DE4404735A1 - Radar examination of identification mark, e.g. of aircraft or ship - Google Patents

Radar examination of identification mark, e.g. of aircraft or ship

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DE4404735A1 DE19944404735 DE4404735A DE4404735A1 DE 4404735 A1 DE4404735 A1 DE 4404735A1 DE 19944404735 DE19944404735 DE 19944404735 DE 4404735 A DE4404735 A DE 4404735A DE 4404735 A1 DE4404735 A1 DE 4404735A1
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Abstract

The interrogation signal from a transmit-receive station strikes a reflector (RE) on the target which has an electrically variable back-scattering cross-section producing an amplitude-modulated reply signal. A pref. omnidirectional antenna (E) receives the interrogation and only one corresp. signal component is filtered out (BP) for detection (DET). A switching signal is produced for a time switch (TI) which can check whether it is of random nature or not. A memory (ROM) is activated in which the identification mark is stored, pref. in digital form for modulation (MOD) of the back-scattering cross-section of the reflector by a PIN-diode driver (DR).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abfrage einer Kennung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.The invention relates to a method for querying a Identification according to the preamble of claim 1 and an arrangement for performing the method according to Preamble of claim 8.

Die Erfindung ist insbesondere in der Radartechnik anwend­ bar zur Ermittlung einer Kennung eines Zieles, z. B. eines Luftfahrzeuges oder eines Schiffes. Eine solche Kennung kann dann dem Ziel zugeordnet und z. B. als alphanumeri­ sche Zeichen auf einem Radar-Sichtgerät dargestellt wer­ den. In der militärischen Radartechnologie wird ein sol­ ches Verfahren auch Freund-Feind-Kennung genannt, in der englisch sprachigen Literatur auch IFF (Idenfication Fri­ end Foe). Bei einem solchen Verfahren wird von einer Sende-/Empfangsstation, z. B. einer Bodenradaranlage an ein erfaßtes (Radar-)Ziel ein (Radar-)Abfragesignal ge­ sandt. Dieses kann bei dem Ziel ein (Radar-)Antwortsignal, das eine Kennung enthält, veranlassen.The invention is particularly applicable in radar technology bar to determine an identifier of a target, e.g. B. one Aircraft or a ship. Such an identifier can then be assigned to the target and z. B. as alphanumeri characters on a radar display device the. In military radar technology, a sol ch method also called friend-foe identifier, in which  English-language literature also IFF (Idenfication Fri end Foe). In such a process, a Transceiver station, e.g. B. a ground radar system a detected (radar) target a (radar) query signal ge sends. This can be a (radar) response signal at the target, that contains an identifier.

Das Antwortsignal wird von Sende-/Empfangsstation (abfra­ genden Station) empfangen und ausgewertet. Diese Auswer­ tung kann nach verschiedenen Merkmalen erfolgen, z. B. le­ diglich eine Freund-Feind-Kennung oder auch eine Zuordnung einer alphanumerischen Kennung, z. B. zur automatischen Überwachung der Radarziele in der Umgebung eines Flugha­ fens oder einer Wasserstraße.The response signal is sent from the transceiver station (interrog station) received and evaluated. This Auswer can be done according to various characteristics, e.g. B. le only a friend-foe identifier or an assignment an alphanumeric identifier, e.g. B. for automatic Monitoring the radar targets around an airport fens or a waterway.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsge­ mäßes Verfahren anzugeben, das mit wenigen Bauelementen und/oder Baugruppen auskommt und das zuverlässig arbeitet und das kostengünstig herstellbar ist. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Durch­ führung des Verfahrens anzugeben.The invention has for its object a genus according to the procedure, that with few components and / or assemblies and that works reliably and that is inexpensive to manufacture. The invention lies also based on the task of an arrangement for through state the conduct of the procedure.

