EP2656528B1 - Verfahren zum betreiben eines elektronischen aufklärungssystems in einer durch einen störsender geschützten umgebung - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines elektronischen aufklärungssystems in einer durch einen störsender geschützten umgebung Download PDF

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EP2656528B1
EP2656528B1 EP11815612.4A EP11815612A EP2656528B1 EP 2656528 B1 EP2656528 B1 EP 2656528B1 EP 11815612 A EP11815612 A EP 11815612A EP 2656528 B1 EP2656528 B1 EP 2656528B1
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EP
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reconnaissance system
jamming
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jammer
reactive
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Ralf Lorch
Rainer Müller
Askold Meusling
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Hensoldt Sensors GmbH
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    • H04K3/00—Jamming of communication; Counter-measures
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    • H04K3/45—Jamming having variable characteristics characterized by including monitoring of the target or target signal, e.g. in reactive jammers or follower jammers for example by means of an alternation of jamming phases and monitoring phases, called "look-through mode"
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    • H04K2203/10—Jamming or countermeasure used for a particular application
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    • H04K3/80—Jamming or countermeasure characterized by its function
    • H04K3/92—Jamming or countermeasure characterized by its function related to allowing or preventing remote control

Definitions

  • RCIEDs remote explosives
  • ESM system Electronic Support Measures
  • Such reconnaissance systems typically include components for modulation type detection, bearing, and depending on the operational requirement, for example, for demodulation and development of the signal content.
  • the radiated from the jammer to protect the vehicle or convoy RF interference power causes an overload or saturation in the receiving channels of the reconnaissance system, making it useless. Therefore, the reconnaissance mode of the jammer and thus the most consistently desired protection function must be turned off.
  • reactive jammers (English: Responsive Jammer) known. These are jammers that only perform a fault when they have detected a signal to be disturbed. In order to detect such signals, reactive jammers work with an observation phase connected between two interference phases. During the observation phases, only the signal environment is observed and evaluated, but no interference signal is transmitted. In the following interference phase, RF power is actively radiated only on frequencies that have an occupancy. The observation phase of the reactive jammer is so short that targets (eg bombs) can not trigger during this time.
  • targets eg bombs
  • the US2006 / 0153280 A1 also describes a reactive jammer, which, however, can additionally determine the direction of a signal received in the observation phase. This direction is taken into account in the subsequent disturbing phase, in particular in that the interference signal is emitted only in the corresponding direction.
  • the operation of reactive jammer and reconnaissance system is synchronized such that signal reception of the reconnaissance system occurs only within the observation phases of the reactive jammer. This ensures that the reconnaissance system is not disturbed by the interference radiation. Thus, a high-quality reconnaissance operation is possible even if the protective function against RCIEDs (executed by the jammer) is activated.
  • Unlocking the signal content allows the reconnaissance system to obtain a longer signal recording time or a shorter distance between two or more signal recordings by correspondingly prolonging the observation phase of the jammer or shortening the interference phase accordingly.
  • the direction information obtained by the reconnaissance system can be used for direction-selective disruption with a multi-antenna system.
  • the generation of the directional signal can be realized either by appropriate beam shaping in phased array antennas or by antenna switching in the case of multiple directional antennas.
  • reactive jammer and reconnaissance system are not generally operated in combination, can be provided in a further embodiment, that the reconnaissance system automatically synchronized to the set in the reactive jammer temporal position of the observation phase as soon as the two units in contact with each other in operational use.
  • Reactive jammer and reconnaissance system can be used in particular for the protection of vehicles or vehicle convoys.
  • the reconnaissance system and reactive jammer may be located on the same vehicle or different vehicles depending on operational requirements.
  • Fig. 1 shows a representation of the timing of the individual process steps within the reactive jammer and the reconnaissance system.
  • the function "bearing" is considered for the reconnaissance system.
  • further functions, eg modulation type recognition can be provided for the reconnaissance system.
  • the internal procedure of the jammer is the upper representation of the Fig. 1
  • the internal procedure for the direction finder is the lower part of the Fig. 1 refer to.
  • the durations T LT and T J1 together form the observation phase T B , which lies between two interference phases T J2 .
  • the observation phase T B can be adjusted by extending T LT .
  • the cycle time between successive observation phases T B can be adjusted by shortening the disturbance phase T J2 and / or omitting the time duration T J1 .
  • the disturbance phase T J2 can be extended.
