DE1912402A1 - Steuereinheit fuer Sekundaerradar-Antwortsender - Google Patents

Description

Anmelderin: Stuttgart, den 10_o luärz 1969

AoG» Oossor Limited P 1944· S/kg The Pinnacles, Harlow
Essex, England

Steuereinheit für Sekundärradar-Antwortsender

Die Erfindung bezieht sich auf Sekundärradarsystene, die bei Überwachungs-Radarsystemen allgemein bekannt sind und zum Zwecke "der Luftverkehrsüberwachung eingesetzt werden© Diese Sekundärradar-Systeme haben den Vorteil, daß die Antwortsignale keine Echos und daher wesentlich stärker sind als die Antwortsignale in Primärradar-Systemene Weiterhin können die Antwortsignale codiert werden, damit die Quelle jedes Antwortsignales identifiziert werden kann. Ein Sekundärradar-System umfaßt

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eine Bodenstation und eine Anzahl von Antv/ortsendern» Die Antwortsender sind in dem zu verfolgenden Flugzeug angeordnet und es sendet die Bodenstation Abfragesignale aus, auf die nur die Antwortsender, die sicii innerhalb des von der Hauptkeule der !Richtantenne der Bodenstation "bedeckten schmalen Sektors befinden, durch Aussenden von Antwortsignalen reagieren.

Jeder Antwort sender besteht im wesentlichen aus einen Empfänger, einer Steuereinheit, einem Modulator und einem Sender. Der Empfänger nimmt die Abfragesignale auf, verstärkt sie und gibt sie an die Steuereinheit weiter· Die Steuereinheit hat zwei Hauptfunktionen₀ Die erste besteht darin, empfangene Impulse zurückzuweisen, die gewisse Bedingungen nicht erfüllen, und insbesondere solche Impulse zurückzuweisen, deren Charakteristik anzeigt, daß sie von Nebenzipfeln anstatt von der Hauptkeule der Sendeantenne der Bodenstation herstammen« Die zweite Hauptfunktion der Steuereinheit besteht darin, die Gruppe von Impulsen zu erkennen, die zur Identifizierung einer speziellen Art des Sekundärradar-Betriebes dienen, wie es weiter unten mehr im einzelnen erläutert wird* Wenn die Steuereinheit ein Abfragesignal annimmt, veranlaßt sie den Modulator_s das korrekte Antwort-Codesignal zu liefern, das von dem Sender mit einer Frequenz zur Bodenstation zurückgesen·»« det wird, die von der Frequenz des Abfrage signale s abweicht» Im Fall der Betriebsart 4 enthält das Abfragesignal einen Informationscode, der einem datenverarbeitenden Gerät zugeführt wird, das auf die codierte

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Information anspricht und danach den Antwortcode "bestimmt. Das Abfragesignal hat die Form einer Gruppe von Impulsen, deren Anzahl und Abstand, gemessen von Vorderflanke zu Vorderflanke, die benutzte t5ei:undä.rradar-Betriebsart bestimmt» In der Betriebsart 4- folgt dieser Impulsgruppe ein Impulszug, dessen Impulse ausgewählte Stellungen in einer Anzahl von vorbestiimr-ten Impuls Stellungen einnehmen.. Die Kombination der in diesem Impulszug tatsächlich gesendeten Impulse bildet die Codeinformation, die dazu benutzt wird, eine bestimmte Frage zu stellen«, Jedes Flugzeug, das sich in der Hauptstrahlungskeule befindet, schickt dann die richtige Antwort zurück.

In den Anfängen der Sekundärradar-Technik wurden nur zv/ei Impulse verwendet, von denen ein Impuls, der Steuerimpuls, von einer ungerichteten Antenne ausgesendet wurde, während der andere, der Abfrageimpuls, von einer Richtantenne herstammte_o Wenn sich der Antwortsender im Bereich der Hauptstrahlungskeule der Richtantenne befindet, hat der von der Richtantenne empfangene Impuls eine dem von der ungerichteten Antenne empfangenen Steuerimpuls gleichartige Amplitude. Wenn sich dagegen der Antwortsender im Bereich eines Nebenzipfels befindet, ist der Abfrageimpuls wesentlich kleiner als der Steuerimpuls. Auf dieser Grundlage unterschied der Antwortsender zwischen Abfragen, die ihn in der Hauptkeule erreichten, und Abfragen, die an ihn über Nebenzipfel gelangten, und es wurde auf diese Weise eine Nebenzipfelunterdrückung erzielt.