Die Aufgabe wird gelöst durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 8 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteranspürchen entnehmbar.The task is solved by the in the characterizing Parts of claims 1 and 8 specified features. Advantageous refinements and / or further developments are the sub-claims can be removed.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf eine schematisch darge­ stellte Figur näher erläutert. The invention is based on an embodiment example with reference to a schematic Darge put figure explained in more detail.  

Die Erfindung beruht auf einem (Radar-)Reflektor mit defi­ niertem (Radar-)Rückstreuquerschnitt, z. B. mindestens ei­ nem Triple-Spiegel. Der Rückstreuquerschnitt wird nun mit Hilfe eines elektrischen Schaltnetzwerkes, das vorteilhaf­ terweise PIN-Dioden enthält, geändert, vorteilhafterweise verkleinert. Auf diese Weise kann ein an dem Reflektor re­ flektiertes Abfragesignal in ein amplitudenmoduliertes Antwortsignal umgewandelt werden. Diese Amplitudenmodula­ tion kann entsprechend der gewünschten Kennung erfolgen. Es ist vorteilhaft, lediglich zwischen zwei sehr unter­ schiedlichen Rückstreuquerschnitten umzuschalten, da dann in der Sende-/Empfangsstation nach der Demodulation unmit­ telbar ein in digitaler Technologie auswertbares Kennungs- Signal entsteht.The invention is based on a (radar) reflector with defi (radar) backscatter cross-section, e.g. B. at least egg triple mirror. The backscatter cross section is now with With the help of an electrical switching network, which is advantageous usually contains PIN diodes, changed, advantageously downsized. In this way, a re on the reflector inflected interrogation signal into an amplitude modulated Response signal to be converted. These amplitude modules tion can be done according to the desired identifier. It is advantageous to only be between two very below switch different backscatter cross sections because then in the transmitting / receiving station after demodulation an identifier that can be evaluated in digital technology Signal arises.

