Procedimiento de reducción de los efectos causados por las propagaciones multitrayecto durante el procesamiento de respuestas en modo "S".

Procedimiento de procesamiento de respuestas de blancos interrogados por un radar de vigilancia para unasinterrogaciones en modo S, de forma independiente para cada blanco presente en el lóbulo de recepción del radar,que comprende:

- una etapa de al menos una interrogación de los diferentes blancos presentes en el lóbulo de recepción delradar SSR;

- una etapa de recepción, después de cada interrogación, de todas las señales de respuesta recibidas paraeste lóbulo para cada blanco;

- una etapa de detección de las respuestas implementada por un módulo de procesamiento de señal

(PS);

- una etapa de detección y de corrección de errores; y

- una etapa de extracción de las tramas correspondientes,

caracterizado porque dicho procesamiento de detección y de determinación de calidad de las señales lo lleva acabo, en caso de fallo de decodificación mediante el procesamiento de señal, por un módulo de procesamientode datos (PD) el cual consiste en un mensaje sintético con el conjunto memorizado de las respuestas a cadainterrogación para un mismo blanco, establece, para cada bit de cada mensaje, el valor y la calidad de este bit yrealiza la detección y la corrección de errores a partir de este mensaje sintético, y porque para cada respuestaen Modo S no decodificada tras un intento de corrección efectuado sin éxito mediante el procesamiento de señal,o no decodificable como consecuencia de un excesivo número de bits de mala calidad en un mensaje incorrectopara intentar la corrección, el módulo de procesamiento de señal (PS) transmite:

- el valor de la respuesta para las tres variables de salida del receptor radar SUMA, DIFERENCIA yMONOPULSO así como el número máximo de muestras coherentes con este valor para las tres variables;

- para cada impulso potencialmente en la posición de cada bit del mensaje de la respuesta, el valor para dichastres variables así como el número de muestras asociadas, que de este modo ofrecen un indicador de calidad delvalor del impulso,

indicando la información las condiciones de detección de la respuesta.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2007/063370.

Solicitante: THALES.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 45, RUE DE VILLIERS 92200 NEUILLY SUR SEINE FRANCIA.

Inventor/es: BILLAUD,PHILIPPE.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > LOCALIZACION DE LA DIRECCION POR RADIO; RADIONAVEGACION;... > Sistemas que utilizan la reflexión o la rerradiación... > G01S13/78 (discriminando entre diferentes clases de blancos, p. ej. identificación amigo-enemigo (radar-IFF) (G01S 13/75, G01S 13/79 tiene prioridad))

PDF original: ES-2450048_T3.pdf

 

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Procedimiento de reducción de los efectos causados por las propagaciones multitrayecto durante el procesamiento de respuestas en modo 'S'.

Fragmento de la descripción:

Procedimiento de reducción de los efectos causados por las propagaciones multitrayecto durante el procesamiento de respuestas en modo “S”

La presente invención se refiere a un procedimiento de reducción de los efectos causados por las propagaciones 5 multitrayecto durante el procesamiento de respuestas en modo « S » de detección de blancos, tales como aeronaves, mediante unos radares secundarios de vigilancia (comúnmente denominados SSR) .

En algunos casos de recepción de señales de ecos de radar, esta recepción puede estar contaminada por señales parásitas causadas por multitrayectos de alta potencia en diferentes direcciones. En estas condiciones, los actuales procesamientos de señal en modo S conocidos no consiguen procesar de forma correcta las respuestas en modo S.

De esto se derivan pérdidas inadmisibles de detección de aeronaves.

Se recuerda en este punto que el principio del modo S es la interrogación selectiva de las aeronaves utilizando la información mono-impulso para llegar, con una única interrogación en el lóbulo, a « localizar » y « decodificar » casi con certeza (cálculo de un CRC, es decir un código de redundancia cíclico) el mensaje transmitido por el transpondedor de a bordo. Por lo tanto, se han desarrollado unos algoritmos en este contexto que conceden por

tanto todo su objetivo al procesamiento de una respuesta.

Las características del estándar Modo S (estándar ICAO, Anexo 10) son:

-El principal objetivo es llevar a cabo la detección y la localización (en 3D: acimut, distancia, altitud) de una aeronave en una única interrogación. De este modo EUROCONTROL, al igual que el STNA en Francia, han definido una métrica: el número de interrogaciones por vuelta de antena de radar y por aeronave, además de la

probabilidad de detección. De este modo se ve que, además del rendimiento del radar clásico, se considera importante la manera cómo este se obtiene (indicador de eficacia) . -La respuesta en Modo S (véase un ejemplo simplificado en la figura 1) es, por constitución, mucho más larga (64 Is o 120 Is) y más densa que la respuesta SSR (21 Is) y, por consiguiente, más sensible a los multitrayectos: el espacio entre dos impulsos en Modo S es bien de 500 ns o bien de 1 Is, mientras que es del orden de 1 Is, 2, 45

