-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
Erfindung gehört
dem Bereich Flugsicherung und Überwachungssysteme
an. Sie wird speziell in überlagerten Überwachungsradaren
(Sekundärüberwachungsradaren)
Mode-S-und/oder
Mode-A/-Systemen angewandt und verwendet "Mode-S-Squitter".
-
Hintergrund
der Erfindung
-
Bei
Mode-S-Squittern muss ein Flugzeug Mode-S-Antworten spontan oder
auf Abruf (Antworten auf Abfragen) ausstrahlen. Diese Antworten
werden von bordeigenen Geräten,
so genannten Transpondern, erzeugt. Auf diese Weise erhalten Bodenradarstationen
(aktiv oder passiv) oder andere Flugzeuge Positionen und andere
Informationen über
das Flugzeug.
-
Derzeitige
Mode-S-Empfänger
dekodieren Antworten, wenn sie nicht durch andere Antworten gestört werden.
Die Mode-S-Antworten können
nur dekodiert werden, wenn sie interferenzfrei sind oder durch höchstens
eine Mode-A/C-Antwort gestört
werden. Vor der vorliegenden Erfindung konnte keine Mode-S-Antwort
mit Mode-S-Interferenz von anderen Mode-S-Antworten erkannt und
korrigiert werden.
-
Umfang der
Erfindung
-
Die
Erfindung geht über
die derzeitigen Beschränkungen,
Mode S/Mode-S-Interferenzen erkennen und dekodieren zu können, hinaus,
indem die Antworten und spontane Antworten ("Squitter") in dem Frequenzbereich neben der herkömmlichen
Abwicklung im Zeitfenster angemessen verwendet und analysiert werden,
wobei letzteres das einzige, vor der Erfindung angewandte Berechnungsverfahren war.
Die Frequenzanalyse kann angewendet werden, da jeder Transponder
eine Mittelfrequenz (Trägerfrequenz
der Antwort) erzeugt, die sich aufgrund der Kalibrierungen des Generators,
innerhalb eines von internationalen Vorschriften (ICAO Standards)
definierten Toleranzfensters, deutlich von den anderen Transpondern unterscheidet.
Eine scharfe Analyse (hohe Auflösung)
der Frequenzen erlaubt die Diskriminierung überlagerter Antworten, die
mittels Zeitanalyse allein nicht erreicht werden kann.
-
Modellbasierte
oder "super auflösende" Methoden erlauben
eine hochauflösende
Frequenzanalyse. Die vorliegende Erfindung wendet bevorzugt einen
Algorithmus an, der auf der Veröffentlichung
von Tufts-Kumaresan basiert, "Estimation
of Frequencies of Multiple Sinusoids: Making Linear Prediction Perform
Like Maximum Likelihood" Veröffentlichung
des IEEE, Ausgabe 70, Nr. 9, September 1982, Seiten 975–981.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Eine
spezielle Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
Verfahren zur Diskriminierung von überlagerten Sekundärüberwachungsradar (SSR)-Antworten
in einem digitalisierten empfangenen Signal bereitzustellen, wobei
eine Antwort einen Vorspann und einen Datenblock umfasst, wobei
das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden
Schritte umfasst:
- – Nachweisen einer Startzeit
von einer oder mehreren Antworten in dem digitalisierten empfangenen
Signal,
- – Bestimmen
einer Endzeit der entsprechenden Antwort für jede nachgewiesene Startzeit,
- – Generieren
von Zeitfenstern in mindestens einem Teil des digitalisierten empfangenen
Signals,
- – Durchführen eines
spektralen Hochauflösungsverfahrens
mit dem digitalisierten empfangenen Signal in dem generierten Zeitfenster,
um eine oder mehrere Trägerfrequenzen
in jedem generierten Zeitfenster abzuschätzen,
- – Abschätzen der
Anzahl von Antworten und der relativen Trägerfrequenzen in dem digitalisierten empfangenen
Signal, und
- – Rekonstruieren
der einen oder mehreren Antworten
-
Erfindungsgemäß umfasst
das digitalisierte empfangene Signal vorzugsweise ein Log(Sigma)-Komponentensignal
eines digitalisierten Antennensignals.