Die Figur zeigt ein Blockbild eines Ausführungsbeispiel, das in einem sogenannten Standby-Betrieb arbeitet, das heißt, erst auf Anforderung der Sende-/Empfangsstation wird eine Kennung erzeugt. Es wird angenommen, daß das von der Sende-/Empfangsstation ausgesandte (Radar-)Signal zumindest für einen vorherbestimmbaren Zeitabschnitt, z. B. 100 ms, ein HF-Signal mit konstanter Amplitude Ao und konstanter Frequenz fo enthält. Ein solches HF-Signal wird im folgenden Abfragesignal genannt. Dieses gelangt nun im wesentlichen auf den zunächst passiv arbeitenden (Radar-)Reflektor RE sowie eine vorzugsweise rich­ tungsunabhängige (Radar-)Empfangsantenne E. Diese empfängt das von der Sende-/Empfangsstation ausgesandte (Radar-)Signal. In dem nachgeschalteten Bandpaßfilter BP wird le­ diglich ein dem Abfragesignal entsprechender Signalanteil mit der Frequenz fo ausgefiltert und einem darauf abge­ stimmten Detektor DET zugeleitet. Dieser erzeugt bei einem vorhandenen Signalanteil der Frequenz fo ein Schaltsignal, das einem Zeitschaltglied TI zugeleitet wird. Dieses kann z. B. prüfen, ob das Schaltsignal lediglich zufällig vor­ handen ist, z. B. infolge eines Störsignales, oder in be­ absichtigter Weise über einen längeren Zeitabschnitt, z. B. mindestens 10 µs anliegt. Erst nach Ablauf dieses vorgebbaren Zeitabschnittes wird durch das Zeitschaltglied TI ein Speicher ROM aktiviert, in welchem die Kennung vor­ zugsweise in digitaler Form gespeichert ist. Der Speicher ROM ist vorzugsweise als sogenannter Nurlesespeicher (Read Only Memory) ausgebildet. Es ist vorteilhaft, das Zeit­ schaltglied TI zusätzlich so zu gestalten, daß der Spei­ cher ROM lediglich für ein vorgebbares Zeitintervall, z. B. 200 ms, aktiviert wird. In diesem Zeitintervall kann die Kennung ein- oder mehrmals aus dem Speicher ROM ausge­ lesen werden. Die Kennung wird einem Modulator MOD zuge­ führt, der elektrische Modulationssignale zur Änderung des Rückstreuquerschnittes des Reflektors RE erzeugt. Diese werden über einen (PIN-Dioden-)Treiber DR dem Reflektor RE, der nachfolgend erläutert wird, zugeleitet. Die Ver­ sorgungseinheit ST, z. B. eine Batterie oder ein Netzge­ rät, dient zur Spannungs- und/oder Stromversorgung der be­ schriebenen Anordnung.The figure shows a block diagram of an exemplary embodiment which works in a so-called standby mode, that is to say that an identifier is only generated when the transmitting / receiving station requests it. It is assumed that the (radar) signal emitted by the transceiver station at least for a predetermined period of time, e.g. B. 100 ms, contains an RF signal with constant amplitude A o and constant frequency f o . Such an RF signal is called an interrogation signal below. This now essentially reaches the initially passive (radar) reflector RE and a preferably direction-independent (radar) receiving antenna E. This receives the (radar) signal emitted by the transmitting / receiving station. In the downstream bandpass filter BP, a signal component corresponding to the interrogation signal is filtered out at the frequency f o and fed to a detector DET tuned to it. If there is a signal component of frequency f o, this generates a switching signal which is fed to a time switching element TI. This can e.g. B. check whether the switching signal is only randomly available, z. B. due to an interference signal, or in a deliberate manner over a longer period of time, for. B. is present for at least 10 microseconds. Only after this predeterminable time period has elapsed is a memory ROM activated by the timer TI, in which the identifier is preferably stored in digital form. The memory ROM is preferably designed as a so-called read-only memory. It is advantageous to design the time switching element TI in such a way that the memory ROM only for a predeterminable time interval, for. B. 200 ms is activated. In this time interval, the identifier can be read out from the memory ROM one or more times. The identifier is fed to a modulator MOD, which generates electrical modulation signals for changing the backscatter cross section of the reflector RE. These are fed via a (PIN diode) driver DR to the reflector RE, which is explained below. The supply unit ST, z. B. advises a battery or a Netzge, is used for voltage and / or power supply of the arrangement described be.

Der Reflektor RE enthält mehrere an sich bekannte Triple- Spiegel TS, die auch Corner (Eck-)-Reflektoren genannt werden, von denen in der Figur aus zeichnerischen Gründen lediglich drei dargestellt sind. Ein derartiger Triple- Spiegel TS hat die Eigenschaft, daß ein auf ihn treffendes Abfragesignal in dieselbe Richtung reflektiert wird. Die Triple-Spiegel TS sind in Form einer Kugel mit dem Radius R angeordnet. Ein solcher Refelektor RE besitzt für alle Einfallsrichtungen des Abfragesignals den Rückstreuquer­ schnitt einer kreisförmigen ebenen metallischen Platte mit dem Radius R und einer Flächennormalen, welche in die Ein­ fallsrichtung zeigt. Diese kugelförmig angeordneten Tri­ pel-Spiegel TS befinden sich innerhalb einer Hohlkugel HK, welche den Radius R besitzt und an sich aus einem für das Abfragesignal und das (reflektierte) Antwortsignal durch­ lässigem Material besteht. Ein solches wird z. B. bei der Herstellung sogenannter Radome verwendet.The reflector RE contains several triple Mirror TS, also called corner reflectors be, of which in the figure for drawing reasons only three are shown. Such a triple Mirror TS has the property that a striking it Interrogation signal is reflected in the same direction. The Triple mirrors TS are in the form of a sphere with the radius R arranged. Such a reflector RE has for everyone  Directions of the interrogation signal the backscatter cross cut a circular flat metallic plate the radius R and a surface normal, which in the Ein if direction shows. These spherically arranged tri pel mirrors TS are located within a hollow sphere HK, which has the radius R and in itself from one for the Interrogation signal and the (reflected) response signal casual material. Such a z. B. at the Production of so-called radomes used.

