(12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP 2219 B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. H04K 3/00 (06.01) Patentstyret (21) Oversettelse publisert 13.12.23 (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet 13.08.28 (86) Europeisk søknadsnr 10298.2 (86) Europeisk innleveringsdag 12.04.27 (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato 12.11.21 () Prioritet 11.0.17, DE, 111712 (84) Utpekte stater AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR (73) Innehaver EADS Deutschland GmbH, Willy-Messerschmidt-Strasse 1, 821 Ottobrunn, DE- Tyskland (72) Oppfinner Mietzner, Jan Dr., Römerstr., 89077 Ulm, DE-Tyskland Nickel, Patrick, Dieselweg 2, 8984 Ehingen, DE-Tyskland Meusling, Askold, Dr., Marschall 1, 83607 Holzkirchen, DE-Tyskland (74) Fullmektig Tandbergs Patentkontor AS, Postboks 170 Vika, 0118 OSLO, Norge (4) Benevnelse Fremgangsmåte til tidssynkronisering av støysendere (6) Anførte publikasjoner US-A- 3 739 281 US-A1-04 263 378 US-A1-09 061 79
1 Beskrivelse [0001] Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til tidssynkronisering av støysendere i henhold til trekkene til patentkrav 1. [0002] Generelt gjør støysendere for radiosignaler det feilfrie mottak av radiomeldinger vanskelig eller umulig. Støysenderen sender her, som senderen som skal forstyrres, energi i form av elektromagnetiske bølger og overlagrer de opprinnelige bølgene helt eller delvis. Den kan jobbe på samme senterfrekvens som den forstyrrede mottaker eller på en tilstøtende senterfrekvens. Ved dette er feltstyrken, modulasjonen til støysignalet og til den forstyrrede meldingen av betydning. 1 2 3 [0003] Fra DE 08 038 31 A1 er det kjent en fremgangsmåte som muliggjør en effektiv og pålitelig forstyrrelse av et målsignal innenfor geografisk forhåndsgitte grenser. [0004] Fra US 06/013281 A1 er det kjent støyanordninger, som omfatter en deteksjonsinnretning til deteksjon av et målsignal, som byttes mellom en sendeinnretning og en mottaksinnretning, og en forstyrrelsesinnretning, som etter deteksjon av et målsignal som skal forstyrres, forstyrrer dette. Disse systemer betegnes også som reaktive støysystemer. [000] Konvensjonelle Open-Loop -forstyrrere sender derimot kontinuerlig støysignaler på forhåndsdefinerte frekvensbånd, uavhengig av om det her i øyeblikket foregår signalaktivitet eller ikke. Reaktive støysystemer fører dermed normalt til en tydelig forbedret støyeffektivitet sammenliknet med Open-Loop - forstyrrere. [0006] Reaktive støysystemer kontrollerer det mottatte frekvensspekteret i første omgang på potensiell farlige signaler og utsender deretter målrettede støysignaler, for å hindre de identifiserte kommunikasjonene. Her er syklusene mellom observasjon og evaluering av spekteret til utsendingen av de tilsvarende støysignaler forholdsvis kort. Reaktive støysystemer benyttes blant annet i mobile kjøretøy til konvoibeskyttelse mot pr radio fjernutløste eksplosjonsfeller. Kjører flere reaktive støysystemer i samme konvoi, så må Look-through (LT)-fasene, det vil si de fasene hvor støysystemene skanner gjennom et forhåndsgitt frekvensspekter etter potensiell farlige signaler, av de enkelte støysystemer tidsmessig synkroniseres (se for eksempel US 09/061179 A1). Ellers ville støysystemene reagere på de utsendte støysignaler til de respektive
