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Modulares Zielextraktorsystem für die Flugsicherung
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Die Erfindung betrifft ein modulares Zielextraktorsystem für die Flugsicherung
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Bei der Flugsicherung ist es bekannt, Radarechos zu digitalisieren
und einer automatischen Erkennung von Radarzielen zuzuführen. Die quantisierten
Signale werden dabei nach Methoden der digitalen Datenverarbeitungstechnik verarbeitet.
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Diese Bearbeitung der Radarsignale ist bekannt und ausführlich dargestellt
in der DPS 15 41 659. Es ist auch schone eine Anordnung zur Extraktion von solchen
Informationen aus Radarempfangssignalen bekannt, die für die Iso-Echokonturen von
Wettergebieten charakteristisch sind (P 22 23 242).
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Die Radarzielextraktion stelit jedoch hohe Anforderungen an die Arbeitsgeschwindigkeit
der Schaltungen der Datenverarbeitungsanlage, da die Daten des Primärradarextraktors
des Sekundärradarextraktors des Wetterextraktors und eines Primär-Sekundärradarkorrelators
verarbeitet werden müssen.
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Die Aufgabe besteht daher darin, ein Zielextraktorsystem für die Flugsicherung
anzugeben, das eine extrem schnelle und
zuverlässige Verarbeitung
der bei der Zielextraktion anfallenden Daten gewährleistet. Die Aufgabe wird durch
das modulare Zielextraktorsystem für die Flugsicherung mit einem Primär- und einem
Sekundärradarteil nach der Erfindungtmittels der in den Patentansprüchen angegebenen
Maßnahmen gelöst.
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Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel anhand
von Zeichnungen näher erläutert.
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In Fig. 1 ist das modulare Zielextraktorsystem für die Flugsicherung
in einem Blpckschaltbild dargestellt.
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In Fig. 2 ist die Grundstruktur des Systems sowie der Aufbau der Module
des Primärradarextraktors, des Sekundärradarextraktors, des Wetterextraktors und
des Primär- Sekundärradarkorrelators angegeben.
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In Fig. 3 ist die Treffer und Zielverarbeitung im Pufferspeicher und
der Zielliste eines Mikroprozessors dargestellt.
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Fig. 4 zeigt das Flußdiagramm der Zielverarbeitung im Mikroprozessor.
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In Fig. 5 ist der Aufbau des mikroprogrammierbaren Prozessors dargestellt.
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InFig, 6 ist die Zusammensetzung eines Mikrobafehles angegeben.
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In Fig. 7 ist das Wort format für Mlkrobefehle dargestellt und in
Fig. 8 ist die Erweiterung des mikroprogrammierbaren Prozessors zur Programmerstellung
angegaben.
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Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines Zielextraktorsystems als Teil
eines Flugsicherungssystems. Es besteht im Extraktorteil aus einem PR-Extraktors
einem Wetterextraktor, einem SSR-Extraktor und einem PR-SSR-Korrelator. Die Einzelextraktoren
bestehen aus Moduln mit einer gemeinsamen programmierbaren Hardware. Das Ergebnis
führte zunächst zu der in Fig. 2 angegebenen Grundstruktur für die Einzelgeräte.
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Danach besteht jeder dieser Extraktormodule aus einem Eingangsteil,
einem Prozessor und einem Ausgabeteil.
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Im Falle eines PR-Extraktors nach dem sog. Zweischwellenverfahren
besteht derEingangsteil aus der 1. Schwelle (CFAR-Schaltung und Langzeitregelung)
und eines FIFO-Speichers, im Falle des SSR-Extraktors besteht der Eingangsteil aus
dem SSR-Dekoder und einem FIFO-Speicher. Entsprechende Funktionen werden auch beim
PR-SSR-Korrelator und beim Wetterextraktor in den Eingangsteil verlegt.
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Der Prozessor bildet je nach Aufgabe zwischen 60 - 80 % Anteil am
gesamten Hardwara-Umfang den Hauptteil des Gerätes und führt alle spezifischen Datenverarbeitungsvorgänge
aus wie z. B. den Extraktionsprozess mittels des Wanderfensterverfahrens, Ziellängenuntsrsuchungen,
Qualitätsberechnungen etc. Die Ausgabeeinheit erfüllt die Funktion eines Bindegliedes
zu nachfolgenden Verarbeitungseinheiten. Das Zielverarbeitungsverfahren soll am
Beispiel eines PR-Extraktors nach dem Prinzip des Zweischwellenverfahrens erläutert
werden.
