Decodificación de mensajes de radar secundarios.

Procedimiento para decodificar señales SSR, en el que la señal recibida comprende por lo menos dosseñales enmascaradas entre sí que se reciben en dos o más antenas,

estando conectada cada antena a uncanal radar separado, y de modo que la señal recibida procedente de una antena se combina con una señalrecibida con una cierta variación de fase procedente de una o más antenas adicionales, seleccionando dichavariación de fase a fin de eliminar todas excepto una de las señales mutiladas, de modo que la señal restantese pueda decodificar, que comprende adicionalmente los pasos de:

a. Muestreo coherente de la señal recibida en cada antena a fin de proporcionar información deamplitud y fase para las señales recibidas en cada canal.

b. Almacenamiento de la información muestreada de la amplitud y de la fase recibida procedentede cada antena.

c. Comparación entre canales de la información muestreada almacenada de cada canal a fin decalcular un factor de ponderación de cancelación para cada uno de ellos, aplicándose dichaponderación de cancelación calculada para cada canal de modo que la señal remanente se puedadecodificar.

d. Y ejecución repetida del paso (c), de modo que se puedan extraer diversas señalesenmascaradas.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09013883.

Solicitante: RAYTHEON SYSTEMS LIMITED.

Nacionalidad solicitante: Reino Unido.

Dirección: THE PINNACLES, ELIZABETH WAY HARLOW ESSEX CM19 5BB REINO UNIDO.

Inventor/es: STEVENS,MARTIN, JONES,QUENTON.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01S13/78 FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01S LOCALIZACION DE LA DIRECCION POR RADIO; RADIONAVEGACION; DETERMINACION DE LA DISTANCIA O DE LA VELOCIDAD MEDIANTE EL USO DE ONDAS DE RADIO; LOCALIZACION O DETECCION DE PRESENCIA MEDIANTE EL USO DE LA REFLEXION O RERRADIACION DE ONDAS DE RADIO; DISPOSICIONES ANALOGAS QUE UTILIZAN OTRAS ONDAS.G01S 13/00 Sistemas que utilizan la reflexión o la rerradiación de ondas de radio, p. ej. sistemas de radar; Sistemas análogos que utilizan la reflexión o la rerradiación de ondas cuya naturaleza o longitud de onda sea irrelevante o no especificada. › discriminando entre diferentes clases de blancos, p. ej. identificación amigo-enemigo (radar-IFF) (G01S 13/75, G01S 13/79 tiene prioridad).

PDF original: ES-2436297_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Decodificación de mensajes de radar secundario.

La presente invención se refiere al campo de los receptores radar secundarios.

El radar secundario se emplea para obtener elementos de información codificados procedentes de vehículos de transporte cooperantes equipados con transpondedores, sobre la identidad del portador, así como información adicional.

Los transpondedores emiten una respuesta tras la recepción de una interrogación y asimismo pueden transmitir espontáneamente en un modo de funcionamiento con direccionamiento selectivo, denominado funcionamiento en Modo S. Por este motivo, es preciso dotar al radar secundario de unos medios que permitan el reconocimiento de dichas respuestas, entre todas las respuestas recibidas, que constituyen las respuestas a sus propios mensajes de interrogación, y una vez detectadas, decodificarlas y validar el código de la respuesta.

Tal como queda estipulado en los estándares de la Organización de Aviación Civil Internacional (ICAO) , una respuesta en Modo S está constituida por un tren de impulsos emitidos a una frecuencia portadora de 1090 MHz. Todo tren de impulsos comprende un preámbulo y un bloque de datos.

El preámbulo presenta cuatro impulsos idénticos, cada uno de ellos de duración nominal de 0, 5 microsegundos. Los primeros dos impulsos están separados 0, 5 microsegundos de los dos últimos impulsos. La separación entre el primer impulso y el tercer impulso es de 3, 5 microsegundos.

El mensaje o bloque de datos puede ser corto o largo. Un mensaje corto comprende 56 impulsos, cada uno de ellos de 0, 5 microsegundos. Si se trata de un mensaje largo, comprende 112 de dicho tipo de impulsos. La modulación de mensaje se realiza mediante la posición de los impulsos que se pueden encontrar en la primera mitad o en la segunda mitad de intervalos de I microsegundos. Algunos de los impulsos se combinan, de modo que su duración nominal es de un microsegundo, por ejemplo en el caso de que exista una secuencia de código “01” en el mensaje de respuesta SSR (Radar secundario de vigilancia) . El primero de dichos intervalos empieza 8 microsegundos tras el inicio del preámbulo.