-
Nach
wie vor erfindungsgemäß kann das Verfahren
dadurch gekennzeichnet sein, dass die Schritte des Nachweisens einer
Startzeit und des Bestimmens einer Endzeit für eine oder mehrere Antworten
eine Hüllkurvengleichrichtung
des digitalisierten empfangenen Signals umfassen;
die Zeitfenster
in dem gesamten Signal generiert werden und teilweise überlagert
werden;
der Schritt des Durchführens eines spektralen Hochauflösungsverfahrens
außerdem
die Anzahl von Trägerfrequenzen
in jedem generierten Zeitfenster abschätzt;
der Schritt des Abschätzens der
Anzahl von Antworten und der relativen Trägerfrequenzen in dem digitalisierten
empfangenen Signal unter Verwendung der in dem Schritt des Durchführens eines
spektralen Hochauflösungsverfahrens
erhaltenen Abschätzungen
durchgeführt
wird, wobei eine oder mehrere Energieschwellen geschaffen werden,
durch die Energie in jedem generierten Zeitfenster mit einer entsprechenden
Antwort in Verbindung gebracht werden kann; und
der Schritt
des Rekonstruierens der einen oder mehreren Antworten für jede Antwort
in jedem generierten Zeitfenster Gegenwart und Position von Antwortpulsen
unter Verwendung der erzeugten einen oder mehreren Energieschwellen
abschätzt,
wobei die entsprechenden Antwortpulse diejenigen sind, deren Trägerfrequenzen
dem geschätzten
Wert am nächsten
liegen, wobei für
jede Antwort ein Signal erzeugt wird, wobei das Signal so getaktet
wird, dass zuerst der Vorspann und dann der Datenblock getaktet
werden.
-
Immer
noch erfindungsgemäß kann das
Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, dass
die Schritte des
Nachweisens einer Startzeit für
eine oder mehrere Antworten und des Abschätzens der Anzahl von Antworten
und der relativen Trägerfrequenzen
in dem digitalisierten empfangenen Signal die folgenden Unterschritte
umfassen:
Abschätzen
der Ankunftszeit einer führenden
Antwort unter Verwendung einer Energieaufzeichnung, die vier Vorspannpulse
nachweist,
Berechnen der Taktung für die Antwort durch Analyse der
nachgewiesenen Energieniveaus und der Taktung für die nachgewiesenen Pulse
des Vorspanns,
Abschätzen
der Trägerfrequenz
unter Durchführung eines
spektralen Hochauflösungsverfahrens
mit den vier Vorspannpulsen, um eine Frequenzevaluierung für jeden
der vier Pulse zu erhalten, und Mitteln der vier Evaluierungen;
die
Zeitfenster gemäß der Taktung
der führenden Antwort
generiert werden, entsprechend der Chipdauer, bei der die Pulse
der Antwort nachweisbar sind; und
der Schritt des Rekonstruierens
der einen oder mehreren Antworten eine erste Frequenztestung umfasst,
um zu verifizieren, in welchem der beiden Zeitfenster, die mit dem
gleichen Antwortbit zusammenhängen,
sich die für
die führende
Antwort gefundene Frequenz befindet, durch die Entscheidung für das Zeitfenster,
in dem die gleiche Frequenz der geschätzten Frequenz oder der Frequenzwert,
der der geschätzten
Frequenz des Vorspanns am nächsten liegt,
gefunden wird.
-
Weiter
erfindungsgemäß kann der
Unterschritt des Abschätzens
der Trägerfrequenz
ein spektrales Hochauflösungsverfahren
durchführen, wobei
das
Signal in den Pulsen durch eine Anzahl komplexer Sinuskurven mit
unbekannten Amplituden und Frequenzen und weißem additivem Rauschen dargestellt
wird;
ein linearer Prädiktionsfilter
definiert und zur Berechnung der unbekannten Parameter des Signals
eingesetzt wird;
Eigenwerte und Eigenvektoren zur Berechnung
der Transferfunktion des definierten Fehler-Prädiktionsfilters
verwendet werden;
auf der Grundlage der Eigenwerte ein Signal-Unterraum
und ein Rausch-Unterraum mit den verwandten Eigenvektoren definiert
werden; und
die Nullen auf dem unitären Kreis der Filter-Transferfunktion,
die den Frequenzen der komplexen Sinuskurven entsprechen, berechnet
werden.
-
Immer
noch Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Sekundärüberwachungsradar (SSR)-Empfangs- und Verarbeitungsgerät, das dadurch
gekennzeichnet ist, dass es zur Durchführung des oben genannten Verfahrens
zur Diskriminierung überlagerter
SSR-Antworten in einem digitalisierten empfangenen Signal ausgelegt
ist, wobei das Gerät außerdem dadurch
gekennzeichnet ist, dass es umfasst:
- – Mittel
zum Nachweis einer Startzeit für
eine oder mehrere Antworten in dem digitalisierten empfangenen Signal,
wobei die Mittel an einem Eingang das digitalisierte empfangene
Signal empfangen;
- – Mittel
zur Bestimmung einer Endzeit der entsprechenden Antwort für jede nachgewiesene Startzeit;
- – Mittel
zur Generierung von Zeitfenstern in mindestens einem Teil des digitalisierten
empfangenen Signals;
- – Mittel
zur Durchführung
eines spektralen Hochauflösungsverfahrens
mit dem digitalisierten empfangenen Signal in den generierten Zeitfenstern, um
eine oder mehrere Trägerfrequenzen
in jedem generierten Zeitfenster abzuschätzen, wobei die Mittel an einem
ersten Eingang das digitalisierte empfangene Signal empfangen und
mit den Mitteln zur Generierung von Zeitfenstern verbunden sind;
- – Mittel
zur Abschätzung
der Anzahl von Antworten und der relativen Trägerfrequenzen in dem digitalisierten
empfangenen Signal, und
- – Mittel
zur Rekonstruktion der einen oder mehreren Antworten, wobei solche
Mittel mit den Mitteln zur Abschätzung
der Anzahl von Antworten und der relativen Trägerfrequenzen verbunden sind.
