (SSR) eingesetzt. Dieses System unterscheidet sich vom Primärrader dadurch, daß die Flugziele eigene Empfänger/Sender (Transponder) an Bord haben, die von Bodenstationen abgefragt werden und als Antwort eine Impulsfolge abgeben. Dadurch ergeben sich folgende Vorteile: 1. Wesentlich geringere Sendeleistung bei gleicher Reichweite gegenüber dem Pit.
• 2. Keine Störechos, da Bodenstation und Transponder auf unterschiedlichen Frequenzen arbeiten.
• 3. Nöglichkeit der Kodierung der Antwortsignale und dadurch einfache Übermittlung von z. B. Identität und Höhe.
• 4. Übermittlung von Notrufsignalen.
• Nach der Vereinbarung der ICAO (Organisation der internationalen zivilen Luftfahrt) besteht eine Sekundärradar-Antwort aus zwei Rahmenimpulsen F1 und F2 im Abstand von 20,3 µs + 0,1 /US.
• Bei Bedarf folgt noch ein spezieller Identitätsimpuls (SPI) im Abstand von 4,35 µs + 0,1 µs bezogen auf den Impuls F2. -Innerhalb der Rahmenimpulse können sich n, O bis n = 13 Informationsimpulse im Abstand von n x 1,45 µs + 0,1 µs bezüglich F1 befinden. Der Abstand zweier Impulse untereinander, jedoch ohne Fi, beträgt n 9 1,45 /us + 0,15 /us, d. h. zwei Impulse können bezüglich Fi niemals gleichzeitig die einander entgegengesetzen Extremlagen einnehmen. Für die Dauer aller Impulse gilt tp = 0,45 µs + 0,1 /us, und alle Zeitangaben beziehen sich jeweils auf die Impulsvorderflanken.
• Ein Nachteil des'SSR-Systems besteht in der Möglichkeit der gegenseitigen Beeinflussung (Verwirrung) zweier oder mehrerer Antwortimpulszüge. Diese VerwXrrungen entstehen erstens dadurch, daß sich mehrere antwort ende Flugzeuge nahe beieinander innerhalb des Erfassungsbereiches derselben Radaranlage befinden. Die ersten Rahmenimpulse Fi der einzelnen Antworten sind dann um weniger als 44,95 µs voneinander entfernt, und es können deshalb dadurch Informationsimpulse, die sich gerade im Abstand von 20,3 µs befinden, Rahmen vorgetäuscht werden bzw, es kann der Informationsinhalt der Antworten verfälscht werden. Zweitens entstehen Verwirrungen durch asynchrone Antworten (fruits), die von anderen Abfragesendern ausgelöst werden und die sich den synchronen;Antworten überlagern können. Diese asynchronen Antworten können jedoch an der Impulswiederholfrequenz der fremden Radarstation, die von der des eigenen Abfragegerätes im allgemeinen abweicht, erkannt werden (defruiting).
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hochauflösenden digitalen SSR-Dekoder anzugeben, der automatisch sowohl zusam-@ mcngehörende Rahmenimpulse F1 und F2 einer Sekundärradar-Antwort entdecken, Verwirrungen erkennen, verwirrte Antworten trennen als auch einen Positionserkennungsimpuls (PE), einen Informationserkennungsimpuls (IE) und die Information nebst Notrufen ausgeben kann.
• Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet; daß zur Erkennung von Beeinflussungen der Antworten der Rahmenkoinzidenzimpuls und dessen zeitliche Umgebung analysiert wird, daß diese Analyse an der Vorder- und/oder der Rückflanke des Rahmenkoinzidenzimpulses erfolgt, wobei maximale - solange die Impulslänge kleiner als eine bestimmte7Länge ist - zuerst mit Priorität die Vorderflanke und erst bei negativem Prüfergebnis die Rückflanke untersucht wird und wobei - bei positivem Ergebnis und bei einer Rahmenkoinzidenzimpulslänge über einer bestimmten Länge --sowohl Vorderflanke als auch Rückflanke untersucht werden unter der Annahme, daß sich zwei oder mehr Antworten überlappen. daß aufgrund der zeitlichen Toleranzen der Informationsimpulse bezüglich des ersten Rahmenimpulses diese Analyse zweimal mit einem zeitlichen Abstand von 2t t pro Flanke durchgeführt wird, wobei sich die Zeit At aus den maximalen Toleranzen errechnet, daß erst At nach der ersten Prüfung eine Informationsauslesung in ein Register erfolgt und nach einer weiteren Zeit At diese Information als gültig oder verstümmelt erklärt wird, und daß eine Impulslängendiskrimination des Pahmenkoinzidenzimpulses stattfindet, um Störimpulse, die den zeitlichen Sollwerten nicht genügen, zu eliminieren und ebenfalls weitere Beeinflussungen zweier Antworten zu erkennen.
• Die Fig. 1 bis 4 zeigen vier mögliche Fälle fiPr die gegenseitige ' Lage zweier Antworten zueinander. Im ersten Fall (zwei Antwort gleichzeitig und gleichphasig) ist es prinzipiell unmöglich, die beiden Antworten zu trennen. In den anderen Fällen (Fig, 2S zwei Antworten gleichzeitig, nicht gleichphasig; Fig, 3: zwei Antworten nicht gleichzeitig, gleichphasig; Fig. 4: zwei Antworten nicht gleichzeitig, nicht gleichphasig) ist die Trennung bis zu einem gewissen Grade, der von der Auflösung des Dekoders und von den Toleranzen der Transponder abhängt, möglich.
• Fig, 5 zeigt als Ausführungsbeispiel das Blockschaltbild eines SSR-Dekoders nach der Erfindung, wobei jedoch nur die für die Erfindung wesentlichen Teile dargestellt sind ,und im folgenden beschrieben werden.
• Die Videosignale werden in einer Abtastschaltung zeitlich quantisiert und mit dem Gerätetakt ,von ca? 22 MHz # # 45 ns synchronisiert. Das quantisierte Video läuft in ein Schieberegister ein, welches ebenfalls mit 22 MHz getaktet wird. Diese Frequenz bestimmt das Auflösungsvermögen des Dekoders. Sie wird in vorliegendem Beispielsfall als optimal betrachtet, da eine höhere Auflösung wegen des Jitters der dem Dekoder üblicherweise vorausgehenden Videoaufbereitungsstufe (Empfänger, Ausgabeverstärker ), in der die mit unterschiedlichen Amplituden eintreffenden Antwortsignale auf einheitliche Amplitude gebracht werden, sinnlos ist.
• Das Schieberegister besteht aus drei Teilen (I, lt, III) von je etwa gleicher Länge (ca. 20,3 µs), Der mittlere Teil dient zur Feststellung der Rah@enimpulse, Dazu werden zwei Anzapfungen im Abstand von 20,3 µs auf ein Und-Gatter (Rahmenerkennung) geführt. Befinden sich zwei Impulse (Rahmen) im Abstand von 20,3 µs an den Anzapfungen, so erschelnt am Ausgang des Und-Gatters ein Rahmenkoinzidenzimpuls (RKI), der als Kriterium für das Vorhandensein einer möglichen Antwort gewertet wird.
• Er darf jedoch noch nicht sofort weitergegeben werden, da zunächst noch geprti'ft werden muß, ob eine Verwirrung vorliegt.
• Hierzu wird in der Verwirrungserkannung untersucht, ob im ersten (I) und/oder im dritten Teil (III) des Registers jeweils im Bereich von 20,3 µs vor dem F1 bzw. hinter dem FS, des zu prüfenden Rahmens irgendein mit dem erkannten Ralunen phasengleicher Impuls' vorhanden ist. Befinden sich nur in einem der beiden äußeren Registerteile Impulse, so weiß man, daß im mittleren Teil der erste bzw. der Letzte Rahmen einer längeren Antwortfolge (z. B. zwei überlagerte Antworten) ansteht und es Kann ein Positionserkennungsimpuls PE ausgegeben werden. Da die Information aber verfälscht sein wird, wird der Informationserkennungsimpuls IE unterdrückt, Befinden sich in beiden äußeren Teilen des Schieberegisters zugleich Impulse, dann steht im mittleren Teil gerade ein "mittleres" Wort oder auch ein Scheinrahmen.