2 andre støysystemer, istedenfor å konsentrere sine ressurser på faktiske trusselsignaler (såkalt Ring-Around-effekt). [0007] Oppfinnelsens oppgave er å angi en fremgangsmåte til synkronisering av flere i en konvoi samlede reaktive støysystemer. [0008] Denne oppgaven løses med trekkene til gjeldende patentkrav 1. Fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen er gjenstand til ytterlige uselvstendige krav. 1 2 3 [0009] Ifølge oppfinnelsen blir en eller flere støysendere til tidsmessig synkronisering av flere samvirkende støysendere omkoblet fra en forstyrrelsesdrift til en synkroniseringsmodus, hvor forstyrrelsesdriften til en støysender omfatter en fortløpende følge med støysykluser med et forhåndsgitt tidsmessig raster. Ved dette skjer omsvitsjingen i henhold til følgende trinn: - sending av et første synkroniseringssignal med en varighet T 1 og med en forhåndsbestembar frekvens f a, - de samvirkende reaktive støysendere svitsjer i tilfelle av deteksjon av synkroniseringssignalet over i LT-fasen i en synkroniseringssyklus, hvor synkroniseringssyklusen omfatter en følge av et forhåndsbestembart antall med etter hverandre følgende LT-faser, - sending av et andre synkroniseringssignal med en varighet T 2 og med en forhåndsbestembar frekvens f b, - de samvirkende reaktive støysendere estimerer gjennom evaluering av det i én eller flere etter hverandre følgende LT-faser målte spektrale effektnivå til det andre synkroniseringssignalet den tidsmessige posisjonen t 0 til påsettingstidspunktet til det andre synkroniseringssignalet, - de samvirkende reaktive støysendere synkroniserer seg, hvor den tidsmessige posisjonen t 0 anvendes som felles ankerpunkt for det tidsmessige raster til støysyklusen. [00] Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen tjener til tidsmessig synkronisering av to eller flere mobile reaktiver radioforstyrrelsessystemer til beskyttelse av konvoier eller enkeltkjøretøy mot pr radio fjernutløste bomber. Et slikt reaktivt støysystem skanner regelmessig bredbåndet frekvensspekteret - under LT-fasen - for å detektere potensielle trusselsignaler. Til dette gjennomføres i en særskilt beregningsfase, fortrinnsvis i sanntid, en spektralanalyse av det interesserende frekvensbånd. I den påfølgende støyfasen reagerer støysystemet da med tilsvarende støysignaler, for å
3 hindre den mulige utløsningen av en pr radio fjernutløst bombe i nærheten av den beskyttede konvoien henholdsvis enkeltkjøretøy. 1 2 3 [0011] I tilfelle av flere reaktive forstyrrere som er aktiv i en gruppe - for eksempel en konvoi - er en tidsmessig synkronisering absolutt nødvendig. Ellers kommer det til en Ring-Around-effekt, hvor de enkelte støysystemene reagerer på støysignalene til de respektive andre støysystemene, istedenfor å konsentrere sine ressurser på faktiske trusselsignaler (siden de i sine LT-faser registrerer støysignalene til de andre forstyrrere). Til å unngå ring-around-effekten kan alle involverte samvirkende reaktive forstyrrere benytte den samme varighet for en LT-fase henholdsvis samme varighet for en støyfase. [0012] Innsatssenarioet, hvor flere mobile støysystemer beveger seg innenfor en konvoi som skal beskyttes, kan ses i figur 1. Konvoien består eksempelvis av en flerhet med kjøretøy F, hvor noen kjøretøy er utstyrt med en reaktiv forstyrrer S. Forstyrrerne S selv omfatter flere sende- og mottaksinnretninger til sending av støysignaler henholdsvis til skanning av det mottatte frekvensspekteret. [0013] Oppfinnelsen forklares nærmere i det følgende ved hjelp av figurer. Det vises i: - figur 1 en eksemplarisk kjøretøykonvoi med flere mobile støysystemer til beskyttelse mot pr radio fjernutløste bomber, - figur 2 en eksemplarisk sekvens av LT-/beregningsfaser og støyfaser a) i normal operativ drift og b) ved kortvarig skifte inn i synkroniseringssyklusen, - figur 3 en eksemplarisk fremstilling av forløpet til en synkroniseringssyklus, - figur 4 en eksemplarisk fremstilling av en digital signalbehandling i mottaksgrenen til en reaktiv forstyrrer. [0014] Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen utnytter LT-fasene og spektralanalysen i mottaksgrenene til de reaktive støysystemene. Basis er her et synkroniseringssignal, som formålstjenlig ligger innenfor skanbåndbredden av alle involverte støysystemer. Formålstjenlig sendes dette synkroniseringssignalet fra en som pilotsender utvalgt samvirkende reaktive støysendere eller en separat sender. Med en separat sender menes her en sender, som befinner seg enten utenfor konvoien eller innenfor konvoien, men uten forstyrrelsesoppgaver. [001] Til bytting til synkroniseringsmodusen og til aktiveringen av synkroniseringen utsendes to synkroniseringsssignaler fra pilotsenderen. Den første aktiveringen av pilotsenderen, det vil si utsendingen av det første synkroniseringssignalet, skjer ved en