  • the observation phase T B can be shortened to the time T LT and the interference phase can be extended accordingly, in which an interference signal is also transmitted in the time period T J1 .
  • ⁇ J T J 1 + T J 2 T J 1 + T J 2 + T LT ,
  • the operation of reconnaissance system and reactive jammer is synchronized such that the signal pickup of the direction finder takes place only within the observation time T B of the reactive jammer, and never during the jamming phase T J2 , during which the jammer emits spurious energy.
  • the synchronization can be done, for example, with a synchronization line (eg copper or glass fiber) or via an air interface.
  • the air interface has the advantage that several vehicles can work in parallel.
  • the duration of the individual work phases of reactive jammer and reconnaissance system can be freely selected.
  • the signal pickup of jammer and direction finder (as in the example of the Fig. 1 can be seen) starts or ends at the same time.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of the overall configuration of reactive jammer 1 and reconnaissance system 2.
  • the jammer 1 comprises the jamming module ECM and the associated antenna A-ECM for emitting the interference signal and for receiving signals.
  • Reconnaissance system 2 comprises the reconnaissance module ESM and the associated antenna A-ESM for receiving signals.
  • the two systems 1 and 2 are, as described in detail above, synchronized with respect to the signal recording of the reconnaissance system 2.
  • the synchronization can be done via a cable connection as shown. This is especially preferred when the two systems 1,2 are located on the same vehicle. Alternatively, a wireless connection may also be provided, in particular if the two systems 1, 2 are located on different vehicles or platforms.
  • an antenna protection device P is present, which in Fig. 3 is explained in more detail.
  • Fig. 3 shows the structure of the antenna protection device P from Fig. 2 in detail. It is characterized in particular by speed in the switching open / closed and by a high insulation in the open state.
  • Fig. 3 shows, several protection components are connected in the output line of the antenna A-ESM of the reconnaissance system. They differ in the speed of their response and in the maximum power they provide effective protection.
  • the coarse protection GS is intended to derive the essential part of the inflowing energy and may be e.g. consist of a gas gap.
  • the remaining voltage is applied to a fast switch SSC (e.g., a relay, a PIN diode, or even a MEMS switch) which turns off the antenna.
  • a limiter LT is provided, e.g. consists of diodes.

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Description

  • Zum Schutz von Fahrzeugen oder Fahrzeugkonvois gegen ferngesteuerte Sprengsätze (sogenannte RCIEDs, remote controlled Improvised Explosive Devices) werden mobile Störsender eingesetzt. Dabei ist operationell neben dem Betrieb des Störsenders auch ein paralleler Betrieb eines elektronische Aufklärungssystems (auch als ESM-System: Electronic Support Measures bezeichnet) in vielen Einsätzen gefordert. Derartige Aufklärungssysteme umfassen typischerweise Komponenten zur Modulationsartenerkennung, Peilung, und je nach operationeller Anforderung z.B. auch zur Demodulation und Erschließung des Signalinhalts.
  • Die vom Störsender zum Schutz des Fahrzeugs oder Konvois abgestrahlte HF-Störleistung verursacht eine Übersteuerung bzw. Sättigung in den Empfangskanälen des Aufklärungssystems und macht diese damit unnutzbar. Deshalb muss für den Aufklärungsbetrieb der Störsender und damit die möglichst durchgängig gewünschte Schutzfunktion abgeschaltet werden.
  • Aus der DE 10 2009 006 861 A1 sowie der US 2005/0041728 A1 sind sogenannte reaktive Störsender (Englisch: Responsive Jammer) bekannt. Dabei handelt es sich um Störsender, die eine Störung erst dann durchführen, wenn sie ein zu störendes Signal erkannt haben. Um solche Signale zu erkennen, arbeiten reaktive Störsender mit einer zwischen jeweils zwei Störphasen geschalteten Beobachtungsphase. In den Beobachtungsphasen wird nur die Signalumgebung beobachtet und ausgewertet, jedoch kein Störsignal ausgesendet. In der nachfolgenden Störphase wird nur auf Frequenzen, die eine Belegung aufweisen, aktiv HF-Leistung abgestrahlt. Die Beobachtungsphase des reaktiven Störsenders ist so kurz, das Targets (z.B. Bomben) in dieser Zeit nicht auslösen können.