Is, 3, 45 Is, … para una respuesta SSR. Por lo tanto, la probabilidad de que un multitrayecto de una respuesta contamine los impulsos de esta misma respuesta es mucho más alta en Modo S que en SSR. -Los datos intercambiados entre el suelo y la aeronave deben ser fiables: la especificación de la estación de Modo S según el estándar de EUROCONTROL exige una tasa de error de 10-7. Para ello, el estándar ha previsto un código corrector de errores (CRC en 24 bits) que permite detectar si el mensaje está alterado. Este código se ha diseñado para hacer frente a la mezcla (« garbling») entre respuestas secundarias clásicas (21 Is de duración, como máximo 14 impulsos de 450 ns contaminados, esto es una media de 8 impulsos contaminados por respuesta, repartidos en 21 Is) . -En la práctica, para cumplir con las exigencias de seguridad de los datos intercambiados, se realiza la corrección de al menos 10 bits separados por menos de 24 Is en el mensaje en Modo S. De este modo, una respuesta SSR

más rica en impulsos que la media (código con más de 6 impulsos de los 12 posibles) , puede contaminar más de 10 bits del mensaje en Modo S, y por consiguiente hacer que una respuesta en Modo S (véase la figura 2) no se pueda corregir.

-El procesamiento de señal realiza a la vez la decodificación de la respuesta en Modo S y el marcado de los bits del mensaje (1 bit dura 1 Is) que pueden ser erróneos (de mala calidad) . Por principio del estándar Modo S, solo 40 son estos bits marcados los que podrá utilizar el código corrector de errores durante la corrección.

Este concepto, que se aplica en un entorno de propagación limpio, frente a los « garblings » (señales parásitas) que cambian de interrogación a interrogación a causa de la selectividad de la interrogación, es plenamente operativo. En presencia de fuertes multitrayectos, que quedan por definición « pegados » a la respuesta, el concepto ya no resiste: cada respuesta se analiza y se rechaza de forma independiente de las demás.

En efecto, con los procedimientos que se conocen actualmente, a veces sucede que las respuestas en modo S recibidas están autocontaminadas sistemáticamente por multitrayectos:

-de las reflexiones « on line » (en el eje de la antena) ;

-y/o « en lateral » (ligeramente desplazadas del eje de la antena) .

El procesamiento de señal en modo S está optimizado para el procesamiento de una respuesta por lóbulo, y por lo 50 tanto la decodificación y la corrección del mensaje se llevan a cabo en una única respuesta. Cuando hay un fallo, automáticamente se emite una nueva interrogación y de nuevo la función de procesamiento de señal (de aquí en adelante llamada simplemente PS) utiliza la nueva respuesta. En presencia de multitrayectos, hay otra vez un fallo. Mientras el blanco está en el lóbulo de recepción del radar y mientras la respuesta no se haya podido decodificar, se genera una nueva interrogación. Por lo tanto, cuando los multitrayectos son fuertes, el número de interrogaciones 55 selectivas para un blanco contaminado puede, a la larga, ser igual al que el procesamiento secundario producía en modo no selectivo. Pero como la decisión de decodificación se toma en cada respuesta, se produce globalmente un fallo en todo el lóbulo.

Se conoce, en particular por la patente americana US 5 528 244, un procesamiento de señal mejorado en modo S para procesar unas respuestas que son objeto de distorsiones causadas por trayectos múltiples.

Los dispositivos de la técnica anterior estaban ligados principalmente al procesamiento de señal (PS) para realizarse la mejor manera posible las funciones de decodificación y de asignación de calidad puesto que, a continuación, 5 debido al estándar Modo S, el método de detección de errores así como la eficacia de la corrección venían impuestos por el código empleado y la tasa demandada de falsas detecciones.

El PS utiliza para cada respuesta la información disponible a la salida del receptor, que está conectado a la antena de radar, esto es:

-las detecciones de potencia en los canales SUMA (« SUM ») y DIFERENCIA; 10 -la información de fase que representa la desalineación del blanco en el lóbulo (información denominada « monopulso » y que llamaremos así de aquí en adelante) .

En referencia a las figuras 3 a 5, se van a describir tres casos típicos de contaminación de la respuesta en Modo S:

- por unas falsas respuestas SSR; -por unas respuestas síncronas en Modo S;

- por unos multitrayectos de la respuesta en Modo S.