-
Immer
noch erfindungsgemäß können die Mittel
zum Nachweis einer Startzeit für
eine oder mehrere Antworten in dem digitalisierten empfangenen Signal
auch eine erwartete Antwortzeit empfangen.
-
Immer
noch erfindungsgemäß kann das
Gerät außerdem dadurch
gekennzeichnet sein, dass
- – das Mittel zum Nachweis einer
Startzeit für
eine oder mehrere Antworten in dem digitalisierten empfangenen Signal
das Hüllkurvengleichrichtungsmittel
umfasst, das zum Nachweis der Startzeit, wenn die Signalenergie
höher ist
als ein Schwellenwert, und der Endzeit der einen oder mehreren Antworten
ausgelegt ist;
- – das
Mittel zum Abschätzen
der Anzahl von Antworten und der relativen Trägerfrequenzen das Trägerfrequenz-Abschätzmittel
zum Abschätzen, auf
der Grundlage der Bewertung für
jedes Fenster, der Anzahl von Antworten und der relativen Trägerfrequenzen
in dem digitalisierten empfangenen Signal, und zur Erzeugung von
einem oder mehreren Energieschwellenwerten umfasst; und
- – das
Mittel zur Rekonstruktion der einen oder mehreren Antworten ein
Taktungs- und Antwort-Rekonstruktionsmittel zur Abschätzung für jede Antwort
in jedem generierten Zeitfenster von Gegenwart und Position der
Antwortpulse unter Verwendung der erzeugten einen oder mehreren Schwellenwerte
umfasst, wobei die entsprechenden Antwortpulse diejenigen sind,
bei denen die Trägerfrequenzen
dem geschätzten
Wert am nächsten
liegen, wobei das Taktungs- und Antwort-Rekonstruktionsmittel ein Signal für jede Antwort
erzeugt und es derart neu taktet, dass zunächst der Vorspann und dann
der Datenblock getaktet werden;
wobei das Taktungs- und
Antwort-Rekonstruktionsmittel mit den Mittel zur Durchführung eines
spektralen Hochauflösungsverfahrens
mit dem digitalisierten empfangenen Signal verbunden ist.
-
Immer
noch erfindungsgemäß kann das
Gerät außerdem dadurch
gekennzeichnet sein, dass
- – das Mittel zum Nachweis einer
Startzeit für
eine oder mehrere Antworten und das Mittel zur Abschätzung der
Anzahl von Antworten und der relativen Trägerfrequenzen in dem digitalisierten empfangenen
Signal Vorspann-Analysemittel umfasst, einschließlich:
Vorspann-Nachweismittel
zum Abschätzen
der Ankunftszeit einer führenden
Antwort unter Verwendung einer Energieaufzeichnung und unter Nachweisen
von vier Vorspannpulsen, Start- und End-Nachweismittel zur Berechnung
der Taktung der Antwort durch Auswertung der nachgewiesenen Energieniveaus
und der Taktung der nachgewiesenen Vorspannpulse, wobei Start- und End-Nachweismittel
mit dem Vorspann-Nachweismittel verbunden sind, und
Trägerfrequenz-Abschätzmittel
zum Abschätzen der
Trägerfrequenz
unter Durchführung
eines spektralen Hochauflösungsverfahrens
mit den vier Vorspannpulsen, um eine Frequenzevaluierung für jeden
der vier Pulse zu erhalten, und Mitteln der vier Evaluierungen,
wobei das Trägerfrequenz-Abschätzmittel
mit dem Vorspann-Nachweismittel und dem Start- und End-Nachweismittel
verbunden ist;
- – das
Mittel zur Rekonstruktion der einen oder mehreren Antworten folgendes
umfasst:
Frequenz-Testungsmittel zum Verifizieren, in welchem
der beiden Zeitfenster, die mit dem gleichen Antwortbit zusammenhängen, sich
die für
die führende
Antwort gefundene Frequenz befindet, durch die Entscheidung für das Zeitfenster,
in dem die gleiche Frequenz der geschätzten Frequenz oder der Frequenzwert,
der der geschätzten
Frequenz des Vorspanns am nächsten
liegt, gefunden wird, wobei das Frequenz-Testungsmittel mit dem Trägerfrequenz-Abschätzmittel,
den Mitteln zur Generierung der Zeitfenster und den Mitteln zur
Durchführung
eines spektralen Hochauflösungsverfahrens
verbunden ist, und
Antwort-Rekonstruktionsmittel zur Rekonstruktion der
einen oder mehreren Antworten, wobei das Antwort-Rekonstruktionsmittel
mit dem Frequenz-Testungsmittel
verbunden ist.
