WO2005038486A1 - Procede de pre-detection de reponses dans un radar secondaire et application a la detection de reponses mode s - Google Patents

Procede de pre-detection de reponses dans un radar secondaire et application a la detection de reponses mode s Download PDF

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WO2005038486A1
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message
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PCT/EP2004/052361
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Philippe Billaud
Claude De Volder
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Thales
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    • G01S13/784—Coders or decoders therefor; Degarbling systems; Defruiting systems

Definitions

  • the present invention applies to the surveillance of air traffic, in particular civil traffic, and more particularly to cooperative ground-plane systems which make it possible to locate the aircraft present in a certain volume in radial distance and in azimuth and to interrogate them.
  • These cooperative systems include a so-called secondary surveillance radar and transponders on board aircraft.
  • the secondary radar cooperates according to a determined protocol with transponders (also called responders) on board aircraft.
  • the secondary radar includes an interrogator which transmits amplitude and phase modulated interrogation pulses at the frequency of 1030 MHz to establish communication with the transponders present in the emission lobe of its antenna.
  • the transponders present in the antenna lobe respond by trains of amplitude modulated pulses at the frequency of 1090 MHz.
  • Secondary radars are used in both civil and military applications, as surveillance radar (known as "Secondary Surveillance Radar” or SSR in Anglo-Saxon literature) or anti-collision radar (on-board radar) .
  • surveillance radar known as "Secondary Surveillance Radar” or SSR in Anglo-Saxon literature
  • anti-collision radar on-board radar
  • the Convention on International Civil Aviation, also called ICAO standard defines a communication protocol for secondary radars in its annex 10 (Aeronautical Telecommunications), volume IV (Surveillance radar and anti-aircraft systems). collision).
  • the ICAO standard defines several interrogation modes, such as modes A, C and S. Mode S differs from modes A and C in that it allows selective interrogation of aircraft by the use of a d identification specific to each aircraft.
  • a response mode S is formed by a train of pulses comprising a preamble and a message.
  • the preamble has four pulses with a duration of 0.5 ⁇ s each.
  • the first two and the two last pulses are separated from each other by 0.5 ⁇ s.
  • the first and third pulses are separated from each other by 3.5 ⁇ s.
  • the responses to selective interrogations (mode S) are likely to induce numerous false detections of secondary responses (mode A or C). False detections are also called phantom response detections, that is to say a signal having the form of a response, but not corresponding to any real response.
  • the message of a mode S response can contain pulse sequences in the form of a secondary response (mode A or C).
  • the S mode responses can induce many false detections of secondary responses. False detections increase the processing load of the secondary radar. They can even create an overload leading to non-detection of correct answers.
  • Patent application FR 2 692 995 filed on June 30, 1992 describes a method of filtering mode S responses making it possible to store the secondary responses received during the time of the filtered mode S responses. This method is based on the selective elimination of the pulses belonging to a mode S response. Again, this method, as well as the other methods of filtering the mode S responses, carry out a prior detection of the mode S responses. The detection preliminary is carried out on the presence of the four pulses of the preamble. Filtering methods using pulses from the preamble are no longer effective when pulses from the preamble are damaged or missing.
  • the subject of the invention is in particular a method in which the signals received are processed before decoding the responses or checking for the presence of possible pulses from the preamble.
  • a first stage of detection of mode S responses is produced, implementing the method according to the invention, in which the detection threshold is lowered compared with conventional detection techniques.
  • This first detection stage makes it possible to detect damaged responses, that is to say which cannot be identified by their preamble pulses.
  • pre-detections of mode S responses are obtained.
  • pre-detection of a response means recognition of the presence of a response in a signal. Detection differs from pre-detection in that the position of the response is known precisely in a detection. Thus, a detection of a mode S response makes it possible to determine the position of an aircraft, while a simple pre-detection does not allow it.
  • a second detection stage can be used, the function of which is to confirm certain pre-detections originating from the first detection stage.
  • pre-detections are used to carry out detections.
  • the detection threshold is raised, so as to eliminate the responses whose messages are too damaged to be decoded.
  • the subject of the invention is in particular a method for pre-detecting responses in a secondary radar, the responses to be pre-detected comprising a message coded by a modulated signal, characterized in that: (i) the presence of d 'a signal having modulation characteristics conforming to those of a message of a response to be detected; (ii) the duration of the identified signal is measured; (iii) the duration of the identified signal is compared to a minimum duration, the minimum duration being determined from an expected duration of the messages of the responses to be pre-detected.
  • the responses whose duration is greater than the minimum duration thus form pre-detections according to the invention.
  • two channels are used, which brings a clear gain in efficiency.