Die Hohlkugel HK besitzt nun auf und/oder innerhalb ihrer Kugelschale eine elektrische Leiterstruktur, die aus meh­ reren elektrischen Leitern besteht, welche an sich vonein­ ander elektrisch isoliert angeordnet sind.The hollow ball HK now has on and / or within it Spherical shell an electrical conductor structure that consists of meh There are other electrical conductors, which are inherently different other are arranged electrically isolated.

Diese Leiterstruktur ist derart dimensioniert, daß mög­ lichst vernachlässigbare Dämpfungen für das Abfrage- und das Antwortsignal entstehen.This conductor structure is dimensioned such that it is possible Most negligible damping for the query and the response signal arise.

Werden nun die Leiter elektrisch leitend miteinander ver­ bunden, vorzugsweise mit Hilfe schaltbarer PIN-Dioden, so entsteht ein Reflektor RE mit einer metallischen Ku­ geloberfläche, welche den Radius R besitzt. Eine solche metallische Kugeloberfläche besitzt aber für das Abfrage­ signal einen Rückstreuquerschnitt, der erheblich geringer ist als derjenige für die erwähnten kugelförmig angeordne­ ten Triple-Spiegel TS.Now the conductors are electrically conductive with each other bound, preferably with the help of switchable PIN diodes, so creates a reflector RE with a metallic Ku gel surface, which has the radius R. Such has metallic spherical surface but for the query signal a backscatter cross section that is significantly smaller is arranged as the one for the mentioned spherical triple mirror TS.

Werden nun die PIN-Dioden entsprechend der aus dem Spei­ cher ROM ausgelesenen Kennung von einem hochohmigen (sper­ renden) in einen niederohmigen (leitenden) Zustand ge­ schaltet, so wird der Rückstreuquerschnitt des Reflektors RE dementsprechend geschaltet.Are the PIN diodes now corresponding to those from the memory ROM read out by a high-impedance (sper renden) in a low-resistance (conductive) state  switches, so the backscatter cross section of the reflector RE switched accordingly.

Aus dem Abfragesignal mit der konstanten Amplitude Ao und der Frequenz fo entsteht daher nach der Reflexion ein ent­ sprechend der Kennung amplitudenmoduliertes Antwortsignal mit der (Träger-)Frequenz fo.From the interrogation signal with the constant amplitude A o and the frequency f o , therefore, after the reflection, an accordingly amplitude-modulated response signal with the (carrier) frequency f o arises.

Die Änderung des Rückstreuquerschnittes wird ergänzend am folgendem Beispiel dargestellt:
Die Tripel-Spiegel TS werden mechanisch so angeordnet, daß sie die Form einer Kugel mit dem Radius R einnehmen, wobei jeder Normalenvektor der Apertur eines jeden Tripel-Spie­ gels TS radial nach außen zeigt. Dabei sollen die Apertu­ ren auf der Kugeloberfläche liegen. Dieser Reflektor bie­ tet nun den (Radar-)Rückstreuquerschnitt σ₁ einer kreis­ runden ebenen Platte mit dem Radius R gemäß der FormelThe change in the backscatter cross section is also shown in the following example:
The triple mirror TS are mechanically arranged so that they take the form of a sphere with the radius R, with each normal vector of the aperture of each triple mirror TS pointing radially outwards. The apertures should lie on the surface of the sphere. This reflector now offers the (radar) backscatter cross section σ 1 of a circular, flat plate with the radius R according to the formula

Dabei bedeuten
A die Fläche der kreisrunden ebenen Platte und
λo die Wellenlänge, die zu dem Abfragesignal mit der Fre­ quenz fo gehört.Mean
A is the area of the circular flat plate and
λ o is the wavelength that belongs to the interrogation signal with the frequency f o .