-
Erfindungsgemäß werden
ein Hochauflösungsprozessor/Receiver
zur Diskriminierung überlagerter
Sekundärüberwachungsradar
(SSR)-Antworten und Squitter mit der Fähigkeit zur Diskriminierung
und Dekodierung von überlagerten
Antworten unter Anwendung sowohl einer Zeit- als auch einer Frequenzanalyse
bereitgestellt.
-
Der
Prozessor/Receiver kann dadurch gekennzeichnet sein, dass er Hochauflösung anwendet,
d.h. dass er die klassische Auflösungsgrenze (Raylegh-Grenze)
unter Verwendung nicht linearer Systeme und Modellanalysen überschreitet.
-
Der
Prozessor/Receiver kann weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, dass
er die Information über
die Antwortträger
abschätzt
und die Antwort-Taktung unter Anwendung einer Zeit- und Frequenzanalyse
mit den Hochauflösungstechniken
der gesamten (oder eines Teils der) Signale die von einer oder mehreren
Antworten kommen, abschätzt.
-
Der
erfindungsgemäße Prozessor/Receiver kann
auch dadurch gekennzeichnet sein, dass er die Information über die
Trägerfrequenzen
und die Taktung unter Anwendung einer zeitabhängigen Analyse des Vorspanns
der führenden
Antwort und unter Anwendung von spektralen Hochauflösungstechniken abschätzt.
-
Der
erfindungsgemäße Prozessor/Receiver kann
außerdem
dadurch gekennzeichnet sein, dass er das Hochauflösungsverfahren
auf diejenigen Zeitfenster anwendet, wo ein "geeignetes" Signal" ist.
-
Der
erfindungsgemäße Prozessor/Receiver kann
nach wie vor dadurch gekennzeichnet sein, dass er ein Hochauflösungsverfahren
zur Untersuchung der Pulsposition des Informationsbits anwendet.
-
Der
erfindungsgemäße Prozessor/Receiver kann
auch dadurch gekennzeichnet sein, dass er ein Hochauflösungsverfahren
auf den ersten und zweiten Teil des Intervalls anwendet, das mit
jedem Informationsbit zusammenhängt,
um die Position des Pulses abzuschätzen.
-
Der
erfindungsgemäße Prozessor/Receiver kann
außerdem
dadurch gekennzeichnet sein, dass er ein Hochauflösungsverfahren
durchführt,
das in überlagerten
Zeit-Unterfenstern auf das Intervall angewendet wird, in dem die
Energie nachgewiesen wird.
-
Der
erfindungsgemäße Prozessor/Receiver kann
nach wie vor dadurch gekennzeichnet sein, dass er einen Antwort-Rekonstruktor
aufweist.
-
Der
erfindungsgemäße Prozessor/Receiver kann
auch für
Bereiche eingesetzt werden, die sich vom Mode-S-Empfang unterscheiden.
Er kann nämlich
in sämtlichen
Fällen,
in denen die Pulskodierung verwendet wird und zur Diskriminierung überlagerter Signale
notwendig ist, sowohl im Vermessungs- (E.S.M. Electronic Support
Measurements) als auch im Kommunikationsbereich, angewandt werden.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Die
vorangehenden Aspekte und anderen Merkmale der Erfindung werden
in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden
Zeichungen erläutert,
wobei:
-
1 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Empfangs-
und Verarbeitungsgeräts
ist;
-
2 eine
schematische Darstellung des Vorspann-Analysators des Geräts in 1 ist;
-
3 eine
schematische Darstellung des hoch auflösenden Nachrichten-Prozessors 4 des
Geräts
in 1 ist; und
-
4 eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Empfangs-
und Verarbeitungsgeräts
ist.
-
In
den Figuren werden gleiche Elemente mit gleichen Referenzziffern
gekennzeichnet.
-
Ausführliche
Beschreibung
-
Die
Erfindung beschreibt ein Gerät,
das sich aus verschiedenen Elementen zusammensetzt.
-
Eine
erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Geräts ist in 1 abgebildet.
Das Gerät kann
im Falle von überlagerten
Mode-S-Antworten (auch mehr als 2 Antworten) arbeiten. Die einzige
Bedingung ist, dass der Vorspann der führenden Antwort ohne überlagernde
Pulse empfangen wird; unter dieser Bedingung kann der Receiver (mit
hoher Wahrscheinlichkeit) eine der überlagerten Antworten (die
führende)
dekodieren.