  • Die US2006/0153280 A1 beschreibt ebenfalls einen reaktiven Störsender, der jedoch zusätzlich die Richtung eines in der Beobachtungsphase empfangenen Signals bestimmen kann. Diese Richtung wird in der anschießenden Störphase berücksichtigt, insbesondere dadurch, dass das Störsignal nur in die entsprechende Richtung abgestrahlt wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches eine elektronische Funkaufklärung von variabler Güte/Aufklärungstiefe ermöglicht, ohne jedoch den gleichzeitig gewünschten Schutz vor RCIEDs durch den reaktiven Störsender zu verlieren, d.h. beide System sollen mit ihren Einzelfunktionen parallel betrieben werden können.
  • Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sowie ein Aufklärungssystem zum Einsatz in dem erfindungsgemäßen Verfahren sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
  • Gemäß der Erfindung wird der Betrieb von reaktivem Störsender und Aufklärungssystem derart synchronisiert, dass ein Signalempfang des Aufklärungssystems nur innerhalb der Beobachtungsphasen des reaktiven Störsenders erfolgt. Dadurch ist sichergestellt, dass das Aufklärungssystem nicht durch die Störstrahlung gestört wird. Es wird somit ein hochwertiger Aufklärungsbetrieb auch dann möglich, wenn die Schutzfunktion gegen RCIEDs (ausgeführt durch den Störsender) aktiviert ist.
  • Im Aufklärungsbetrieb wird zumindest eine der folgenden Funktionen ausgeführt:
    • Peilung,
    • Modulationsartenerkennung,
    • Demodulation
    • Erschließung des Signalinhalts,
    wie auch in der US2003103589 A1 beschrieben. Erfindungsgemäß ist eine Rückwirkung des Aufklärungssystems auf den Störzyklus des reaktiven Jammers vorgesehen. Insbesondere kann eine dynamische Anpassung der Systemsynchronisierung erfolgen, und zwar derart, dass die Länge der Beobachtungsphasen und/oder der Störphasen des reaktiven Störsenders abhängig von den operationellen Anforderungen an das Aufklärungssystem gesteuert wird. Damit kann sowohl die Störeffizienz als auch die Aufklärungstiefe gezielt gesteuert werden.
  • Beispielsweise kann für komplexere Funktionen der Aufklärungssystems, wie z.B. Erschließung des Signalinhalts, dem Aufklärungssystem eine längere Signalaufnahmezeit oder ein kürzerer Abstand zwischen zwei oder mehreren Signalaufzeichnungen gewährt werden, in dem die Beobachtungsphase des Störsenders entsprechend verlängert bzw. die Störphase entsprechend verkürzt wird.
  • Besonders vorteilhaft kann die vom Aufklärungssystem gewonnene Richtungsinformation zum richtungsselektiven Stören mit einem Mehrantennensystem genutzt werden. Die Erzeugung des gerichteten Signals kann entweder durch entsprechende Strahlformung bei phasengesteuerten Gruppenantennen oder durch Antennenumschaltung im Falle mehrerer Richtantennen realisiert werden.
  • Sofern reaktiver Störsender und Aufklärungssystem nicht generell in Kombination betrieben werden, kann in einer weiteren Ausführung vorgesehen sein, dass sich das Aufklärungssystem automatisch auf die im reaktiven Störsender eingestellte zeitliche Lage der Beobachtungsphase synchronisiert, sobald die beiden genannten Einheiten im operativen Einsatz Kontakt zueinander haben.
  • Reaktiver Störsender und Aufklärungssystem können insbesondere zum Schutz von Fahrzeugen oder Fahrzeugkonvois eingesetzt werden.
  • Aufklärungssystem und reaktiver Störsender können dabei auf demselben Fahrzeug oder verschiedenen Fahrzeugen je nach operativen Einsatzerfordernissen angeordnet sein.
  • Die Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Schemazeichnung zur Synchronisierung des Betriebs von reaktivem Störsender und Aufklärungssystem;
    • Fig. 2 eine schematische Darstellung der Gesamtkonfiguration aus reaktivem Störsender und Aufklärungssystem;
    • Fig. 3 ein Schaltbild zu Details der Schutzschaltung nach Fig. 2.
  • Fig. 1 zeigt eine Darstellung zum zeitlichen Ablauf der einzelnen Verfahrensschritte innerhalb des reaktivem Störsenders und des Aufklärungssystems. In dieser beispielhaften Ausführung wird für das Aufklärungssystem nur die Funktion "Peilung" betrachtet. Wie oben bereits angemerkt, können für das Aufklärungssystem noch weitere Funktionen, z.B. Modulationsartenerkennung, vorgesehen sein. Der interne Verfahrensablauf des Störsenders ist der oberen Darstellung der Fig. 1, der interne Verfahrensablauf für den Peiler ist der unteren Darstellung der Fig. 1 zu entnehmen.