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Die erste Schwelle besteht aus einer Langzeitregelung und einer Kurzzeitsteuerung
bzw. einer CFAR Schaltung, mit deren Hilfe eine sorgfältige Regelung nach der Falschalarmrate
(auf
Trefferbasis) vorgenommen wird. Aus den ankommenden Treffern wird ein Trefferwort
gebildet. Dies besteht im einfachsten Fall aus dem Entfernungswert. Alle Trefferworte
werden pro Radarperiode in einen Pufferspeicher eingeschoben, der nach dem "First
In, First Out" Prinzip (FIFO) verarbeitet.
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Dabei wird die aus Fig. 3 ersichtliche Ordnung eingehalten.
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Als erstes Wort pro Radarperiode wird der aktuelle Azimut eingeschrieben.
Danach folgen die Trefferworte aller zu diesem Sweep gehörenden Treffer entsprechend
ihrem Eintreffen, d. h. die Trefferwort stehen entfernungsabhängig sortiert im FIFO.
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Pro Radarperiode werden die im FIFO stehenden Informationen in die
Zielliste des Arbeitsspeichers eingeschrieben, wobei neue Ziele einsortiert und
fertigverarbeitete Ziele (nach Zielende) aus der Liste gelöscht werden. Eine Löschung
erfolgt auch dann, wenn festgestellt worden ist, daß eine Zielerkennung nicht stattfinden
kann (Falschalarm).
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Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm der Zielverarbeitung in einem mikroprogrammierbaren
Prozessor mit extrem hoher Arbeitsgeschwindigkeit. Aus dem FIFO wird nacheinander
jeder Treffer in der Radarperiode ausgelesen und mit den Zielworten in der Zielliste
verglichen. Dabei ergeben sich drei mögliche Fälle: 1. (Entfernung des Treffers)FIFO
(EntSernung der Treffer) Zielliste d. h. ein neuer Treffer wird in Zielliste einsortiert
2. (Entfernung des Treffers)FIFO (Entfernung der Treffer) Zielliste d. h. ein neuer
Treffer eröffnet einen neuen Zielblock
3. (Entfernung des Treffvrs)FF0
(Entfernung der Treffer) Zielliste d. h. für die laufende Radarperiode wurde kein
neuer Treffer gefunden.
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Nach jedem Verarbeitungsschritt wird das Extraktorverarbeitungsprogramm
(EVP) durchgeführt, so daß am Ende jeder Radarperiode die in dieser Zeit ankommenden
Treffer bzw. Ziele vollständig verarbeitet sind.
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Für die Auslegung des Speicherbedarfs ist in diesem Falle die maximale
Zielzahl pro Radarperiode bzw. Radarkeule maßgebend.
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Das hier beschriebene Verfahren der zyklisch verarbeiteten und pro
Radarperiode reorganisierten Listen unterscheidet sich vollständig von einer festverdrahteten
Logik und deren Arbeitsweise.
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Dieses Verfahren, das hier am Beispiel des PR-Extraktors beschrieben
wurde, wird ähnlich auch beim SSR-Extraktor verwendet.
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Das Primärextraktorverarbeitungsprogramm ist weitgehend modular aufgebaut
und enthält im einzelnen: Die Nachbarschaftsuntersuchung auf Trefferbasis, die Wanderfensterverarbeitung,
die Ziellängenuntersuchung (zu lang, zu kurz), die Qualitätsfaktorbestimmung, die
Azimutmittenbildung, die Azimutüberwachung, die Ausgabeverarbeitung, die Testzielverarbeitung
(für internes Testziel) und die Datenausgabe für das Monitorsichtgerät.
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Das SSR-Extraktorverarbeitungsprogramm ist ebenso modular aufgebaut.