Für eine metallische Kugeloberfläche mit den Radius R er­ gibt sich ein (Radar-)Rückstreuquerschnitt a₂ gemäß der FormelFor a metallic spherical surface with the radius R er there is a (radar) backscatter cross section a₂ according to the formula

σ₂ = πR²σ₂ = πR²

Daraus ergibt sich ein Verhältnis σ₁/σ₂ der Rückstreuquer­ schnitte gemäß der FormelThis results in a ratio σ₁ / σ₂ of the backscatter cross cuts according to the formula

Durch die Wahl der geometrischen Abmessungen des Reflek­ tors und der Frequenz können sehr große Unterschiede in der Größe der Rückstreuquerschnitte realisiert werden und damit auch eine gute und zuverlässige Detektion der Ken­ nung in dem von der Sende-/Empfangsstation empfangenen und demoduliertem Antwortsignal.By choosing the geometric dimensions of the Reflek tors and the frequency can be very big differences in the size of the backscatter cross sections and hence a good and reliable detection of the Ken in the received and received by the transceiver demodulated response signal.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Beispiel be­ schränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwendbar, bei­ spielsweise als sogenannte (Radar-)Bojen oder (Radar-)Baken zur Kennzeichnung und/oder Identifikation von Hin­ dernissen, z. B. einer Untiefe in einem Schiffahrtsweg, einem hohen Gebäude in einer Anflugschneide oder zur Über­ wachung des rollenden Verkehrs, insbesondere der Landfahr­ zeuge auf dem sogenannten Vorfeld eines Flughafens bei schlechten optischen Sichtbedingungen.The invention is not based on the example described limited, but applicable to others, at for example as so-called (radar) buoys or (radar) beacons for marking and / or identification of hin knowledge, e.g. B. a shallow in a shipping lane, a tall building in a cutting edge or over monitoring of rolling traffic, especially land driving witness on the so-called apron of an airport poor optical viewing conditions.

Claims (10)