4 fast, kjent frekvens f a og signaliserer henholdsvis begynnelsen av en ny synkroniseringssyklus. Den ordinære operative driften til de reaktive støysystemene er kjennetegnet av den kontinuerlige byttingen mellom LT-faser (pluss beregningsfaser) og støyfaser (s. figur 2a). Så snart byttingen til synkroniseringsmodusen signaliseres gjennom førstegangs aktiveringen av pilotsenderen, skifter de involverte reaktive støysystemene kortvarig inn i en spesiell synkroniseringssyklus (s. figur 2b), som innebærer flere etter hverandre følgende LT-faser (uten tidsmessige hull, det vil si beregningsfasene må bearbeides parallelt med LT-fasene). Den ordinære forstyrrelsesdriften er dermed kun midlertidig avbrudd. [0016] I figurene 2a og 2b kjennetegnes med "b" støyfasene, med "o" LT-fasene og med "g" beregningsfasene. 1 2 [0017] Den andre aktiveringen av pilotsenderen skjer også med en fast, kjent frekvens f b og tjener til den egentlige tidsmessige synkroniseringen av de enkelte reaktive støysystemene. Til dette observerer de involverte reaktive forstyrrere det spektrale effektnivået til pilotbæreren under de etter hverandre følgende LT-faser og estimerer basert på dette den tidsmessig presise posisjonen t 0 til påkoblingsflanken til det andre synkroniseringssignal. Denne tjener da som ankerpunkt for det nominelle tidsmessige raster av LT-/beregningsfaser og støyfaser. Etter dette rasteret synkroniserer seg til slutt alle reaktive støysystemene ved at de tilpasser varigheten til den neste støyfasen tilsvarende. Det foreslåtte forløp til den tidsmessige synkroniseringen vises skjematisk i figur 3. [0018] Det første og andre synkroniseringssignal kan enten komme fra en separat kilde eller kan tilveiebringes fra en til de involverte reaktive forstyrrere. [0019] Antallet med LT-faser innenfor en synkroniseringssyklus kan være enten fast eller parametriserbart. 3 [00] For gjennomføringen av de enkelte synkroniseringssykluser kan det for eksempel brukes en fast forløpsplan, som retter seg etter den forventede tidsmessige driften av de involverte reaktive forstyrrere. Alternativt kan synkroniseringssykluser startes også etter behov, forutsatt det eksisterer en passende kontrollmekanisme, som overvåker den tidsmessige synkroniseringen av alle reaktive forstyrrere. [0021] I en utførelsesform av oppfinnelsen kan flere synkroniseringssykluser utføres kort tid etter hverandre, slik at også de reaktive
1 2 3 [0022] forstyrrere kan synkroniseres med hverandre, som ikke kunne registrere startsignalet til den første synkroniseringssyklusen - enten på grunn av destruktive utbredelsesbetingelser eller på grunn av en uheldig posisjon av LT-fasen. Antallet med kort etter hverandre følgende synkroniseringssykluser kan her være parametriserbart henholdsvis dynamisk regulerbart. [0023] Frekvensen f b til det andre synkroniseringssignalet, som brukes ved den andre aktiveringen av pilotsenderen, kan være enten lik eller ulik til frekvensen f a av det første synkroniseringssignalet. Sistnevnte variant muliggjør det for de involverte reaktive forstyrrere, å skille startsignalet for en ny synkroniseringssyklus fra det egentlige synkroniseringssignalet. [0024] Varigheten T 1, under den det første synkroniseringssignal sendes ved frekvensen f a, kan velges slik, at de involverte reaktive forstyrrere kan registrere med en hvilken som helst tidsmessig posisjon av sin LT-fase. I dette tilfelle er T1 avhengig fra den benyttede støyvarigheten. [002] Forsinkelsen ΔT, med hvilken det andre synkroniseringssignalet på frekvensen f b etter avslutningen