Una respuesta secundaria está formada por un tren de impulsos. El flanco anterior de cada impulso se diseña de modo que en un período de 50 nanosegundos se alcance el 90% del nivel máximo de potencia. Dicho impulso comprende una meseta cuyo valor se corresponde con el nivel de potencia, y un flanco posterior. La diferencia temporal entre un punto del flanco anterior y un punto del flanco posterior de modo que se obtenga un nivel de potencia igual al 50% de la potencia máxima del impulso es de 0, 45 microsegundos ± 0, 1 microsegundos.

Existe una técnica de vigilancia, relacionada con el Modo S, que se conoce como ADS-B, en la que una aeronave es susceptible de transmitir espontáneamente información, por ejemplo una posición que haya medido, empleando satélites u otros medios de navegación adicionales, codificada en un conjunto de mensajes del Modo S.

Cabe esperar que las respuestas del Modo S, las transmisiones espontáneas del Modo S, los modos de vigilancia tales como el ADS-B, así como otras aplicaciones de la banda 1090 MHz, conduzcan a un incremento notable de los mensajes en el futuro. Actualmente, no existe una solución satisfactoria para garantizar que el receptor reciba únicamente un mensaje en cualquier momento. El concepto de "recepción ininteligible" (garbling) se emplea para referirse a escenarios en los en los que existe más de un mensaje en el receptor en un momento dado. Un mensaje queda “mutilado” cuando durante su recepción existen uno o más mensajes adicionales que coinciden o bien empiezan y acaban durante el período temporal de dicho mensaje. Empleando métodos de decodificación convencionales, dicho efecto provoca una proporción creciente elevada de mensajes ininteligibles, por lo que se limita la capacidad del sistema, ya que se sabe que los métodos de decodificación actuales adolecen de una capacidad limitada para tratar el efecto de la recepción ininteligible.

Los procesos de recepción empleados para recibir las señales SSR se emplean típicamente para recibir la señal de respuesta a 1090 MHz, utilizándose un mezclador para pasarla a una frecuencia intermedia antes de detectar la envolvente de la señal, obteniéndose una señal de tensión que representa el logaritmo de la amplitud de la envolvente en función del tiempo. Los radares SSR de monoimpulsos proporcionan asimismo una señal que representa la desviación angular de una señal, respecto al centro del haz principal que señala la dirección de llegada, siempre y cuando exista únicamente una señal en recepción. El ancho de banda de ruido del canal de tensión es típicamente de 8 MHz y habitualmente no se emplean técnicas de filtro de adaptación.

En una técnica bien conocida de decodificación, para las señales de modo S, empleando los procesos de recepción descritos anteriormente, se detecta la posición de los bits del preámbulo, se fija una posición de muestreo, y se toman dos muestras para cada período de un bit, tal como se representa por ejemplo en el bit de la figura 1. Comparando la magnitud de dichas muestras, se puede tomar una decisión para el bit, en el sentido de si se trata de un 0 o de un 1. Una proporción grande entre ambas magnitudes implica una probabilidad elevada de decisión correcta. Este método es susceptible de estar sujeto a interferencias, ya que la mutilación en el momento del muestreo provoca frecuentemente la toma de una decisión incorrecta. Dicho método no es apto para el Modo S con ADS-B, excepto para densidades de tráfico muy pequeñas.

En el dominio público se ha definido un nuevo algoritmo a fin de mejorar la posibilidad de decodificar una señal en presencia de recepción ininteligible (garbling) . Dicho algoritmo se ha descrito en los estándares de Capacidad Operacional Mínima para la Técnica de vigilancia dependiente automática en modo "1090 Mhz Extended Squitter" con radiodifusión (ADS-B) y Servicios de Información del Tráfico con radiodifusión (TIS-B) , RTCADO-260A, anexo I, RTCA Inc 2003. El principio de funcionamiento de dicho algoritmo se representa en la figura 2. Se emplea una frecuencia de muestreo más elevada que en el caso de las técnicas convencionales, de modo que se obtienen 10 muestras en un período de un bit de 1 microsegundo. Las muestras se categorizan en una de las cuatro bandas de amplitud determinadas por el análisis del preámbulo del Modo S, codificadas en 2 bits. A partir de los 20 bits formados, se puede acceder a una tabla de referencias con las 220 combinaciones para leer el estado y los niveles de confianza del bit.