Es enthält im einzelnen: Die Nachbarschaftsuntersuchung auf Trefferbasis, die Wanderfensterverarbeitung,
die Azimutmittenbestimmung, die Ziellängenuntersuchung, die Codevalierung, die Spaltzielverarbeitung,
die Notrufverarbeitung, die Ausgabeverarbeitung, die Tastzielverarbeitung (für internes
Testziel) und die Azimutüberwachung.
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Beim PR-SSR-Eorrelator sind folgende Programmodule vorgesehen: Die
Datenannahme (über PU-Steuerung), die Nachbarschaftsuntersuchung, die Korrelation,
die Ausgabeverarbeitung, die Modemsteuerung (optimal), die Testzielverarbeitung
und die Datenausgabe für das Monitorsichtgerät.
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Die Prozessoreinheit besteht aus einer Arithmetik-~und Lo-Logikeinheit
(ALU), die über ein BUS-System mit einer Registerbank mit bis zu 3o Registern verbunden
ist (Fig. 4).
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Der ABUS und der B-BUS liefern die Eingangsdaten für die ALU, indem
sie jeweils ein ausgewähltes Register mit der ALU verbinden. Die Steuerung erfolgt
über Mikrobefehle,
die im Mikroprogrammspeicher stehen und über
das Mikroregister wirksam werden. Der Prozessor arbeitet wortparallel mit einer
Wortlänge von 16 bit.
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Ein Mikrobefehl besteht im wesentlichen aus einer Quellenadresse für
die ALU (A- und B-BUS-Auswahl), dem Befehlscode für die Verknüpfung der ALU-Eingangsdaten
und der Bestimmungsadresse für das Ergebnis (D-BUS-Auswahl) (Fig. 5).
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Ein Mikrobefehl besteht aus 56 bits. Ein Teil des Befehlswortes, nämlich
die bits 1 bis 32 sind eindeutig, d. h.
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ihre Bedeutung ist für jeden Mikrobefehl gleich. Dagegen sind die
bits 33 bis48 mehrdeutig, d. h. ihre Bedeutung muß durch die bits 49 bis 56 definiert
werden (Fig. 6).
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Aufgrund des 56 bits langen Mikrobefehlswortes ist eine Parallelverarbeitung
von zwei, im Sonderfail bis zu drei, unabhängigen Befehlen in einen Mikrozyklus
von loo ns möglich.
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Die Verarbeitung eines Mikrobefehls innerhalb eines Mikrozyklus geschieht
in folgenden Stufen: 1.) Sinschreiben des Befehles in das Nikroregister 2.) A-BUS«Auswahl
für ein Register 3.) B-BUS-Auswahl für ein Register 4.) Verknüpfung der Registerinhalte
in der ALU 5.) Ergebnisausgabe über D-BUS an ein ausgewähltes Register.
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Im Ausführungsbeispiel stehen für die ALU 16 logische und 16 arithmetische
Befehle zur Verfügung.
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Als Kriterium für die Ausführung von Programmverzweigungen sowie zur
Übertragsberücksichtigung bei arithmetischen Operationen sind Statusbits vorgesehen.
Die Eingabe von Konstanten über die Registerbank sind möglich. Ferner sind Shiftbefehle
und gruppenweise Vertauschung vorgesehen sowie ein Befehl zur Quersummebildung.
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Die Registerbank ist in interne und externe Register aufgeteilt, wobei
16 interne Register zum Grundausbau gehören.
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Die Datenein- und ausgabe geschieht über die externen Register, deren
Anzahl den speziellen Erfordernissen angepaBt wird und maximal 14 betragen kann.
Jedem externen Gerät wird ein Register fest zugeordnet. Insgesamt sind 16 Ein- bzw.
Ausgabeadressen verfügbar, Die Dateneingabe wird über eine Programmunterbrechung
gesteuert, wobei hierfür über insgesamt 7 Eingänge mit gestufter Priorität verfügt
werden kann. Außerdem stehen bedingte und unbedingte Sprünge, sowie Sprünge in und
aus Unterprogrammen zur Verfügung.
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Darüberhinaus ist der Aufbau von Makrobefehlen möglich.
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Hierzu können im Mikroprogrammspeicher entsprechende Unterprogramme
abgelegt werden, deren Anfangsadresse durch Entschlüsselung des zugehörigen Makrobefehls
gefunden wird.