av det første synkroniseringssignalet sendes, kan være avstemt på totallengden av de i synkroniseringssyklusen benyttede LT-faser. Gjennom dette kan det sørges for, at hver av de involverte reaktive forstyrrere kan registrere påkoblingsflanken innenfor sine etter hverandre følgende LT-faser. [0026] I det følgende forklares fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen nærmere med et eksempel. Her tilveiebringes det første og andre synkroniseringssignal, i det følgende synonym betegnet som pilotsignal, fra en til de involverte reaktive forstyrrere. Dvs ved begynnelsen av misjonen bestemmes en forstyrrer i konvoien som såkalt Master - forstyrrer. Ved estimeringen til posisjonen til påkoblingsflanken t 0 til det andre synkroniseringssignalet velges en fremgangsmåte som er særlig enkelt å implementere. [0027] Pilotsignalet til master-forstyrreren er basert på den samme interne signalgeneratoren, som også anvendes til produksjon av støysignaler ( exciter )). Dette tillater en særlig enkel implementering av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen til bytting fra forstyrrelsesdrift til en synkroniseringsmodus. Så snart en synkroniseringssyklus skal utføres, reserverer master-forstyrreren én av sine stimulatorer for pilotsignalet ( Pilot-Exciter ). Denne står deretter ikke lenger til rådighet for den reaktive forstyrrelsesdriften (på grunn av den faste frekvensen f a ). For å innlede
6 synkroniseringssyklusen, aktiverer master-forstyrreren pilotsignalet, det vil si det første synkroniseringssignalet sendes, for en fullstendig støyfase (det vil si T 1 tilsvarer i dette tilfelle den benyttede støyvarigheten, se figur 3). I den neste støyfasen sendes deretter pilotsignalet (andre synkroniseringssignalet) for den egentlige synkroniseringen (det vil si ΔT tilsvarer summen av LT- og beregningsvarighet). 1 2 [0028] De foranstående bestemmelsene har følgende konsekvenser: - Siden master-forstyrreren under hele synkroniseringssyklusen bruker det vanlige raster av LT-/beregningsfaser og støyfaser, kan forstyrrelsesdriften på basis av de resterende stimulatorene fortsettes uforandret. Master-forstyrreren kan på denne måten realisere i det minste en delbeskyttelse, mens de øvrige reaktive forstyrrere ( slave-forstyrrere ) avbryter sin normale forstyrrelsesdriften kortvarig (se figur 2b henholdsvis figur 3), for å skifte til synkroniseringsmodusen. - Påkoblingsflanken av pilotsignalet ligger både ved den første og ved den andre aktiveringen på det nominelle tidsmessige raster for LT-/beregningsfasene og støyfasene. Dermed kreves det ikke, at slave-forstyrrere, det vil si de øvrige samvirkende reaktive støysystemene i konvoien, må kunne skille startsignalet fra det egentlige synkroniseringssignalet. Derfor kan man til den andre aktiveringen av pilotsignalet velge den samme frekvensen som til den første aktiveringen (f b = f a ). - Figur 3 viser et eksempel for en grovsynkronisering, slik den kan utføres for eksempel ved begynnelsen av en misjon. I den løpende driften derimot vil det normalt kun være nødvendig med en finsynkronisering. I dette tilfelle kan de i figur 3 fremviste etter hverandre følgende LT-faser til slave-forstyrrere delvis erstattes av ytterlig en støyfase (umiddelbart ved begynnelsen av synkroniseringssyklusen). På denne måten kan avbruddet av den normale forstyrrelsesdriften ved slave-forstyrrerne reduseres ytterlige. Det under finsynkroniseringen brukte antall med etter hverandre følgende LT-faser - i det følgende betegnet med N - følger her etter den forventede tidsmessige driften til de involverte forstyrrere. Under en synkroniseringssyklus gir dette for slaveforstyrrerne avhengig av parameter N en prosentual begrensning av den normale forstyrrelsesdriften på 3 (NT LT < T Jam ), hvor T LT betegner varigheten av LT-fasen og T Jam varigheten av støyfasen. Typisk er støyfasen tydelig lengre enn LT-fasen, for eksempel T Jam =