Dicha técnica presenta una mejora en comparación con la técnica original descrita en la figura 1, ya que se emplea más información de la señal para tomar una decisión, de modo que se puede tolerar un grado más elevado de distorsión antes de incurrir en errores. Sin embargo, no permite la separación entre la señal requerida y la señal de distorsión.

Se describen técnicas adicionales en el documento US6094169, que emplea un enfoque basado en el posicionamiento hiperbólico a fin de medir las diferencias temporales entre respuestas en múltiples estaciones de recepción, el documento US5063386, que describe un método de reducción por trayectorias múltiples y reducción de la distorsión empleando técnicas de histograma, y el documento US5406288, que describe un método de muestreo y sincronización para reducir la probabilidad de un mensaje ininteligible.

Con el objetivo de separar las señales mutiladas, se han sugerido soluciones basadas en super-resolución. El documento WO02482121 describe la aplicación de la pequeña diferencia frecuencial existente entre las frecuencias portadoras recibidas de las señales distorsionadas. Dicha diferencia frecuencial se debe a los errores al establecer la frecuencia portadora del enlace descendente, y asimismo al efecto Doppler de las señales recibidas. La fuente de referencia de la frecuencia de transmisión del enlace descendente es típicamente un oscilador de cristal, y su precisión es del orden de una parte por millón o peor. La desviación por efecto Doppler se encuentra aproximadamente en el rango de ± 1 kHz para tráfico aéreo civil a 1090 MHz. El tiempo de observación de un único mensaje de 120 microsegundos requiere una relación señal a ruido muy elevada para señales separadas un kilohercio más o menos, y en particular las aeronaves poco separadas en un corredor aéreo tienden a presentar desviaciones por efecto Doppler similares.

En el documento WO 02/05454 se describe un sistema digital receptor para un sistema ADS en Modo S.

Así,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para decodificar señales SSR, en el que la señal recibida comprende por lo menos dos señales enmascaradas entre sí que se reciben en dos o más antenas, estando conectada cada antena a un canal radar separado, y de modo que la señal recibida procedente de una antena se combina con una señal recibida con una cierta variación de fase procedente de una o más antenas adicionales, seleccionando dicha variación de fase a fin de eliminar todas excepto una de las señales mutiladas, de modo que la señal restante se pueda decodificar, que comprende adicionalmente los pasos de:

a. Muestreo coherente de la señal recibida en cada antena a fin de proporcionar información de amplitud y fase para las señales recibidas en cada canal.

b. Almacenamiento de la información muestreada de la amplitud y de la fase recibida procedente de cada antena.

c. Comparación entre canales de la información muestreada almacenada de cada canal a fin de calcular un factor de ponderación de cancelación para cada uno de ellos, aplicándose dicha ponderación de cancelación calculada para cada canal de modo que la señal remanente se pueda decodificar.

d. Y ejecución repetida del paso (c) , de modo que se puedan extraer diversas señales enmascaradas.

2. Aparato para decodificar una señal SSR recibida que comprenda por lo menos dos señales enmascaradas entre sí, dicho aparato comprendiendo dos o más antenas en las que se reciben dichas señales enmascaradas, estando conectada cada antena a un canal radar separado, y unos medios para combinar la señal recibida procedente de una antena con una señal recibida con una cierta variación de fase procedente de una o más antenas adicionales, seleccionándose dicha variación de fase a fin de eliminar todas excepto una de las señales mutiladas, de modo que la señal restante se pueda decodificar, que comprende adicionalmente las unidades y las etapas siguientes:

a. Una unidad de muestreo para el muestreo coherente de la señal recibida en cada antena a fin de proporcionar información de amplitud y fase para las señales recibidas en cada canal.

b. Una unidad de almacenamiento para almacenar la información muestreada de la amplitud y de la fase recibida procedente de cada antena.

c. Y una unidad de comparación entre canales de la información muestreada almacenada de cada canal a fin de calcular un factor de ponderación de cancelación para cada uno de ellos, aplicándose dicha ponderación de cancelación calculada para cada canal de modo que la señal remanente se pueda decodificar, configurándose una ejecución repetida del comparador a fin de poder extraer diversas señales enmascaradas.


 

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