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Die Erfindung betrifft ein Zielextraktorsystem für eine Radaranlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein derartiges Zielextraktorsystem ist beispielsweise aus "Regelungstechnische Praxis und Prozeß-Rechentechnik", 1972, Heft 6, S. 199-203, bekannt. Dabei werden die von der Primärradar-(PR)-Antenne und der Sekundärradar- (SSR)-Antenne aufgenommenen Signale in einem Zieldetektor mit fest verdrahteten PR- bzw. SSR-Eingangsteilen vorverarbeitet. Beispielsweise durch Schwellwertsetzung in diesen Eingangsteilen kann die Datenmenge reduziert werden. Die PR-Zielinformation und die SSR-Zielinformation als Ausgangssignale des Zieldetektors werden zur Zielextraktion einem frei programmierbaren Zielverarbeitungsrechner zugeführt, der eine Vielzahl von Aufgaben, wie z. B. PR-SSR-Korrelation, Zielmittenbestimmung, SSR- Code-Validierung, Falschzieldiskriminierung usw. durchführt. Durch die freie Programmierbarkeit ist der Rechner an verschiedene Einsatzbedingungen anpaßbar.
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Nachteilig an diesem bekannten System ist, daß der Rechner mit zunehmendem Umfang der anfallenden Radardaten und vor allem bei Erweiterung des Systems um weitere Extraktionsaufgaben, wie z. B. Wetterzielextraktion und Freund-Feind- Kennung einen kaum noch vertretbaren Aufwand erfordert und bei jeder Systemänderung das äußerst komplexe Rechnerprogramm neu erstellt werden muß. Vor allem die Forderung nach einer Echtzeit-Verarbeitung bereitet mit zunehmendem Aufgabenumfang immer größere Schwierigkeiten.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zielextraktorsystem der eingangs genannten Art anzugeben, welches mit geringerem Aufwand an veränderliche Einsatzbedingungen, insbesondere auch bei komplexerer Aufgabenstellung unter Beibehaltung einer Echtzeit-Verarbeitung, anpaßbar ist.
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Diese Aufgabe wird mit dem erfindungsgemäßen Zielextraktorsystem nach Patentanspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
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Durch den modularen Aufbau des Systems mit mehreren Extraktormodulen, die selbständig Zielmeldungen erarbeiten, ergeben sich für die einzelnen Extraktoren gegenüber dem Zielverarbeitungsrechner des bekannten Systems stark eingeschränkte Aufgabenbereiche, was einfachere Verarbeitungsprogramme und kürzere Rechenzeiten ermöglicht. Durch Modifikation eines Extraktors oder Zufügen eines weiteren Extraktors werden die anderen Extraktoren nicht berührt.
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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 Blockschaltbild 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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In 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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In Fig. 6 ist die Zusammensetzung eines Mikrobefehls angegeben.
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In Fig. 7 ist das Wortformat für Mikrobefehle dargestellt, und
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in Fig. 8 ist die Erweiterung des mikroprogrammierbaren Prozessors zur Programmerstellung angegeben.
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Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines Zielextraktorsystems als Teil eines Flugsicherungssystems. Es besteht im Extraktorteil aus einem PR-Extraktor, 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. 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 der Eingangsteil 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 Hardware-Umfang den Hauptteil des Gerätes und führt alle spezifischen Datenverarbeitungsvorgänge aus wie z. B. den Extraktionsprozeß mittels des Wanderfensterverfahrens, Ziellängenuntersuchungen, 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 Trefferworte 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 für den Vergleich der Trefferentfernungen aus dem FIFO (E FIFO ) und aus der Zielliste (E ZL ):
- 1. E FIFO = E ZL d. h., ein neuer Treffer wird in Zielliste einsortiert,
2. E FIFO < E ZL d. h., ein neuer Treffer eröffnet einen neuen Zielblock,
3. E FIFO > E ZL 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 Testzielverarbeitung (für internes Testziel) und
die Azimutüberwachung.
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Beim PR-SSR-Korrelator 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 Logikeinheit (ALU), die über ein BUS-System mit einer Registerbank mit bis zu 30 Registern verbunden ist (Fig. 4). Der A-BUS 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., ihre Bedeutung ist für jeden Mikrobefehl gleich. Dagegen sind die bits 33 bis 48 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 Sonderfall bis zu drei, unabhängigen Befehlen in einen Mikrozyklus von 100 ns möglich.
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Die Verarbeitung eines Mikrobefehls innerhalb eines Mikrozyklus geschieht in folgenden Stufen:
- 1. Einschreiben des Befehls in das Mikroregister,
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 angepaßt 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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Darüber hinaus ist der Aufbau von Makrobefehlen möglich. Hierzu können im Mikroprogrammspeicher entsprechende Unterprogramme abgelegt werden, deren Anfangsadresse durch Entschlüsselung des zugehörigen Makrobefehls gefunden wird.
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Außerdem 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 mit Karten von je zwei Kbyte aufgebaut werden.
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Der Programmspeicher wird z. B. bei der Extraktoranordnung als Festwertspeicher ausgeführt.
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Für die Programmherstellung wird eine erweiterte Version des Mikroprozessors benutzt (Fig. 7). Der Programmspeicher wird als Schreib-Lese-Speicher (RAM) ausgeführt. 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. 150 Zielen (echten und falschen) verarbeitet werden, wobei an der ersten Schwelle eine Falschalarmwahrscheinlichkeit (bezogen auf Trefferbasis) bis zu 80 · 10-3 eingestellt werden kann.
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Die Ausgabedaten des PR-Extraktors sind:
Entfernung, Azimut, Qualitätsfaktor, Testzielerkennung, Zielbreite (optional).
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Beim SSR-Extraktor kann die Wanderfensterlänge von 5 bis 16 bit eingestellt werden. Das Entfernungsquantum beträgt 1,2 µs und ist in vier Feinentfernungsschritte unterteilt.
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Innerhalb einer Antennenkeulenbreite können 64 Ziele bei einer Fruitrate bis zu 20 000/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 0,6 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-Korrelator hat die Aufgabe, die von gleichen Zielen des PR- und SSR-Radars stammenden Zielmeldungen zu kombinierten Zielmeldungen zusammenzulegen. Darüber hinaus faßt er in Azimutrichtung gespaltene Ziele zusammen und organisiert die Ausgabe an nachgeschalteten Systemen, z. B. 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.