1. Verfahren zur Abfrage einer Kennung, wobei auf ein Ab­ fragesignal einer Sende-/Empfangsstation von einem zu identifizierenden Ziel ein Antwortsignal ausgesandt und von der Sende-/Empfangsstation empfangen und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß das Abfragesignal an einem an dem Ziel ange­ brachtem Reflektor (RE) reflektiert wird,
  • - daß der Reflektor (RE) einen elektrisch änderbaren Rückstreuquerschnitt besitzt derart, daß aus dem Abfragesignal ein amplitudenmoduliertes Antwortsi­ gnal entsteht und
  • - daß die Änderung des Rückstreuquerschnittes und damit die dem Antwortsignal aufgeprägte Amplitu­ denmodulation nach Maßgabe einer vorgebbaren Ken­ nung erfolgt.
1. A method for querying an identifier, wherein a response signal is sent from a destination to be identified to a query signal from a transmitting / receiving station and is received and evaluated by the transmitting / receiving station, characterized in that
  • - That the interrogation signal is reflected on a reflector (RE) attached to the target,
  • - That the reflector (RE) has an electrically changeable backscatter cross-section such that an amplitude-modulated answer signal arises from the interrogation signal and
  • - That the change in the backscatter cross-section and thus the impressed on the response signal Amplitude denmodulation takes place in accordance with a predetermined Ken voltage.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abfragesignal ein unmoduliertes Signal ausgesandt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that an unmodulated signal is sent as a query signal becomes. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bezüglich der Einfallsrichtung des Ab­ fragesignals zwischen den Rückstreuquerschnitten entspre­ chend einer kreisrunden ebenen metallischen Platte und ei­ ner metallischen Kugel elektrisch umgeschaltet wird.3. The method according to claim 1 or claim 2, characterized ge indicates that the direction of incidence of Ab question signal between the backscatter cross sections correspond a circular flat metallic plate and egg ner metallic ball is switched electrically. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß auf das Abfragesignal in dem Ziel aus einem Speicher (ROM) die Kennung ausgelesen wird und daß die Rückstreuquerschnitte nach Maßgabe der Kennung geschaltet werden.4. The method according to any one of the preceding claims characterized in that on the interrogation signal in the The destination is read from a memory (ROM) and that the backscatter cross sections according to the identifier be switched. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß als Abfragesignal ein Radarsi­ gnal verwendet wird.5. The method according to any one of the preceding claims characterized in that a radarsi as the interrogation signal gnal is used. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Abfragesignal von einer Emp­ fangsantenne (E) sowie einem daran angeschlossenem Detektor (DET) empfangen und detektiert wird und daß in Abhängig­ keit von der Zeitdauer des Abfragesignals die Kennung aus dem Speicher (ROM) ausgelesen und über einen Modulator (MOD) sowie einen Treiber (DR) dem Reflektor (RE) zugelei­ tet wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, since characterized in that the query signal from an Emp loop antenna (E) and a detector connected to it (DET) is received and detected and that is dependent based on the duration of the query signal read out from the memory (ROM) and via a modulator (MOD) and a driver (DR) to the reflector (RE) is tested.   7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kennung innerhalb eines vor­ gebbaren Zeitintervalls ein oder mehrmals aus dem Speicher (ROM) ausgelesen wird und daß damit innerhalb des Zeitintervalls an dem Reflektor (RE) ein oder mehrmals eine Am­ plitudenmodulation des Abfragesignals nach Maßgabe der Kennung erfolgt.7. The method according to any one of the preceding claims characterized in that the identifier is within a definable time interval one or more times from the memory (ROM) is read out and thus within the time interval one or more times on the reflector (RE) amplitude modulation of the interrogation signal in accordance with the ID is given. 8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß der Reflektor (RE) aus mehreren zu einer Kugel angeordneten Triple-Spiegeln (TS) besteht, deren Aperturen die Oberfläche der Kugel bilden,
  • - daß die Triple-Spiegel (TS) im Inneren einer Hohl­ kugel (HK), die an sich aus einem für das Abfrage­ signal und das Antwortsignal durchlässigem Mate­ rial besteht, angeordnet sind,
  • - daß auf der Hohlkugel (HK) eine elektrisch schalt­ bare metallische Leiterstruktur angebracht ist,
  • - daß die Leiterstruktur mit elektrischen Schaltmit­ teln koppelbar ist derart, daß durch Umschalten der Schaltmittel von einem hochohmigen in einen niederohmigen Zustand, eine Änderung des Rück­ streuquerschnittes der Hohlkugel (HK) für das Ab­ fragesignal erfolgt.
8. Arrangement for performing the method according to one of the preceding claims, characterized in that
  • - That the reflector (RE) consists of several triple mirrors (TS) arranged to form a sphere, the apertures of which form the surface of the sphere,
  • - That the triple mirror (TS) inside a hollow ball (HK), which itself consists of a signal for the query and the response signal permeable material, are arranged,
  • - That an electrically switchable metallic conductor structure is attached to the hollow sphere (HK),
  • - That the conductor structure can be coupled with electrical switching means in such a way that by switching the switching means from a high-resistance to a low-resistance state, a change in the back cross-section of the hollow sphere (HK) for the interrogation signal takes place.
9. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Hohlkugel (HK) im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Kugel der Triple-Spiegel (TS) ist. 9. Arrangement according to claim 6, characterized in that the inside diameter of the hollow ball (HK) essentially equal to the diameter of the sphere of the triple mirror (TS) is.   10. Anordnung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltmittel als PIN- Dioden ausgebildet sind.10. Arrangement according to claim 6 or claim 7, characterized characterized in that the electrical switching means as PIN Diodes are formed.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2507351A (en) * 2012-10-26 2014-04-30 Bae Systems Plc Identification tag for modulating and returning an incident RF signal
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