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AuBerdem ist es möglich, fast jede beliebige Spezialprozedur wenn
nötig, hardwaremäßig zu erstellen, über das BUS-System an den Prozessor anzuschließen
und per Mikrobefehl aufzurufen. Damit ist es möglich, selbst bei sehr schnellen
Vorgängen diesen mikroprogrammierbaren Prozessor einzusetzen.
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Der Mikroprozessor besteht im Grundausbau (ohne Speicher) aus neun
Leiterkarten im Europaformat.
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Der Mikroprogrammspeicher besteht aus 4 Karten mit maximal 4K Worten
à 64 bit, kann also für 4096 Mikrobefehle ausgelegt werden.
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Der Arbeitsspeicher kann mitKarten von je zwei Kbyte aufgebaut werden.
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Der Programmspeicher wird z. B. bei der Extraktoranord nung als Festwertspeicher
ausgeführt.
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Für die Programmerstellung wird eine erweitere Version des Mikroprozessors
benutzt (Fig. 7). Der Programmspeicher wird als Schreib-Lese-Speicher (RAM) ausgeführt.
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Über die Externregister wird ein Datenein-/Ausgabegerät mit Drucker,
Eingabetastatur und zwei Bandkassetten sowie ein Lochstreifenleser und Lochstreifenstanzer
angeschlossen. Ein Urladeprogramm steuert die Programmladung, indem es aus den eintreffenden
Daten entsprechende Mikrobefehle erstellt.
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Beim PR-Extraktor ist eine Entfernungsquantelung ab 600 ns aufwärts
möglich. Das E-Quant ist dabei zusätzlich in 4 Feinentfernungsschritte unterteilt.
Die Wanderfensterlänge ist von 5 bis 20 bit einstellbar.
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Pro Radarkeule kann eine Zielballung von ca. 15o Zielen (echten und
falschen) verarbeitet werden, wobei an der ersten Schwelle eine Falschalarmwahrscheinlichkeit
(bezogen auf Trefferbasis) bis zu 80 zu . 3 eingestellt werden kann.
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Die Ausgabedaten des PR-Extraktors sind: Entfernung, Azimut, Qualitätsfaktor,
Testzielerkennung, Zielbreite (opti=nal).
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Beim SSR-Extraktor kann die Wanderfensterlänge von 5 bis 16 bit eingestellt
werden. Das Entfernungsquantum beträgt 1,2lus und ist in vier Feinentfernungsschritte
unerteilt.
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Innerhalb einer Antennenkeulenbreite können 64 Ziele bei einer Fruitrate
bis zu 20 ooo/s. verarbeitet werden.
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Es können für ein Ziel bis zu drei Modi verarbeitet werden. Die Verarbeitung
von zwei Identitätsmodi ist möglich.
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Aufgrund einer Vorder- und Rückflankenauswertung der Codeimpulse im
Realzeitdekoder können auf Lücke stehende Ziele bis zu einem Lückenverhältnis von
o,6 getrennt werden.
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Die Ausgabedaten des SSR-Extraktors sind: Entfernung, Azimut, Code
1, Code 2, Höhe, Notruf, Garbeling, Testzielerkennung, Zielbreite (optional).
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Der PR/SSR-Eorrelator hat die Aufgabe, die von gleichen Zielen des
PR- und SSR-Radars stammenden Zielmeldungen zu kombinierten Zielmeldungen zusammenzulegen.
Darüberhinaus faßt er in Azimutrichtung gespaltene Ziele zusammen und organisiert
die Ausgabe an nachgeschalteten Systemen z. B.
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die Datenübertragung über Telefonleitungen. Die ausgegebenen Daten
werden zu Zielmeldungen zusammengestellt.
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Je nach vorhandensein von PR und SSR-Zielen unterscheidet man zwischen
kombinierten Zielmeldungen Solo PR-Zielmeldungen und Solo SSR-Zielmeldungen.
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Durch den Einsatz von Mikroprozessoren bei der Zielextraktion werden
in der Radardatenverarbeitungstechnik folgende wichtige Vorteile erzielt: 1.) Schaffung
von Standard-Hardware 2.) Flexibilität durch Programmierung 3.) Verbesserte Wartungseigenschaften
4.) Vorteile bei der Ersatzteilhaltung.