-
Unter
Bezugnahme auf 1, umfasst Einheit 1 eine
Antenne und einen Analogreceiver, die dazu ausgelegt sind, in einer
SSR-Mode S Ausrüstung
zu arbeiten. Der Ausgang der Antenne- und Receiver-Einheit 1 ist
mit dem Eingang eines Abtasters 2 verbunden, der eine Abtastung
des Videosignals durch Digitalisierung des von Einheit 1 kommenden Signals
ausführt.
-
Der
Ausgang des Abtasters 2 ist mit einem Vorspann-Analysator 3 und
einem hoch auflösenden Nachrichten-Prozessor 4 verbunden.
Der Vorspann-Analysator 3 analysiert das im Eingang empfangene
Signal und ermittelt den Vorspann, wobei die Antwort-Startzeit tin und die Trägerfrequenz ƒc des Vorspanns (Antwort) bestimmt werden,
und er gibt diese an den hoch auflösenden Nachrichten-Prozessor 4 aus.
Der Prozessor 4 analysiert das vom Abtaster 2 empfangene
Signal, wobei unter Durchführung von
Hochauflösungstechniken
Pulse diskriminiert werden, die zum Antwort-Vorspann gehören.
-
Der
Ausgang des Prozessors 4 ist mit einer Einheit zur Dekodierung
von Nachrichten und zur Fehlerkorrektur 5 und einem Monopulskalkulator 6 verbunden.
Einheit 5 gibt die Antwortinformationsbits aus, während der
Kalkulator 6 Positionsdaten des Flugzeugs ausgibt.
-
Insbesondere
der Monopulskalkulator 6 empfängt ein weiteres Signal des
Abtasters 2, um die Position des Flugzeugs abzuschätzen.
-
Die
Ausgänge
der Dekodierungs- und Fehlerkorrektureinheit 5 und des
Monopulskalkulators 6 sind mit einer Einheit 7 zur
Kursverfolgung und Leitung des Nachrichtenübertragungskanals des Flugzeugs
verbunden, die die Initialisierung und das Kurs-Update gemäß den Flugzeugen
erlaubt. Insbesondere gibt Einheit 7 eine erwartete Antwortzeit
(nur für
roll call Antworten) an den Vorspann-Analysator 3 und eine
erwartete Adresse (nur für
roll call Antworten) an die Dekodierungs- und Fehlerkorrektureinheit 5 aus.
-
2 zeigt
ein Blockschaltbild des Vorspann-Analysators 3 des Geräts in 1.
Ein Vorspann-Nachweiser 8 empfängt am Eingang das vom Abtaster 2 kommende
Signal und schätzt
unter Verwendung einer Energieaufzeichnung die Ankunftszeit der
führenden
Antwort ab und weist die vier Vorspannpulse nach. Außerdem verifiziert
der Vorspann-Nachweiser 8, ob die benötigte Taktung eingehalten wird
und berechnet die Taktung der Antwort. Der Vorspann-Nachweiser 8 arbeitet
vorzugsweise nach dem Verfahren, das von J.L. Gertz und V.A Orlando
in "SSR Improvements
and collision avoidance systems panel SSR mode S system working
group-1. Improved squitter reception update", SICASP/WG-1 WP/1/585, vom 2. Juni
1997, beschrieben wird.
-
Der
Ausgang des Vorspann-Nachweisers 8 ist sowohl mit einem
Start- und End-Nachweiser 9 als auch mit einem Trägerfrequenz-Abschätzer 10 verbunden.
-
Der
Start- und End-Nachweiser 9 berechnet die Antwort-Taktung
und verhindert eine falsche Erkennung. Er erkennt insbesondere die
Antwort-Taktung (besonders die Antwort-Startzeit), wobei die nachgewiesenen
Energieniveaus und die Taktung der nachgewiesenen Vorspannpulse
ausgewertet werden. Der Start- und End-Nachweiser 9 gibt
die geschätzte
Antwort-Taktung auch an den Trägerfrequenz-Abschätzer 10 aus.
-
Der
Trägerfrequenz-Abschätzer 10 führt ein spektrales
Hochauflösungsverfahren
mit den vier Vorspannpulsen, vorzugsweise 0,5 Mikrosekunden Pulsen,
durch, wobei er vier Frequenzevaluierungen erhält, eine für jeden Puls. Er mittelt dann
die vier Evaluierungen, um eine Abschätzung der Trägerfrequenz
zu erhalten. Das Hochauflösungsverfahren basiert
vorzugsweise auf dem Algorithmus von Tufts und Kumaresan, der in
der oben genannten Veröffentlichung
beschrieben ist. Das Verfahren verwendet bevorzugt ein Modell, in
dem das Signal in den Pulsen von einer Anzahl komplexer Sinuskurven
mit unbekannten Amplituden und Frequenzen und weißem additivem
Rauschen dargestellt ist; ein linearer Prädiktionsfilter wird definiert
und zur Berechnung der unbekannten Parameter des Signals eingesetzt. Das
Verfahren verwendet Eigenwerte und Eigenvektoren zur Berechnung
der Transferfunktion des definierten Fehler-Prädiktionsfilters. Auf der Grundlage der
Eigenwerte werden zwei Unterräume
definiert: ein Signal-Unterraum und ein Rausch-Unterraum mit den
verwandten Eigenvektoren. Da nur Signal-Eigenvektoren verwendet
werden, werden Auflösung und
Effizienz des Verfahrens gesteigert. Schließlich berechnet das Verfahren
die Nullen auf dem unitären Kreis
der Filter-Transferfunktion, die den Frequenzen der komplexen Sinuskurven
entsprechen.