7 1 2 3 T LT. På denne måten oppstår for eksempel for N=3 typiske verdier på %. Disse begrensningner av forstyrrelsesdriften angår kun en eneste LT-/støysyklus av slave-forstyrrere. - For å gi alle slave-forstyrrerne muligheten til synkroniseringen (også dem, dens LT-fase eksempelvis faller sammen med beregningsfasen til master-forstyrreren), kan pr synkronisering flere etter hverandre følgende synkroniseringssykluser gjennomføres, evt med lett varierende støyvarighet til master-forstyrreren. Dette kan for eksempel skje når master-forstyrreren finner ut, at ikke alle slaveforstyrrere etter den første synkroniseringssyklusen kunne synkronisere tilstrekkelig nøyaktig. [0029] For den egentlige tidsmessige synkroniseringen (ved den andre aktiveringen av pilotsignalet) benytter slave-forstyrrerne den samme signalbehandling, som også brukes til analysen av potensielle trusselsignaler. På liknende vis som master-forstyrrer tillater dette en særlig enkel implementering av synkroniseringssmekanismen. En tilsvarende digital signalbehandlingskjede vises i figur 4. Den omfatter typisk i det vesentlige blokkene digital filtrering, vinduisering og spektralanalyse (eksempelvis på basis av en fast-fourier-transformasjon (FFT)). [00] Til tidsmessig synkronisering observerer slave-forstyrrerne spekteret til det av master-forstyrreren utsendte andre pilotsignal og estimerer på basis av det spektrale effektnivå (verdikvadratdannelse av det beregnede FFT-spekteret) dens starttidspunkt t 0. Til dette fastslår disse i første omgang, i hvilken av de etter hverandre følgende LTfaser påkoblingsflanken av pilotsignalet ligger (se figur 3). Dette kan for eksempel realiseres ved, at en følge med tre etter hverandre følgende LT-faser finnes, hvor pilotsignalet i første omgang ikke finnes (første LT-fase), i den andre LT-fasen oppviser et gjennomsnittlig effektnivå og i den tredje LT-fasen har et maksimalt effektnivå. Påkoblingsflanken ligger da i den midterste LT-fasen. På basis av det eksakte spektrale effektnivå i den midterste LT-fasen blir deretter den presise posisjonen av påkoblingsflanken estimert. Her utnyttes det faktum, at det spektrale effektnivå blir jo større, jo større den aktive andelen av pilotsignalet er i LT-fasen. [0031] Den presise karakteristikken for sammenhengen mellom spektral effektnivå og tidsandelen av det aktive pilotsignal avhenger her sterk fra den benyttede vindusfunksjon og den benyttede pilotfrekvensen. Denne karakteristikken kan for eksempel tas opp i implementeringsstadiet til synkroniseringsfremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. I den løpende driften kan estimeringen av starttidspunktet t 0 gjøres da på basis av en enkel sammenlikning av det observerte effektnivå mot karakteristikken,
8 noe som betyr meget lavt implementeringskrav. Basert på estimeringen av starttidspunktet t 0 skjer til slutt den tidsmessige synkroniseringen med master-forstyrreren som beskrevet. 1 [0032] Hver master-forstyrrer (men også de andre forstyrrere) har flere stimulatorer til forstyrrelse av målsignaler til rådighet. Synkroniseringsfremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er tilpasset sidebetingelsene i en gruppe med reaktive forstyrrere. [0033] Særlig - opprettholder master-forstyrreren sin forstyrrelsesdrift mest mulig under synkroniseringssyklusen, mens for slave-forstyrrerne begrenses begrensningen av den normale forstyrrelsesdriften på et tidsmessig minimum, - baserer fremgangsmåten seg for en stor del på den bestående behandlingen av en reaktiv forstyrrer, noe som holder de ytterlige implementeringskravene lave, - benyttes for estimeringen av tidsforskyvningen en meget enkel metode, noe som med tanke på en sanntidsimplementering er en fordel, - trenger master-forstyrreren kun en eneste stimulator til synkroniseringsformål (Pilot-Exciter), hvormed det oppnås en høy støyeffektivitet også i synkroniseringsmodus.