  • Der Ablauf im Störsender ist wie folgt:
    • Zeitdauer TJ2:
    Aussendung eines Störsignals mit der Frequenz f_alt.
    Zeitdauer TLT:
    Signalaufnahme zur Erkennung möglicher Bedrohungen,
    Zeitdauer TJ1:
    Das während TLT empfangene Signal wird einer FFT unterworfen, um Spektrumsinformationen zu erhalten und daraus die benötigte neue Störfrequenz f_neu zu ermitteln. Anschließend erfolgt die Ermittlung des neuen Störsignals mit der Frequenz f_neu.
    Zeitdauer TJ2:
    Aussendung des neuen Störsignals mit der Frequenz f_neu.
    Anschließend erfolgt wieder die Signalaufnahme innerhalb TLT und der beschriebene Zyklus beginnt von vorn.
  • Die Zeitdauern TLT und TJ1 bilden zusammen die Beobachtungsphase TB, die zwischen zwei Störphasen TJ2 liegt.
  • Zur Erhöhung der Aufklärungstiefe gemäß den jeweils aktuellen operationellen Erfordernissen kann die Beobachtungsphase TB durch Verlängerung von TLT angepasst werden.
  • Alternativ kann zur Erhöhung der Aufklärungstiefe gemäß den jeweils aktuellen operationellen Erfordernissen die Zykluszeit zwischen aufeinanderfolgenden Beobachtungsphasen TB durch Verkürzung der Störphase TJ2 und/oder Auslassung der Zeitdauer TJ1 angepasst werden.
  • Wird aus operativen Einsatzerfordernissen eine hohe Störeffizienz gefordert, kann die Störphase TJ2 verlängert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Beobachtungsphase TB auf die Zeit TLT verkürzt und die Störphase entsprechend verlängert werden, in dem auch in der Zeitdauer TJ1 ein Störsignal ausgesendet werden.
  • Generell ergibt sich die Störeffizienz ηJ des Störsenders wie folgt: η J = T J 1 + T J 2 T J 1 + T J 2 + T LT .
    Figure imgb0001
  • Der Ablauf im Aufklärungssystem am hier verwendeten Beispiel des Peilers ist wie folgt: Es erfolgen dort parallel zu den Aktivitäten des Störsenders die folgenden Verarbeitungsschritte:
    • Peilwertberechnung,
    • Signalaufnahme,
    • Spektrumsanalyse mit FFT,
    • Peilwertberechnung,
    mit anschließender Wiederholung dieses Zyklus.
  • Gemäß der Erfindung ist der Betrieb von Aufklärungssystem und reaktivem Störsender derart synchronisiert, dass die Signalaufnahme des Peilers nur innerhalb der Beobachtungszeit TB des reaktiven Störsenders erfolgt und keinesfalls während der Störphase TJ2, während der der Störsender Störenergie abstrahlt. Die Synchronisierung kann z.B. mit einer Synchronisationsleitung (z.B. Kupfer oder Glasfaser) oder über eine Luftschnittstelle erfolgen. Die Luftschnittstelle hat den Vorteil, dass mehrere Fahrzeuge parallel arbeiten können.
  • Im Übrigen können die Dauer der einzelnen Arbeitsphasen von reaktivem Störsender und Aufklärungssystem frei gewählt werden. Zum Beispiel ist es nicht zwingend, dass die Signalaufnahme von Störsender und Peiler (wie es in dem Beispiel der Fig. 1 zu entnehmen ist) zum selben Zeitpunkt beginnt oder endet.
  • Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Gesamtkonfiguration aus reaktivem Störsender 1 und Aufklärungssystem 2. Der Störsender 1 umfasst das Störsender-Modul ECM sowie die zugehörige Antenne A-ECM zur Abstrahlung des Störsignals und zum Empfang von Signalen. Aufklärungssystem 2 umfasst das Aufklärungsmodul ESM und die zugehörige Antenne A-ESM zum Empfang von Signalen. Die beiden Systeme 1 und 2 sind, wie oben im Einzelnen beschrieben, hinsichtlich der Signalaufnahme des Aufklärungssystems 2 synchronisiert. Die Synchronisierung kann über eine Kabelverbindung wie dargestellt erfolgen. Dies wird vor allem dann bevorzugt, wenn sich die beiden Systeme 1,2 auf demselben Fahrzeug befinden. Alternativ kann auch eine drahtlose Verbindung vorgesehen sein, insbesondere dann, wenn die beiden Systeme 1,2 sich auf unterschiedlichen Fahrzeugen oder Plattformen befinden.