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Seit einigen Jahren ist es üblich, Sekundärradar-Systeme mit drei Impulsen in der Abfragegruppe zu "betreiben., Es sind P_x. und P^ Abfrageimpulse und Pp ein Steuerimpuls. Im Bereich der Hauptkeule sind die Abfrageimpulse P_x, und P, wesentlich gröi3er als der Steuerimpuls Pp« Dagegen sind auf ITebenzipfein die Abfrageimpulse P_x, und P₇, nicht größer als der Steuerimpuls Pp* Unabhängig davon, ob zwei oder drei Iiüpulse verwendet v/erden, ist für jede Betriebsart ein bestirnter Abstand zwischen den Impulsen der Gruppe vorgesehen,

Heuere militärische Vorschriften für Sekundärradar-Systeme wurden auf Systeme für die Betriebsart 4 auegedehnt, in der eine erste, die Betriebsart identifizierende Gruppe aus vier Impulsen besteht₃ die einen Abstand von zwei ^r -> und eine 3reite von 0,5 /<· s haben«. Diese vier Impulse werden von einem ITebenzipfel-Unterdrückungsimpuls gefolgtο

In einem für die Betriebsart 4- eingerichteten System können diesen fünf Impulsen bis zu 32 zusätzliche Impulse folgen, die einen Abstand von nur 2 _/ti s zu haben braucheno Diese Impulse tragen die codierte Abfrageinformation·

Die vorliegende Erfindung bezieht sich speziell auf die Steuereinheit des Antwortsenders_o Die Steuereinheiten, die für die zivilen Betriebsarten A, B, 0 und D sowie die militärischen Betriebsarten i, 2 und J bekannt sind, sind für die Betriebsart 4- nicht gut geeignet· Die im Folgenden beschriebene Steuereinheit ist

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speziell für die Betriebnart 4· ausgelegt, jedoch kann sie durch, entsprechende Abwandlungen auch den verschiedenen Impulsbreiten und Impulsabständen früherer Betriebsarten angepaßt v/erden, so daß sie auch bei diesen anderen Betriebsarten eingesetzt werden kann.

Die Steuereinheiten bekannter Sekundärradar-Antwortsender erkennen den für eine bestimmte Betriebsart richtigen Impulsabstand durch die Verzögerung eines Impulses der ersten Impulsgruppe um eine Zeit, die dem Abctand zum Λ

nächsten Impuls gleich ist, und durch Prüfen der Koinzidenz zwischen dem verzögerten und dem folgenden Impuls» Bisher wurde dieser Vorgang mit Hilfe von angezapften Verzögerungsleitungen ausgeführt, jedoch haben Verzögerungsleitungen einen großen Platzbedarf <, In letzter Zeit wurden angezapfte Verzögerungsleitungen durch äquivalente Schieberegister ersetzte Die Anzahl von Stufen, die in einem Schieberegister benötigt werden, das für die Betriebsart 4- geeignet ist, ist jedoch zu groß und führt zu übermäßigen Kosten«

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile

der bekannten Steuereinheiten zu vermeiden und eine '

Steuereinheit für Sekundärradar-Antwortsender zum Prüfen des Abstandes von Abfrageimpulsen zu schaffen, die sich durch einen einfachen Aufbau und einen geringen Platzbedarf auszeichnet» Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Steuereinheit eine auf den ersten Impuls einer empfangenen Impulsgruppe ansprechende Schaltungsanordnung, die eine Gruppe von Vergleichsimpulsen erzeugt, deren Breiten'und Abstände

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einer "bestimmten Betriebsart entsprechen, eine Ver— gleichsanordnung, die die empfangene Impuls£ruppe mit der Vergleichsimpulsgruppe vergleicht und Felilerimpulse erzeugt, wenn die beiden Gruppen nicht übereinstimmen, einen Integrator für die Fehlerimpulse und einen Schwellenwertdiskriminator umfaßt, der das Abfragesignal zurückweist, wenn die integrierter Fehlerimpulse einen vorbestimmten Pegel überschreiten»

Wie einfach oder komplex die Abfrage-Impulsgruppe auch sein mag, ist es eine relativ einfache Sache, die entsprechende Vergleichsgruppe zu erzeugen, die dann zusammen mit der empfangenen Gruppe durch Gatter geleitet v/erden kann, um den oben erwähnten Vergleich anzustellen«, An den Ausgang der Gatt er anordnung kann ein einfacher EG-Integrator angeschlossen sein, so daß eine Anzeige dafür erhalten wird, daß die empfangene Gruppe nicht den Anforderungen der geltenden Betriebsart entspricht, wenn das Signal am Kondensator des RC-Generators einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.»