• In diesem Fall darf weder IE noch PE ausgegeben werden.
• In den bisher bekannten Dekodern wird der nach der oben beschriebenen Methode' entdeckte und mit den Verwirrungssignalen aus der Verwirrungserkennung verknüpfte Rahmenkoinzidenzimpuls q direkt ausgegeben und nicht mehr genauer analysiert. Wegen der Toleranzen an Vorder- und Rückflanke der Informationsimpulse wird er gemäß dem Stand der Technik vorne und hinten verkürzt, wohingegen die Verwirrungssignale verbreitert werden. Das hat zur Folge, daß Antworten, deren Impulse sich um ein größeres Stiick überlappen, nicht mehr getrennt werden können.
• Der erfindungsgemäße Dekoder erreicht eine Erhöhung des Auflösungsvermögens dadurch, daß er die zeitliche Lage der Impulse der verschiedenen Antworten zueinander, d. h. die Phasenlage, näher untersucht.
• Es wurden bereits Methoden vorgeschlagen, bei denen nach Aufsynchronisierung auf einen ersten ankommenden Impuls alle folgenden Impulse nacheinander analysiert werden. Da jedoch von jeder Antwort, die ausgewertet werden soll, der F1 erkannt werden muß, dieser aber durch Impulse von, störenden Antwort ten verdeckt sein kann, können hienbei Antwortsignale verlorengehen. Beim Dekoder nach der Erfindung wird daher der Rahmenkoinzidenzimpuls und dessen zeitliche Umgebung untersucht und so eine optimale Arbeitsweise des SSR-Dekoders sichergestellt.
• Die Rahmen- und Verwirrungserkennung wird weiterhin wie oben beschrieben durchgeführt. Rahmenkoinzidenzimpuls und Verwirrungssignale für PE und IE werden getrennt .einer Auswerteschaltung zugeführt, die prüft, ob an Vorder- bzw. Rückflanke des Rahmenkoinzidenzimpulses gleichzeitig ein Verwirrungssi-@gnal vorhanden ist, wobei die Vorderflankenprüfung Priorität besitzt. Liegt keine Verwirrung vor, wird die an den zwischen den Rahmenanzapfungen (Ausgänge für F1, F2) befindlichen Anzapfungen zu-dieBer Phase anatehende Information in ein Ausgaberegister eingelesen, Wird an der Vorderflanke Verwirkung festgestellt, dann wird die Rückflanke untersucht, Von zwei Antworten, deren Impulse sich teilweise überlappen, kann so z. B.
• von der ersten Antwort die Vorderflanke, von der zweiten die Rückflanke Ausgewertet werden, Die beiden Antworten können sich soweit ineinanderschieben, bis die Impulse der einen Antwort den Prüfzeitpunkt der anderen erreichen. Durch dieses Prinzip der Auswertung an der Vorderflanke und Rückflanke wird so die Trennung von weit ineinandergeschobenen Antworten erreicht.
• Würden am Dekodereingang ideale Antworten (d. h. die Toleranzen sind gleich Null) anliegen, dann könnten die max.- vi.er Prüfzeitpunkte sehr nahe an-die Flanken des Rahmenkoinzideniimpulses gelegt werden; der Mindestabstand Wäre nur durch Schiebetakt-des Registers gegeben. Wegen der Toleranzen der Informationsimpulse gegen-F1 von + 100 ns müssen die Prüfzeit-@punkte jedoch um mindestens diese Zeit hinter der Vorder- bzw.
• vor der Rückflanke liegen, wodurch der maximale Überlappungsbereich verkleinert wird.