-
3 zeigt
ein Blockschaltbild des hoch auflösenden Nachrichten-Prozessors 4 des
Geräts
in 1. Auf der Grundlage der Antwort-Startzeit tin, die von dem Vorspann-Analysator 3 empfangen
wird, generiert ein Zeitfenster-Generator 11 Zeitfenster
gemäß der Taktung
der führenden
Antwort, entsprechend der Chipdauer, bei der die Pulse der Antwort nachweisbar
sind. Bei Mode-S-Antworten wird Pulspositionsmodulierung wird angewandt:
zwei Zeitfenster werden für
jedes Informationsbit definiert, und ein Puls soll nur in einem
der Zeitfenster entsprechend dem Wert des Bits auftreten.
-
Der
Zeitfenster-Generator 11 ist mit einer Einheit zur Durchführung einer
Hochauflösung 12 verbunden,
die ein Hochauflösungsverfahren
durchführt
und die Trägerfrequenzen
in den von dem Zeitfenster-Generator 11 generierten Zeitfenstern
abschätzt.
-
Sowohl
der Zeitfenster-Generator 11 als auch die Einheit zur Durchführung einer
Hochauflösung 12 sind
mit einer Frequenz-Testungseinheit 13 verbunden, die ebenfalls
die Trägerfrequenz ƒc des Vorspanns (Antwort) vom Vorspann-Analysator 3 empfängt. Die
Frequenz-Testungseinheit 13 verifiziert, in welchem der
Zeitfenster, die mit dem gleichen Bit zusammenhängen, sich die für die führende Antwort
gefundene Frequenz befindet. Die Frequenz-Testungseinheit 13 entscheidet
insbesondere das Zeitintervall, in dem die gleiche Frequenz der
geschätzten
Frequenz oder der Frequenzwert, der der geschätzten Frequenz des Vorspanns
am nächsten liegt,
gefunden wird.
-
Die
Frequenz-Testungseinheit 13 ist wiederum mit einer Antwort-Rekonstruktionseinheit 14 verbunden,
die die Antworten rekonstruiert, wobei die Informationen der vorigen
Einheiten verwendet werden. Das angewendete Rekonstruktionsverfahren
ist vorzugsweise eines der Verfahren, die in dem oben genannten
Dokument von J.L. Gertz und V.A Orlando beschrieben werden.
-
Um
die vorliegende Erfindung besser zu verstehen, werden im Folgenden
die Funktionsweisen der in den 1–3 abgebildeten
Ausführungsform
beschrieben, wobei gleiche Funktionsweisen auch für andere
Ausführungsformen
gelten.
-
Die
Antenne- und Receiver-Einheit 1 führt Vorgänge aus, die das Empfangen
der Antennensignale durch zwei schräge Hauptkeulen und die Bildung
dreier Signaltypen umfasst: log(Sigma), log(Delta) und f(Delta/Sigma),
die auf einer Zwischenfrequenz übertragen
werden. Diese Signale werden verwendet, um eine genaue Abschätzung des
Azimutziels anhand von Monopulstechniken zu erhalten. Die drei Signale
werden von dem Abtaster 2 digitalisiert.
-
Der
Vorspann-Analysator 3 verwendet das Log(Sigma) Signal,
um die Antwort zu ermitteln, während
der Monopulskalkulator 6 log(Delta) und f(Delta/Sigma)
Signale verwendet, um das Azimut abzuschätzen. Der Vorspann-Analysator 3 schätzt die
Ankunftszeit und den Antwortträger
unter Verwendung von Hochauflösungstechniken
ab. Der hoch auflösende
Nachrichten-Prozessor 4 verwendet diese Evaluationen der
Ankunftszeit und des Antwortträgers.
-
Der
hoch auflösende
Nachrichten-Prozessor 4 generiert die Zeitfenster, in denen
die Pulse der Nachricht lokalisiert sein müssen (vorzugsweise gemäß internationaler
Standardanforderungen). Mode-S-Antworten verwenden eine PPM Modulation; auf
der Grundlage der Startzeit der Antworten ist es folglich möglich, zwei
Zeitfenster für
jedes Bit der Nachricht zu definieren. Der Puls, der sich auf ein spezifisches
Bit bezieht, muss, gemäß dem Informationsbit,
in einem der zwei Zeitfenster lokalisiert sein. Der Trägerfrequenz-Abschätzer 10 führt ein
hoch auflösendes
Frequenzabschätzungsverfahren
in den zwei Fenstern durch, um für
jedes Bit die Frequenzwerte in den zwei verwandten Fenstern herauszufinden.