9 P a t e n t k r a v 1 2 1. Fremgangsmåte til tidsmessig synkronisering av flere samvirkende reaktive støysendere til forstyrrelse av et eller flere målsignaler, karakterisert ved at til tidsmessig synkronisering én eller flere støysendere svitsjes om fra en forstyrrelsesdrift til en synkroniseringsmodus, hvor forstyrrelsesdriften av en støysender omfatter en fortløpende følge med støysykluser med et forhåndsgitt tidsmessig raster, hvor hver støysyklus omfatter en Look-through (LT)-fase til deteksjon av et eller flere målsignaler, en beregningsfase til beregning av tilsvarende støysignaler og en støyfase til sending av støysignaler, hvor omsvitsjingen til synkroniseringsmodusen skjer gjennom følgende trinn: - sending av et første synkroniseringssignal med en varighet T 1 og med en forhåndsbestembar frekvens f a, - de samvirkende reaktive støysendere svitsjer i tilfelle av deteksjon av synkroniseringssignalet i LT-fasen om i en synkroniseringssyklus, hvor synkroniseringssyklusen omfatter en følge av et forhåndsbestembart antall med etter hverandre følgende LT-faser, - sending av et andre synkroniseringssignal med en varighet T 2 og med en forhåndsbestembar frekvens f b, - de samvirkende reaktive støysendere estimerer gjennom evaluering av det i èn eller flere etter hverandre følgende LT-faser målte spektrale effektnivå til det andre synkroniseringssignalet den tidsmessige posisjon t 0 til påsettingstidspunktet til det andre synkroniseringssignalet, - de samvirkende reaktive støysendere synkroniserer seg, hvor den tidsmessige posisjonen t 0 brukes som felles ankerpunkt for det tidsmessige raster til støysyklusen. 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det første og andre synkroniseringssignalet sendes fra en som pilotsender utvalgt samvirkende reaktive støysender eller en separat sender. 3. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 eller 2, karakterisert ved at frekvensen fa til det første synkroniseringssignalet er lik eller ulik frekvensen f b til det andre synkroniseringssignalet. 3 4. Fremgangsmåte ifølge et av de forutgående krav, karakterisert ved at det andre synkroniseringssignalet sendes med en forsinkelse ΔT etter frakoblingstidspunktet til det første synkroniseringssignalet.
. Fremgangsmåte ifølge et av de forutgående krav, karakterisert ved at varigheten T 1 til det første synkroniseringssignalet er større eller lik varigheten av en støysyklus. 1 6. Fremgangsmåte ifølge et av de forutgående krav, karakterisert ved at for alle samvirkende støysendere er varigheten av LT-fasen og varigheten av støyfasen lik. 7. Fremgangsmåte ifølge et av de forutgående krav, karakterisert ved at det første og andre synkroniseringssignalet ligger innenfor et under looktrough-fasen til de involverte støysystemene registrerbart frekvensområde. 8. Fremgangsmåte ifølge et av de forutgående krav, karakterisert ved at flere synkroniseringssykluser kan gjennomføres kort tid etter hverandre. 9. Fremgangsmåte ifølge et av de forutgående krav, karakterisert ved at flere synkroniseringssykluser utføres etter hverandre eller at synkroniseringssyklene utføres etter behov.
12
13