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert wirde Die der Beschreibung und der Zeichnung zu'entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden· Es zeigen:

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1 das Blockschaltbild der für die Erfindung wesentlichen Teile einer Steuereinheit,

Figo 2 das Schaltbild des zur Erkennung der Impulsgruppe dienenden Teiles der Steuereinheit und

Figo 3 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig„ 2.

Der in Figo 1 dargestellten Schaltungsanordnung wird das eintreffende Abfragesignal von dem nicht dargestellten Empfänger an der Klemme A zugeführt, die mit einen Gerät 10 zur Videoverarbeitung verbunden ist, das nur diejenigen Impulse an eine Ausgangsleitung C abgibt, die die Forderungen bezüglich der Impulsbreite und der relativen Amplituden erfüllen, die für die Betriebsart vorgeschrieben sind»

Die Ausgangsimpulse auf der Leitung C werden einer Sperrlogik 14 zugeführt, die dazu benutzt wird, die Operation verschiedener Schaltungsteile während verschiedener Operationsphasen und insbesondere dann zu sperren, wenn eine Impulsgruppe richtig erkannt worden ist. Normalerweise werden von der Sperrlogik 14 die Impulse von der Leitung C auf die Leitun - D übertragen, die der Gruppenerkennungsschaltung 16 das Eingangssignal zuführte Diese Gruppenerkennungsschaltung 16 prüft, ob die Impulse der Gruppe den richtigen Abstand haben und es wird, wenn dieser Fall vorliegt, durch einen Treiberverstärker 18 einer Trigger-Klemme F ein Signal zugeführt« Diese Klemme

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ist mit dem Rechner verbunden und veranlaßt diesen Rechner, auf das Abfragesignal zu antworten, das von der Sperrlogik 14 über einen Treiberverstärker 20 einer Abfragevideo-Klemme E zugeführt wird«. Der Rechner antwortet auf die ihm an der Klemme E angebotenen Impulse und veranlaßt, sofern er richtig abgefragt wird, das Aussenden einer in geeigneter Weise codierten Antwort an die Bodenstationo Es sei an dieser Stelle erwähnt, •daß der Rechner ebenso wie der Empfänger, der Modulator und der Sender von bekannter Art sein können, wie sie in existierenden Sekundärradar-Systemen vorhanden sind» Daher werden diese anderen Einheiten des Antwortcenderc, mit denen sich die vorliegende Erfindung nicht unmittelbar beschäftigt, nicht näher beschriebene

Das zu dem an der ü?' ^; ^ger-Klemme F anliegenden Signal inverse Signal ist auf einer Leitung G vorhanden, die der Sperrlogik 14 ein Eingangssignal zuführt« Im normalen Betriebszustand der Sperrlogik 14, bei dem das Signal auf der Leitung G FALSCH ist, führt die Logik 14 über eine Klemme K ein Startsignal einem Zähler 24 zu, der während eines bestimmten Sperrintervalles läuft und dann über die Klemme L der Logik 14 einen Impuls zuführt, um das Sperrintervall zu beenden«,

Die zur Gruppenerkennung dienende Schaltung 16 ist in Figo 2 näher dargestellt und umfaßt einen Taktoszillator 98, der eine Kette von bistabilen Kippschaltungen 100 bis 104 speisto Bei Abfrageimpulsen von 2 /vs Breite kann der Oszillator 98 eine Nennfrequenz von 16 1.3Hz aufweisen*

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Die bistabilen Kippschaltungen 100 bis 106 untersetzen nacheinander die Frequenz jeweils um 2, so daß das Ausgangssignal der bistabilen Kippschaltung 104 eine Frequenz von 0,5 Mz aufweist« Die bistabile Kippschaltung 104 wird von dem komplementären Ausgangssignal der 1 MHz-Stufe 103 gespeist, so daß der von· der Stufe gelieferte Impuls von der benötigten Flanke des Impulses der Stufe 105 völlig frei isto Die Ausgangssignale des Taktoszillators und der bistabilen Kippschaltungen sind in Fig. 3 der Zeichnung dargestellt, in der die Ausgangs- f signale der Kippschaltungen mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind wie die Kippschaltungen selbst»