Das Verfahren schätzt
sowohl die Position des Pulses für
das vorliegende Bit, als auch das Fenster, in dem die Trägerfrequenz
der Antwort gefunden wird (ausgewertet vom Vorspann-Analysator 3),
ab. Auf diese Art und Weise wird der gesamte Datenblock abgeschätzt, und
die Antwort wird rekonstruiert.
-
Eine
andere Funktionsweise des erfindungsgemäßen Geräts umfasst das Nachweisen der
Pulse, vorzugsweise durch Abschätzen
der Hüllenkurve in
der Mitte der Zeitfenster und durch Durchführung des Hochauflösungsverfahren,
nur wenn die Hüllkurve
höher ist
als ein Schwellenwert in beiden Bit-Zeitintervallen.
-
Die
durch den hoch auflösenden
Nachrichten Prozessor 4 rekonstruierte Antwort erscheint
am Eingang der Einheit zur Dekodierung von Nachrichten und zur Fehlerkorrektur 5 und
am Eingang des Monopulskalkulators 6. Einheit 5 dekodiert
die Antwort, korrigiert Fehler und gibt die in der Antwort enthaltenen
Informationsbits aus. Kalkulator 6 berechnet die Monopulsabschätzung des
Azimuts und des Bereichs und gibt solche Positionsinformationen
aus. Anschließend
verwendet Einheit 7 alle von der Antwort kommenden Informationen,
d. h. Informationsbits und Positionsinformationen, um all die Ziele
in dem Deckungsbereich des Empfangs- und Verarbeitungsgeräts zu verfolgen
und die gesamte Luft-Boden-Luft Kommunikation zu regeln.
-
Eine
zweite Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gerätes ist
in 4 abgebildet. Eine derartige zweite Ausführungsform
ist komplexer als das in den 1–3 abgebildete
Gerät,
ermöglicht
jedoch die Erkennung beider interferierender Antworten auch im Fall
von überlagerten
Vorspannen, d. h. wenn eine zweite Antwort vor dem Ende des Vorspanns
einer führenden
Antwort ankommt. Das Gerät
in 4 arbeitet, ohne dass es die Taktungsinformation
(von einer Vorspann-Analyse kommend) benötigt, und schätzt die
Taktung unter Verwendung des gesamten Signals ab. Ein weiteres wichtiges
Merkmal des Gerätes
in 4 besteht darin, dass es die Anzahl interferierender
Antworten und die entsprechenden Trägerfrequenzen unter Verwendung
des gesamten Signals abschätzt.
Da die zweite Ausführungsform
immer noch ein Hochauflösungsverfahren
durchführt,
kann sie als eine Verallgemeinerung der ersten Ausführungsform
der 1–3 betrachtet
werden.
-
Bezug
nehmend auf 4, empfängt ein Hüllkurven-Gleichrichter 15 von
dem Abtaster 2 das Log(Sigma) Signal. Der Hüllkurven-Gleichrichter 15 ermittelt
die Startzeit (wenn die Signalenergie über einem Schwellenwert liegt)
und die Endzeit der Antwort oder der Antworten. Insbesondere muss
der Hüllkurven-Gleichrichter 15 keine
Schwankungen aufgrund der Antwortpulse beachten. Speziell im Fall von
zu kurzen Zeitintervallen ohne signifikante Signalenergie, werden
solche Zeitintervalle verworfen. In Bezug auf das Gerät in 1 ersetzt
der Hüllkurven-Gleichrichter 15 den
Vorspann-Analysator 3.
-
Der
Hüllkurven-Gleichrichter 15 ist
mit einem gleitenden Unterfenster-Generator 16 verbunden, welcher
Zeitfenster generiert, die innerhalb des vom Hüllkurven-Gleichrichter 15 generierten
Zeitintervalls teilweise überlagert
sind. Vorzugsweise beträgt
die Länge
des Zeitfensters 0,5 Mikrosekunden und nachfolgende Fenster werden
für eine
Dauer von 0,25 Mikrosekunden gegenseitig überlagert. Erfindungsgemäß ist die
Leistung höher,
je kürzer
das Intervall ist. In Bezug auf das Gerät in 1, arbeitet
der gleitende Unterfenster-Generator 16 ähnlich wie
der Zeitfenster-Generator 11, jedoch verwendet Ersterer
keine Taktungsinformation und generiert die Fenster im gesamten
Signal.
-
Der
gleitende Unterfenster-Generator 16 ist mit einem hoch
auflösenden
Prozessor 17 verbunden, welcher auch das Log(Sigma) Signal
von dem Abtaster 2 erhält.