  • FIG. 1 an example of the use of secondary radars ;
  • Figures 2a and 2b examples of interrogations according to the ICAO standard;
  • FIG. 1 an example of the use of secondary radars ;
  • Figures 2a and 2b examples of interrogations according to the ICAO standard;
  • FIG. 1 an example of the use of secondary radars ;
  • Figures 2a and 2b examples of interrogations according to the ICAO standard;
  • FIG. 3 an example of a Mode S response according to the ICAO standard
  • - Figure 4 a block diagram of an example of secondary radar implementing the method according to the invention
  • FIGS. 5a, 5b and 5c respectively an example of an analog video log signal received in the presence of a pulse, this digitized signal, and the result of the detection of this pulse by thresholding
  • - Figure 6 an example of a device for generating a slot
  • FIG. 7 an example of implementation of the invention for the predetection of a mode S response
  • FIG. 8 an exemplary implementation of the invention applied to the detection of a mode S response whose preamble is scrambled
  • - Figure 9 an alternative implementation compared to the example of Figure 8.
  • Secondary radars can equip ground stations 12, 13. They generally include a directional antenna 12a, 13a. Each directional antenna 12a, 13a is used to transmit an interrogation in the direction of targets. The target 11 which receives an interrogation responds according to a protocol determined by means of an on-board transponder (not shown). Each directional antenna 12a, 13a is generally associated with an omnidirectional antenna 12b, 13b. The omnidirectional antenna is used to transmit pulses (generally one or two) making it possible to inhibit the responses of the transponders located in secondary emission lobes of the directional antenna 12a, 13a. The targets 10, 11 can also communicate with each other according to the same protocol.
  • the targets then include not only a transponder, but also a secondary radar (interrogator).
  • interrogator an example of interrogation 20 according to the ICAO standard is represented.
  • the carrier frequency of an interrogation is 1030 MHz, plus or minus 0.2 MHz.
  • An interrogation comprises two pulses designated by Pi and P 3 .
  • the interval between Pi and P 3 determines the interrogation mode.
  • An interval of 8.0 ⁇ s (plus or minus 0.2 ⁇ s) corresponds to a so-called "mode A" interrogation.
  • An interval of 21.0 ⁇ s (plus or minus 0.2 ⁇ s) corresponds to a so-called "mode C" interrogation.
  • the duration of the pulses Pi, P 3 is 0.8 ⁇ s plus or minus 0.1 ⁇ s.
  • a multimode interrogation further comprises a third pulse, P.
  • the interval between the second pulse P 3 and the third pulse P is 2.0 ⁇ s (plus or minus 0.05 ⁇ s).
  • the duration of the third pulse determines the interrogation mode.
  • a short pulse (0.8 ⁇ s plus or minus 0.1 ⁇ s) corresponds to an interrogation known as "A / C-only all-call mode".
  • a long pulse (1.6 ⁇ s plus or minus 0.1 ⁇ s) corresponds to a pulse called "all-call A / C / S mode".
  • FIG. 2b is represented another example of interrogation 21 according to the ICAO standard.
  • a so-called "mode S” interrogation comprises three pulses Pi, P 2 , PQ.
  • the duration of the pulses Pi and P 2 is 0.8 ⁇ s plus or minus 0.1 ⁇ s.
  • the duration of the pulse P 6 determines the interrogation mode.
  • a duration of 16.25 ⁇ s plus or minus 0.25 ⁇ s corresponds to an interrogation known as "short mode S" (SMS).
  • SMS short mode S
  • a duration of 30.25 ⁇ s plus or minus 0.25 ⁇ s corresponds to an interrogation known as "long mode S” (LMS).
  • SMS short mode S
  • LMS long mode S
  • the interval between Pi and P 2 is 2.0 ⁇ s plus or minus 0.05 ⁇ s.
  • the pulse Pe includes a first phase inversion 22.
  • the interval between P 2 and the phase inversion 22 is 2.75 ⁇ s plus or minus 0.05 ⁇ s.
  • the P ⁇ pulse starts at 1.25 ⁇ s plus or minus 0.05 ⁇ s before the phase inversion 22.
  • the P 6 pulse includes phase inversions making it possible to code data bits 23 to 24.
  • An SMS interrogation comprises 56 bits, an LMS query includes 112 bits. Additional information regarding this type of query can be found in the ICAO standard.
  • FIG. 3 An example of an S mode response according to the ICAO standard is represented.
  • the response 30 comprises a preamble 31 comprising four pulses 31a, 31b, 31c, 31 d and a message 32.
  • the message 32 comprises 56 or 112 bits (in response to an SMS and LMS interrogation respectively).