• Außer den Toleranzen der gerade untersuchten Antwort müssen auch die Toleranzen der von vorne-oder von hinten störenden Antworten berücksichtigt werden. Eine störende Antwort darf mit ihrem am weitesten über die Flanke des Fi hervorragenden Informationsimpuls den Auslesezeitpunkt der gerade untersuchten Antwort nicht berühren. Um solche Störungen zu erkennen, dürfen Prüf- und Informationsaualeselseitpunkt nicht identisch sein sondern es muß jeweils im Abstand #t vor und hinter dem Auslesezeitpunkt auf Verwirkung geprüft werden. Am Auslesezeitpunkt selbst braucht dann nicht mehr geprüft zu werden. #t ist gleich der halben Toleranzbreite, d. h. 1,00 ns bei der Vorderflanke, 200 ns oder 100 ns bei der Rückflanke des Rahmenkoinzidenzimpulses, je nachdem, ob auch eine Impulslängentolerans berücksichtigt wird oder nicht. Die Fig. 6 bis 9 zeigen hierzu Beispiele zur Vorder- und Rückflankenauswertung bei fehlenden und vorhandenen Längentoleranzen, und zwar werden diese Auswertungen gezeigt in Fig. 6 (Vorderflanke Abstandstoleranz a + 100 ns, Längentoleranz O ns), in Fig. 7 (Riickflanke' Abstandstoleranz = # 100 ns, Längentoleranz = 0 ns), (Fig. 8 Vorderflanke, Abstandstoleranz 3 + 100 ns, Längentoleranz = + 100 ni, Fig. 9 (Rückflanke, Abstandstoleranz = # 100 ns, Längentoleranz = # 100 ns). #t kann z. B. über Löthrücken variiert und so den zu erwartenden Transpondertoleranzen angepaßt werden.
• Fig. 10 zeigt eine praktische Ausführung am Beispiel d.er Vorderflankenauswertung von PE und IE, Rahmenkoinzidenzimpuls, PE-Verwirrungssignal bzw. IE-Verwirrungssignal und ein von der Vorderflanke des Rahmenkoinzidenzimpulses abgeleiteter Impuls gelangen auf ein Und-Gatter und setzen, wenn keine Verwirkung besteht, ein Flip-Flop, welches seinerseits ein zweites Und-Gatter vorbereitet. Diesem Gatter werden ebenfalls das PE- bzw.
• IE-Verwirrungssignal zugeführt und ein Impuls, der um 2 x #t später kommt als der erste Prüfzeitpunkt. Dieser Impuls wird von einem Leitwerk geliefert weiches im wesentlichen aus einem ebenfalls mit 22 NHz getakteten Schieberegister besteht und dessen erstes Flip Flop von der Vorderflanke des -Rahmenkoinzidenzimpulses gesetzt wird. Wird auch bei der zweiten Prüfung keine Verwirrung festgestellt, dann kann der Impuls als PE bzw. IE weiterverarbeitet werden. Die Information selbst wurde At nach der ersten Verwirrungsprüfung bereits in ein Ausgaberegister eingelesen. Die Rückflankenauswertung arbeitet im Prinzip genauso. Das Leitwerk wird hier schon 2x At vor der Rückflanke@des Rahmenkoinzidenzimpulses gesetzt, was z. B.
• dadurch verwirklicht werden kann daß man diesen um 2x #t vorher vom Schieberegister abgreift.
• Wird an der Vorderflanke keine Verwirkung festgestellt, dann werden lE und PE ausgegeben und die Rückflanken-Auswertung gesperrt. Ist zwar die Information nicht jedoch die Position verwirrt, dann wird der PE nicht sofort ausgegeben sondern bis zum Ende der Rückflankenauswertung gespeichert. Erhält man dort PE und IE oder auch nur den PE, dann wird der gespeicherte PE von der Vorderflanke nicht mehr benötigt. Besteht jedoch für beide Verwirrung, dann wird der gespeicherte Vorderflanken-PE nachträglich ausgegeben.