  • Zum Schutz des Empfängers innerhalb des Aufklärungsmoduls ESM während der Abstrahlung des Störsignals durch den Störsender 1 ist eine Antennenschutzvorrichtung P vorhanden, die in Fig. 3 näher erläutert wird.
  • Fig. 3 zeigt den Aufbau der Antennenschutzvorrichtung P aus Fig. 2 im Einzelnen. Sie zeichnet sich insbesondere durch Schnelligkeit im Umschaltvorgang offen/ geschlossen sowie durch eine hohe Isolation im offenen Zustand aus.
  • Wie Fig. 3 zeigt, sind in die Ausgangsleitung der Antenne A-ESM des Aufklärungssystems mehrere Schutzkomponenten geschaltet. Sie unterscheiden sich nach Schnelligkeit ihres Ansprechverhaltens sowie nach der maximalen Leistung, bis zu der sie einen wirksamen Schutz bieten.
  • Der Grobschutz GS soll den wesentlichen Teil der einfließenden Energie ableiten und kann z.B. aus einer Gasfunkenstrecke bestehen. Die verbleibende Restspannung wird auf einen schnellen Schalter SSC (z.B. ein Relais eine PIN-Diode oder auch einen MEMS Schalter) geführt, der die Antenne wegschaltet. Zur weiteren Erhöhung der Schutzwirkung ist in der gezeigten Ausführung ein Limiter LT vorgesehen, der z.B. aus Dioden besteht.
  • Je nach Einsatzfall bzw. zu erwartender Feldstärke können alle drei genannten Komponenten, Kombinationen aus zwei dieser Komponenten oder nur eine der genannten Komponenten verwendet werden.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Aufklärungssystems (2) in einer durch einen reaktiven Störsender (1) geschützten Umgebung, wobei beim Betrieb des reaktiven Störsenders (1) ein Störzyklus aus sich abwechselnden Störphasen (TJ2) zur Aussendung eines Störsignals, und Beobachtungsphasen (TB), zum Empfang und zur Auswertung von zu störenden Signalen, durchlaufen wird, wobei eine Signalaufnahme des elektronischen Aufklärungssystems (2) ausschließlich während der Beobachtungsphasen (TB) des reaktiven Störsenders (1) erfolgt, wobei das Aufklärungssystem (2) mindestens eine der folgenden Funktionen ausführt:
    - Peilung,
    - Modulationsartenerkennung,
    - Demodulation,
    - Erschließung des Signalinhalts,
    und dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückwirkung des Aufklärungssystems (2) auf den Störzyklus des reaktiven Störsenders (1) vorgesehen ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Beobachtungsphasen (TB) und/oder Störphasen des reaktiven Störsenders (1) variabel an operationelle Erfordernisse des Aufklärungssystems (2) angepasst wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Aufklärungssystem (2) gewonnenen Aufklärungsinformationen von dem reaktiven Störsender (1) beim Stören berücksichtigt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Aufklärungssystem (2) automatisch auf die im reaktiven Störsender (1) eingestellte zeitliche Lage der Beobachtungsphase (TB) synchronisiert, sobald die beiden genannten Einheiten Kontakt zueinander haben.
  5. Aufklärungssystem (2) zum parallelen Betreiben mit einem reaktiven Störsender (1) in einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei beim Betrieb des reaktiven Störsenders (1) abwechselnd Störphasen (TJ2), zur Aussendung eines Störsignals, und Beobachtungsphasen (TB), zum Empfang und zur Auswertung von zu störenden Signalen, durchlaufen werden , wobei das Aufklärungssystem (2) zu seinem Schutz gegen die Störstrahlung des reaktiven Störsenders während dessen Störphasen (T J2) mit einem Antennenschutzschalter ausgestattet ist.
  6. Aufklärungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenschutzschalter eine Hintereinanderschaltung aus einem Grobschutz, einem schnellen Schalter sowie einem Limiter aufweist.
EP11815612.4A 2010-12-24 2011-12-21 Verfahren zum betreiben eines elektronischen aufklärungssystems in einer durch einen störsender geschützten umgebung Active EP2656528B1 (de)

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