  • the message bits are coded by a position modulated signal. Each 1 ⁇ s period corresponds to a message bit. In other words, the signal modulation period is 1 MHz.
  • the value of the bit is coded by the position of a pulse of 0.5 ⁇ s in the period of 1 ⁇ s. When the pulse is at the beginning of the duration (see for example the bits n ° 3, N in the figure), the bit is worth 1.
  • the radar 40 includes an antenna 41 capable of receiving a microwave signal.
  • This antenna 41 is connected to a receiver making it possible to transpose the microwave signal into a video signal.
  • the video signal is of the type shown in Figure 3. However, this signal may be interfered with upon reception.
  • the signal output from the receiver can be separated into two channels, for example, a sum channel 43a, 44a, 45a, 46a and a difference channel 43b, 44b, 45b, 46b. These channels are obtained by performing different combinations (gain and phase) of the signals from the radiating elements.
  • FIGS. 5a and 5b are respectively shown an example of analog video log signal 50 received in the presence of a pulse, and digitized signal 51.
  • the analog video log signal 50 is the signal output from the receiver 42 It is digitized on each channel by an analog-digital converter 43a, 43b (see FIG. 4) to give the digitized signal 51.
  • a sampling frequency of the order of 20 MHz is chosen, which allows analysis precise signal, while obtaining a good cost / efficiency compromise.
  • the digital signal 51 is then converted into a pulse detection signal, referenced Q.
  • the signal Q is generated by a pulse detector 44a, 44b (see FIG. 4) performing adaptive thresholding, that is to say with respect to a level determined according to a peak level.
  • This threshold can be for example a threshold at mid-height in voltage, that is to say -6 dB in video log.
  • the pulse detector 44a, 44b generates a stable signal 52 at a predetermined level. We thus get rid of the level fluctuations from one impulse to another.
  • FIG. 6 is shown an example of a device for generating a pre-detection slot.
  • the pulse detector 44 (that is to say 44a or 44b) is connected to a digital monostable 60.
  • the monostable 60 can be triggered on the rising or falling edges. It allows you to generate a stable signal for a determined period.
  • the monostable is triggered on the falling edges, and the duration is of the order of a modulation period, that is to say 1 ⁇ s for a mode S response according to the ICAO standard.
  • the duration of the stable signal is advantageously greater than a modulation period, for example 20%, to accept a certain tolerance.
  • the duration during which the stable signal is generated is substantially equal to 1.2 ⁇ s.
  • the output of the monostable 60 can be connected to the output of the pulse detector 44 via an OR gate 61.
  • FIG. 7 an exemplary implementation of the invention is shown for the pre-detection of a mode S response.
  • the secondary radar receives a signal, referenced Q1 at the output of the pulse detector , corresponding to a mode S response.
  • This response is referenced R1 before its transposition into microwave. It is assumed in this example that the signal is not scrambled.
  • the signal received Q1 is therefore similar to the response sent R1.
  • the mode S response includes a preamble R1a and a message R1b.
  • the preamble R1a comprises four pulses 70, 71, 72, 73.
  • the message R1b comprises 56 or 112 bits coded in position.
  • the first bits of the message are 0, 1, 1, 0, 0, 1 and the last bits are 0, 1, 0, 1, 1, 1.
  • the signal envelope In order to pre-detect a response, we seeks to detect the signal envelope. In other words, the presence of a signal having modulation characteristics conforming to those of a message of a mode S response is identified.
  • the messages of the mode S responses being coded by a signal modulated in position, it is identified the presence of a signal when there is a sequence of pulses in which each pulse of the sequence is separated from that which precedes by a maximum of a duration of the order of a modulation period.
  • the pre-detection window is generated for this purpose.
  • the pulses of the preamble R1a give two slots 74, 75.
  • the first slot 74 corresponds to the first two pulses 70, 71 of the preamble R1a.
  • the second slot 75 corresponds to the following two pulses 72, 73 of the preamble R1a.
  • the two slots 74 and 75 have a duration of the order of two modulation periods, that is to say 2 ⁇ s.
  • the message itself R1b gives a single slot 76 whose duration is substantially equal to that of the message. In fact, the message pulses are separated by at most one modulation period (even when of a succession of bits 1 then 0).
  • the slot 76 has a duration of the order of 56 ⁇ s or 112 ⁇ s depending on whether the mode S response is an SMS or LMS response.
  • the duration of the identified signal is measured, that is to say in this example of the slots generated. Then we compare this measured duration with a determined minimum duration.
  • This minimum duration is a function of the expected duration of the messages of the responses to be pre-detected. The minimum duration is determined so as to be less than or equal to the duration of the identified signal of any response to be pre-detected. If the duration of the identified signal is greater than the minimum duration, a response is pre-detected.