• Bislang wurden Fälle betrachtet, bei denen die Antworten nicht gleichzeitig kommen. Ein besonderer Fall tritt ein, wenn sich die Impulse zweier gleichzeitiger Antworten überlappen, dann kann nämlich der Rahmenkoinzidenzimpuls länger werden als es dem maximalen Wert nach ICAO (550 ns) entspricht. Dieser Verwirrungsfall kann nach den oben beschriebenen Verfahren nicht festgestellt werden, daher wurde im vorliegenden Dekoder eine besondere Schaltung vorgesehen, die die Länge des Rahmenkoinzidenzimpulses mißt, um daraus das Vorhandensein zweier oder mehr gleichzeitiger Antworten zu erkennen. wird Überlänge festgestelle, dann wird grundsätzlich an der Vorder- und Rückflanke des Rahmenkoinzidenzimpulses ausgewertet d. h. die Sperrung der Rückflankenauswertung bei erfolgreicher Vorderflankenaus-.
• wertung wird unterdrückt. Es sind zwei Längenbereiche zu unterscheiden (siehe auch Fig. ii und -12)s Überlappen sich zwei Antworten.-so weit, daß der Toleranzbereich der einen in den Auslesezeitpunkt der anderen reicht, dann dürfen nur PE's aber keine IE's s ausgegeben werden. Erst ab einer bestimmten Länge des Rahmenkoinzidenzimpulses kann man sicher.sein, daß die Auslesezeitpunkte nicht gestört werden, und es können auch die IE's an Vorder- und Rückflanke ausgegeben werden (vorausgesetzt, daß keine Verwirrung durch nicht gleichzeitige Antworten vorliegt). Prinzipiell kann ein verlängerter Rahmenkoinzidenzimpuls auch durch sich überlappende Impulse von drei gleichzeitigen Antworten entstehen, jedoch werden nur die bei: den äußeren ausgewertet-,, da die mittlere unsicher ist (analog zur Auswertung dreier nicht gleichzeitiger. Antworten, wo die mittlere unsicher ist).
• Zur Darstellung,auf einem Bildschirm werden Rohvideo und -PE durch entsprechende Verzögerung des Rohvideos so zur Deckung gebracht, daß die Vorderflanken von F1 und PE bis auf eine gewisse Toleranz zeitlich übereinstimmen. Das Rohvideo wird von dem Schieberegister kurz hinter der Anzapfung für den F1 abgegriffen.
• Ein vollständiger SSR-Dekoder enthält noch weitere Funktionseinheiten, z. B. zur Dekodierung von Modusimpulspaaren und von militärischen Identifizierungs- und Notrufsignalen. Auf eine Beschreibung dieser Einheiten wird jedoch verzichtet, da sie für die Erfindung unwesentlich sind.

Claims (9)

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Hochauflösender digitaler SSR-Dekoder mit optimalem Entdekkungsvermögen von Koinzidenzen der sich im vorgegebenen Abstand von z. B. 20.3 jas befindenden Rahmenimpulse (F1 und F2) vor SSR-Antwortimpulszügen und von den darin enthaltenen Informationsimpulsen, mit Schaltungen zum Erkennen von gegenseitigen Beeinflussungen von Antworten und zum Trennen der sich beeinflussenden SSR-Antworten sowie zur Extraktion der in den Antwortimpulszügen enthaltenen Positions- und Informationsangaben, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung von Beeinflussungen der Antworten der -Rahmenkoinzidenzimpuls und dessen zeitliche Umgebung analysiert wird. daß diese Analyse an der rorder- undl oder der Rückflanke des Rahmenkoinzidenzimpulses erfolgt wobei - solange die Impulslänge kleiner als eine bestimmte maximale Länge ist - zuerst mit Priorität die Vorderflanke und erst bei negativem Prüfergebnis die Rückflanke untersucht wird und wobei - bei positivem Ergebnis und bei einer Rahmenkoinmidenzimpulslänge über einer bestimmten Längesowohl Vorderflanke als auch Rückflanke untersucht werden unter der Annahme, daß sich zwei oder mehr Antworten überlappen, daß aufgrund der zeitlichen Toleranzen der Informationsimpulse bezüglich des ersten Rahmenimpulses (F1) diese Analyse zweimal mit einem zeitlichen Abstand von 2#t pro Flanke durchgeführt wird, wobei sich die Zeit #t aus den maximalen Toleranzen errechnet, daß erst #t nach der ersten Prüfung eine Informationsauslesung in ein Register erfolgt und nach einem weiteren #t diese Information als gültig oder verstümmelt erklärt wird, und daß eine Impulslängendiskrimination des Rahmenkoinzidenzimpulses stattfindet, um Störimpulse, die den zeitlichen Sollwerten nicht genügen, zu eliminieren und ebenfalls weitere Beeinflussungen zweier Antworten zu erkennen,