Die Signale 103 und 104 werden gemeinsam einem NAND-Gatter 110 zugeführt. Die kombinierte Eingangsfunktion am NAND-Gatter 110 wird in Fig. 3 durch das Signal dargestellt. Dieses Signal bildet die Vergleichsgruppe von Impulsen, die 0,5/vs breit sind und einen Abstand von 2/t-s haben» Es versteht sich, daß das Signal 108 nicht tatsächlich existiert, jedoch durch das gleichzeitige Anlegen der Signale 103 und 104 an zwei Eingänge des NAND-Gatters 110 in dieser Form wirksam wird_o ι

Die auf der Leitung D zugeführte Abfragegruppe wird ebenfalls dem NAND-Gatter 110 zugeführt« Das Ausgangssignal des NAND-Gatters 110 wird durch das Signal 110 nach Figo 3 veranschaulicht und besteht aus schmalen Impulsen, die an den Stellen auftreten, an denen die Abfragegruppe mit dem Signal 108 nicht übereinstimmt. Diese Impulse werden von einem RC-Integrationskreis .112

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integriert. Yfenn das Ausgangssignal des Integrators genügend ansteigt, wird die Operation der zur Gruppenerkennung dienenden Schaltung beendet und es wird das Abfragesignal nicht angenommen» ~ "

Die Wirkungsweise der Gruppenerkennungsschaltung wird von einer bistabilen Kippschaltung 114 gesteuert, die normalerweise alle bistabilen Kippschaltungen 100 bis 106 in einem Ausgangszustand hält. Der erste Impuls, der auf der Leitung D empfangen wird, schaltet die Kippschaltung 114 um und bewirkt, daß das Haltesignal für die bistabilen Kippschaltungen 100 bis 106 aufgehoben wird. Daher kann nun der Zähler, der von diesen Kippschaltungen gebildet wird, zur Erzeugung der oben behandelten Signale anlaufen. Sollte das Signal am Integrator 112 genügend ansteigen, wird die Kippschaltung 114 zurückgestellt und es wird das die bistabilen Kippschaltungen 100 bis 106 in der Ausgangsstellung haltende Signal wieder angelegte

Bei dem in Figo 3 als Beispiel dargestellten Signal sind die schmalen Impulse, die sich aus der Verschiebung der ersten beiden Impulse des Signales D ergeben, ungenügend zum Zurückstellen der Kippschaltung 114, weil der Schwellenwert nicht überschritten wird, der durch das zum ZurüÄcstellen der Kippschaltung 114 benötigte Signal gegeben %st. Der dritte Impuls des Signales D befindet sich an 4er richtigen Stelle und es wird in diesem Pail offenbar--kein Zurückstellen stattfinden· Bei dem dargestellten Beispiel fehlt.jedoch in dem Signal D ein vierter Impuls uifcl es erscheint demnach in dem Signal 110 ein

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Ausgangsiinpuls in der vollen Dauer von 0,5 ,t-s« Dieser Impuls ist mehr als ausreichend, um ein Anwachsen des Ausgangssignales. der Integrationsschaltung 112 auf einen Wert zu "bewirken, bei dem die Kippschaltung 114-zurückgestellt wird.»

Die Zeitkonstante der Integrationsschaltung 112 ist kleiner als die Impulsbreite, d_oh_e kleiner als 0,5/¹So Zwischen zwei im Abstand von 2jn.s aufeinanderfolgenden ä Impulsen entlädt sich der Integrator vollständige

Damit eine Abfragung angenommen wird, muß die Kippschaltung 114- eingestellt bleiben, bis vier Impulse von der bistabilen Kippschaltung 104- abgegeben worden sindo Diese Impulse werden von den übrigen bistabilen Kippschaltungen 105 und 106 gezählte Diese Zählung erfolgt indirekt durch Zählen der Stufe 104, denn, sollte ein übermäßiger Fehler auftreten, wird das System gestoppt, bevor das Signal 104- ansteigen kann. Die bistabilen Kippschaltungen 105 und 106 werden von den komplementären Ausgängen der vorhergehenden Kippschaltungen getriggert, so daß durch eine logische Operation, die ' "

erkennt, wenn· die Signale 105 und 106 beide WAHR' sind, der vierte der aufeinanderfolgenden Impulse 104- einem Ausgang zugeführt werden kann, um ein Triggern auszulösen. Die logische Oper äion wird von einem NAlTD-Gatter 116 ausgeführt, dessen Ausgangssignal das Signal auf der Leitung G darstellt_o Dieses Signal wird auch dem Takteingang der Kippschaltung 114- zugeführt und es stellt