Der hoch auflösende
Prozessor 17 führt
in den durch den Unterfenster-Generator 16 generierten
Zeitfenstern ein Hochauflösungsverfahren, vorzugsweise
den oben genannten Tufts-und-Kumaresan-Algorithmus,
durch, um die Trägerfrequenzen in
jedem Fenster abzuschätzen.
Für jedes
Zeitfenster gibt der Prozessor 17 die Anzahl der Träger und
die relativen Frequenzen aus. In Bezug auf das Gerät in 1,
arbeitet der hoch auflösende
Prozessor 17 wie die Einheit zur Durchführung einer Hochauflösung 12.
-
Der
hoch auflösende
Prozessor 17 ist mit einem Trägerfrequenz-Abschätzer 18 und
mit einer Einheit zur Taktung und Antwort-Rekonstruktion 19 verbunden.
Basierend auf der Evaluation für
jedes Unterfenster, schätzt
der Trägerfrequenz-Abschätzer 18 die
gesamte Anzahl von Antworten in dem Prüfsignal und die relativen Trägerfrequenzen
ab (dies ist notwendig, da keine vom Vorspann kommende Abschätzung vorliegt).
In Anbetracht der Anzahl der nachgewiesenen Frequenzen in jedem
Unterfenster und der relativen Trägerfrequenzen, erzeugt der
Abschätzer 18 Schwellenwerte,
durch die es möglich
ist, die Energie in jedem Unterfenster der entsprechenden Antwort
zuzuordnen.
-
Unter
Verwendung der durch den Trägerfrequenz-Abschätzer 18 erzeugten
Schwellenwerte schätzt
die Einheit zur Taktung und Antwort-Rekonstruktion 19 für jede Antwort
in jedem Unterfenster die Gegenwart und Position der Pulse (die
entsprechenden Pulse sind diejenigen, deren Trägerfrequenzen dem geschätzten Wert
am nächsten
liegen) ab. Auf diese Art und Weise erzeugt das System zwei oder mehr
Signale: eines für
jede Prüfantwort.
Diese Signale werden dann gemäß den internationalen
Vorschriften getaktet. Der Vorspann wird zuerst getaktet, da seine
Form bekannt ist. Anschließend
wird der Datenblock unter Verwendung der Information, die von der
Taktung des Vorspannes kommt, getaktet.
-
Nachfolgend
werden die in den 4 abgebildeten Funktionsweisen
der Ausführungsform
beschrieben, wobei gleiche Funktionsweisen auch für andere
Ausführungsformen
gelten.
-
Nachdem
das Signal mittels der Antennen- und Receiver Einheit 1 bzw.
dem Abtaster 2 erhalten und digitalisiert wurde, überwacht
das Gerät
den Kanal mittels des Hüllkurven-Gleichrichter 15.
Wenn ein mit einer oder mehreren SSR Mode-S-Antworten kompatibles
Energieniveau nachgewiesen wird, werden die restlichen Einheiten
für die
Verarbeitung des Antwort-Signals aktiviert. Der gleitende Unterfenster-Generator 16 generiert
Unterfenster innerhalb des Zeitintervalls, in dem Antwortenergie
nachgewiesen wird, derart, dass das Hochauflösungsverfahren darin angewendet
werden kann. Der hoch auflösende
Prozessor 17 führt
das Hochauflösungsverfahren an
dem Signal durch, welches von dem Abtaster 2 in jedem Unterfenster
kommt, um die Anzahl der Sinuskurven und die relativen Frequenzen
abzuschätzen. Der
Trägerfrequenz-Abschätzer l8
verwendet alle Informationen (d.h. Anzahl der Frequenzen und Frequenz-Werte),
indem er die zu jedem Unterfenster gehörenden Sinuskurven betrachtet,
um die Anzahl von Prüfantworten
und ihre Trägerfrequenzen
abzuschätzen.
Unter Verwendung dieser Evaluierungen kann das Gerät jedes
Unterfenster bearbeiten; nunmehr entscheidet es, in welchem Fenster
Antwortpulse vorhanden sind.
-
Nachdem
die Einheit zur Taktung und Antwort-Rekonstruktion 19 die
Gegenwart von Antwortpulsen) in einem Unterfenster ermittelt hat,
kann sie die Antworten rekonstruieren und dann die Antwort gemäß den internationalen
Anforderungen takten. Nach der Rekonstruktion der Antwort kann das
Gerät den
Bereich und das Azimut abschätzen,
um die Nachricht zu dekodieren und um die Fehler unter Verwendung
der Einheit zur Dekodierung von Nachrichten und zur Fehlerkorrektur 5 und
des Monopulskalkulator 6 zu korrigieren. Die Einheit zur
Kursverfolgung und Leitung des Nachrichtenübertragungskanals des Flugzeugs 7 generiert
Kurse und regelt die Kommunikation zwischen Bodenstationen und Flugzeugen.