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung vorgesehen ist, die feststellt, ob 20,3 µs @ vor und oder hinter der gerade untersuchten Rahmenkoinzidenz noch weitere Impulse vorhanden sind und daraus ein Verwirrungssignal für die Information bzw. die Position ableitet.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß, ausgelöst von der Vorderflanke des Rahmenkoinzidenzimpulses in zwei Koinzidenzschaltungen zu zwei auf ein anderfolgenden von einem Leitwerk bestimmten Zeitpunkten im Abstand von 2At auf Koinzidenz zwischen Rahmenkoinzidenzimpuls und den Verwirrungssignalen für Information und Position geprüft und nach #t, sofern die erste Prüfung keine Verwirrung.angezeigt hat die Information in das, Ausgaberegister übernommen wird wobei die beiden Prüfzeitpunkte in Abhängigkeit von den zu erwartenden Toleranzen der Antwortimpulse derart variabel gelegt werden können daß gewährleistet ist, daß kein Impuls einer von vorne oder von hinten in die untersuchte Antwort hineinragenden Antwort den Zeit, Punkt der Informationsauslesung stören kann.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Rückflankenauswertung gesperrt wird wenn bei der Vorderflankenauswertung weder Po'sitionsnoch Informationsverwirrung festgestellt werden.

5. Anordnung nach einem, der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet daß fallsfbei der Vorderflan,kenausvertung zwar Informations- jedoch keine Positionsverwirrung festgestellt wird, der Positionserkennungsimpuls (PE) nicht sofort ausgegeben sondern gespeichert wird bis das Ergebnis der Rüclankenauswe,rtung vorliegt.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche t bis 5, dadurch gekennzeichnet daß. ausgelöst von der Rückflanke des um eine bestimmte Zeit früher abgegriffenen Rahmenkoinzidenzimpulses, in zwei Koinzidenzschaltungen zu zwei aufeinanderfolgenden von einem Leitwerk bestimmten Zeitpunkten im Abstand von 2At auf Koinzidenz zwischen Rahmenkoinzidenzimpuls un den Verwirrungssignalen zur Information und Position geprüft und zwischen diesen Zeitpunkten, sofern die erste Prüfung keine Verwirrung angezeigt hat die Information in das Ausgaberegister übernommen wird, wobei die beiden Prüft zeitpunkte in Abhängigköit von den zu erwartenden Toleranzen der Antwortimpulse derart variabel gelegt werden können1 daß@ gewährleistet ist, daß kein Impuls einer von vorne oder von hinten in die untersuchte Antwort hineinragenden Antwort den Zeitpunkt der Informationsauslesung stören kann.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitabstände #t für Vorderflanken-und Rückflankenauswertung unabhängig voneinander über Lötbrücken einstellbar sind und so den zu erwartenden Antworttoleranzen der Transponder sehr leicht und optimal angepaßt werden können.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche t bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß, falls die Rückflankenauswertung erfolglos ist, jedoch bei der Vorderflankenauswertung ein Positionserkennungsimpuls gespeichert worden war, dieser noch nachträglich ausgegeben wird,

9. Anordnung nach einem der Ansprüche i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle auf einem Bildschirm darzustellenden Signale durch entsprechende digitale Verzögerung deckungsgleich gemacht werden, wobei insbesondere bei der vorliegenden Anordnung das Rohvideo soweit verzögert wird, daß die Vorderflanken des ersten Rahmenimpulses (F1) einer Antwort und das von dieser Antwort abgeleiteten Positionserkennungsimpulses (PE) bis auf eine gewisse Toleranz zeitlich übereinstimmen.

L e e r s e i t e