El principio de corrección descrito con anterioridad no resiste a algunas configuraciones extremas que se encuentran en diferentes ubicaciones de radar de las que se pueden extraer tres casos ilustrativos (pero no limitativos) :

-Caso de la figura 3, encontrado en Europa del Norte: en un entorno contaminado por numerosas respuestas secundarias asíncronas (denominadas « fruit ») , es probable que de una interrogación selectiva en Modo S a la 20 siguiente las respuestas asociadas se contaminen cada vez con una respuesta SSR-fruit con potencia claramente más elevada que la respuesta en Modo S (caso de un blanco útil a una gran distancia de 470 km y de una falsa respuesta generada por unos blancos próximos al radar en cuestión, pero que responde a un radar lejano) . Al ser asíncronas las falsas respuestas, provocan errores en bits diferentes de una respuesta... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de procesamiento de respuestas de blancos interrogados por un radar de vigilancia para unas interrogaciones en modo S, de forma independiente para cada blanco presente en el lóbulo de recepción del radar, que comprende:

-una etapa de al menos una interrogación de los diferentes blancos presentes en el lóbulo de recepción del radar SSR; -una etapa de recepción, después de cada interrogación, de todas las señales de respuesta recibidas para este lóbulo para cada blanco; -una etapa de detección de las respuestas implementada por un módulo de procesamiento de señal (PS) ; -una etapa de detección y de corrección de errores; y -una etapa de extracción de las tramas correspondientes, caracterizado porque dicho procesamiento de detección y de determinación de calidad de las señales lo lleva a cabo, en caso de fallo de decodificación mediante el procesamiento de señal, por un módulo de procesamiento de datos (PD) el cual consiste en un mensaje sintético con el conjunto memorizado de las respuestas a cada interrogación para un mismo blanco, establece, para cada bit de cada mensaje, el valor y la calidad de este bit y realiza la detección y la corrección de errores a partir de este mensaje sintético, y porque para cada respuesta en Modo S no decodificada tras un intento de corrección efectuado sin éxito mediante el procesamiento de señal,

o no decodificable como consecuencia de un excesivo número de bits de mala calidad en un mensaje incorrecto para intentar la corrección, el módulo de procesamiento de señal (PS) transmite: -el valor de la respuesta para las tres variables de salida del receptor radar SUMA, DIFERENCIA y MONOPULSO así como el número máximo de muestras coherentes con este valor para las tres variables; -para cada impulso potencialmente en la posición de cada bit del mensaje de la respuesta, el valor para dichas tres variables así como el número de muestras asociadas, que de este modo ofrecen un indicador de calidad del valor del impulso,

indicando la información las condiciones de detección de la respuesta.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el mensaje sintético comprende el valor y la calidad de cada bit del mensaje en modo S.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, en cuanto al menos dos respuestas recibidas se consideran no decodificadas o no decodificables por el módulo de procesamiento de señal, el módulo de procesamiento de datos (PD) reconstruye una respuesta procediendo a las siguientes etapas:

- establece para cada bit del mensaje en Modo S un estimador basado en el uso de la información de los impulsos potenciales del bit para todas las respuestas recibidas, siendo esta información para cada variable de salida del receptor radar: el número de muestras coherentes de la respuesta, los señalizadores de calidad de la respuesta, el valor y el número de muestras de cada impulso, decodifica para cada bit del mensaje la posición del impulso que tiene el valor más grande del estimador y asigna una calidad a cada bit, siempre según el valor del estimador y la presencia de varios impulsos por bit; -detecta los errores utilizando la nueva decodificación del mensaje.

4. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque cuando es posible y necesario corregir un mensaje, el módulo de procesamiento de datos intenta corregir los bits del mensaje utilizando las nuevas calidades de cada bit.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque para incrementar las posibilidades de éxito, el intento de decodificación del mensaje se lleva a cabo de forma independiente:

- en las dos variables SUMA y MONOPULSO; -en las dos variables DIFERENCIA y MONOPULSO; -en el conjunto de las tres variables SUMA, DIFERENCIA y MONOPULSO para utilizar de la mejor manera posible las características de la contaminación (amplitud, desviación, ausencia de estabilidad temporal, …) puesto que es suficiente un éxito de los tres intentos para considerar el mensaje en Modo S correctamente decodificado.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cuando se dispone de una potencia suficiente de cálculo en tiempo real, se reduce el número de interrogaciones selectivas al usar aquellas ya recibidas progresivamente en cada lóbulo.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque, al final del lóbulo, se utilizan, no en tiempo real, las respuestas recibidas para poder decodificar el mensaje si este no se ha producido para una de las respuestas del lóbulo.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque para un radar que funciona a unas velocidades de rotación superiores a aproximadamente 4 s por vuelta, se suprimen los periodos All Call (AC) y Roll Call (RC) con el fin de repartir mejor el tiempo del radar en función de la naturaleza de los blancos presentes en

lóbulo del radar.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque las interrogaciones en Modo S se sitúan teniendo en cuenta el conjunto de las tramas SSR/SIF presentes en el lóbulo.