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die ansteigende Rückflanke des von dem Gatter·116 übertragenen Impulses die Kippschaltung 114 zurück, so daß das System angehalten wird, wenn das Triggersignal beendet ist·

Das Ausgangssignal des Gatters 116 wird von einen NAND-Gatter 118 umgekehrt und über einen Treiberverstärker 18 der Trigger-Klemme F zugeführt_o Venn also eine korrekte Gruppe von vier Abfrageimpulsen vorhanden ist, löst das Signal an der Klemme . j? den Rechner aus, damit er die Impulse verarbeitet, die er über die Leitung E (Fig. 1) empfängt« Diese Impulse enthalten selbstverständlich die vier für die Betriebsart charakteristischen Impulse, die von einem fünften Impuls gefolgt werden, wenn die Abfragung auf einem Nebenzipfel stattf i..- Der Rechner führt eine Nebenrirfel-TJnterdrückung aus, indem er gemäß seiner Programmierung eine Abfrage zurückweist, die fünf aufeinanderfolgende Impulse mit einem Abstand von 2/<.s umfaßt·

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   (1 β) Steuereinheit für Sekundärradar-Antwortsender zum Prüfen des Abstandes von Abfrageimpulsen, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine auf den ersten Impuls einer empfangenen Impulsgruppe ansprechende Schaltungsanordnung (100 bis 104), die eine Gruppe von Vergleichsimpulsen erzeugt, deren Breiten und Abstände einer bestimmten Betriebsart entsprechen, eine Vergleichsanordnung (110^, die die empfangene Impulsgruppe mit der Vergleichsimpulsgruppe vergleicht und-Fehlerimpulse erzeugt, wenn die beiden Gruppen nicht übereinstimmen, einen Integrator (112) für die Fehleriinpulse und einen Schwellenwertdiskriminator (114) umfaßt, der das Abfragesignal zurückweist, wenn die integrierten Fehlerimpulse einen vorbestimmten Pegel überschreiten»
2. 2. Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erzeugung der Vergleichsimpulsgruppe dienende Schaltungsanordnung eine Kette von bistabilen Kippschaltungen (101 bis 104) umfaßt, die die Frequenz eines Oszillators (98) wiederholt untersetzen, und daß als Vergleichsanordnung ein Gatter (110) vorgesehen ist, das auf die Ausgangssignale mehrerer der bistabilen Kippschaltungen und die empfangene Impulsgruppe anspricht, um die Fehlerimpulse zu erzeugen»

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   3» Steuereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Steuer-Kippschaltung enthält, die die "bistabilen Kippschaltungen (101 bis 104) der Kette in einem ihrer Zustände in einen Ausgangszustand bringt und im anderen Zustand zum Untersetzen der Frequenz des Oszillators (98) freigibt und die von. dem ersten Impuls einer empfangenen Impulsgruppe von dem einen in den anderen Zustand gekippt und vom Ausgangssignal des Integrators (112) in den-einen Zustand zurückgekippt wird, wenn die integrierten Fehlerimpulse einen vorbestimmten Pegel überschreiten.

   4· Steuereinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie weitere bistabile Kippschaltungen (105 und 106) aufweist, die die von der letzten bistabilen Kippschaltung (104) der Kette erzeugten Impulse zählen, und ein Ausgangsgatter (116) auf einen bestimmten Zustand der weiteren bistabilen Kippschaltungen (105 und 106) anspricht und ein Ausgangssignal liefertj das eine Antwort auf die Abfrage freigibt.

   5» Steuereinheit nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer-Kippschaltung (114) auch auf das Aus gangs signal des Ausgangsgatters (116) anspricht und von diesem Ausgangs signal in den einen Zustand gekippt wird.

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   6· Steuereinheit nach. Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsgatter (116) außerdeu auf die letzte "bistabile Kippschaltung (104) der Kette anspricht und ein Ausgangssignal nur dann erzeugt, wenn diese letzte Kippschaltung einen Zustand aufweist, der von dem Zustand abweicht, den sie bei der Erzeugung der Impulse der Vergleichsgruppe einnimmt·

   7· Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (112) von einem EG-Integrationsglied gebildet wird.

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