  • the duration of slots 74 and 75 being much less than the duration of a message, there is no pre-detection.
  • the duration of the slot 76 being that of a response, a response 77 is pre-detected.
  • a priori the duration of the expected response (56 ⁇ s or 112 ⁇ s).
  • the minimum duration is determined from the duration of the message of the corresponding response (56 ⁇ s or 112 ⁇ s). If we do not know a priori the nature of the response, we determine the minimum duration from the duration of the message of the shortest response (i.e. 56 ⁇ s for an SMS response).
  • the duration of the slot varies depending on the value of the first and last message bit.
  • the slot 76 begins a half modulation period earlier, which lengthens the slot 76 all the more. If the last bit of message is replaced by a 0 (instead of 1 in the example illustrated), the slot 76 ends a half modulation period later, which lengthens the slot 76 all the more. Consequently, the duration of the identified signal varies d '' a modulation period (1 ⁇ s) according to the values at the start and end of the message. According to the invention, to take account of this fluctuation, the minimum duration is determined from the duration of a slot generated from a Mode S response message starting with a 0 and ending with a 1.
  • this minimum duration can be proportional to the duration of a slot generated by a Mode S response whose message begins with a 0 and ends with a 1.
  • the proportionality coefficient making it possible to define the minimum duration from the duration slot is strictly less than 1 to accept a certain tolerance, or equal to 1 otherwise.
  • the minimum duration can be 54 ⁇ s (see the illustration in figure 7).
  • the position of the preamble can be deduced either from the end of the message, or from the start of the message.
  • This allows responses to be detected.
  • FIG. 8 is presented an example of implementation of the invention applied to the detection of a mode S response whose preamble is scrambled.
  • a first mode S response, referenced R1 is sent by a first transponder.
  • a second mode S response, referenced R2 is sent by a second transponder.
  • the respective distances of the transponders from the secondary radar and the times of emission of the two responses mean that the responses R1, R2 arrive mixed at the level of the secondary radar.
  • the preamble R2a of the second response is mixed with the message R1b of the first response.
  • Q2 to the signal received by the secondary radar at the output of the pulse detector.
  • the signal Q2 comprises clear pulses 81, 82, 83, 84 which correspond to the preamble R1a of the first response R1. These first four pulses are followed by other pulses, some of which 85 are scrambled, which are divided into three time periods R1c, GRB, R2c.
  • the signal Q2 during the first period R1c corresponds to the start of the message R1b of the first response.
  • the continuation of signal Q2, during the second period GRB, corresponds to the mixing of the remainder of the message R1 b of the first pulse with the preamble R2a and the start of the message R2b of the second pulse.
  • the end of the signal Q2, during the third period R2c, corresponds to the end of the message R2b of the second response.
  • the signal referenced E2 is observed.
  • the pulses of the preamble R1a give two slots 86, 87 with a duration of the order of two modulation periods (2 ⁇ s).
  • the following pulses give a slot which begins at the first pulse of the message R1 of the first response, and stops at the last pulse of the message R2b of the second response.
  • the duration of the slot therefore makes it possible to pre-detect at least one response.
  • the duration of the slot is greater than the minimum duration determined (pre-detection)
  • the position of the end of the message of the last response is determined. This position corresponds to the end of the slot. We can then deduce the position of the preamble from the last answer.
  • the position of the start of the message of the first response is determined. This position corresponds to the start of the time slot. We can then deduce the position of the preamble from the first answer. It is thus possible to determine the position of the preambles of two responses in the event of a mixture of responses, these positions being determined without analyzing the impulses presumed to be of preamble.
  • detection can be carried out from the preamble. For example, delay lines can be used to overlay the four pulses in the preamble of the last (second) response.
  • This preamble being scrambled, one cannot search for the presence of 1, 2 or 3 pulses on the four.
  • a detection is generated when at least N pulses out of four are present at the expected position T1 of the preamble, where N is a parameter whose value is between 1 and 4, the limit value 1 being used to detect very scrambled responses, the limit value 4 being used to detect clear responses.
  • N is a parameter whose value is between 1 and 4
  • the limit value 1 being used to detect very scrambled responses
  • the limit value 4 being used to detect clear responses.
  • it is only sought to detect the preamble of the first mode S response, that is to say the clear preamble.
  • the last response can be detected by the end of the message and its message content as described in relation to Figure 9.
  • the response R2 and the signal Q2 are represented there.
  • the pulses present in the zone where a response has been identified (R2a, GRB, R2c) are analyzed in search of a 0 - 1 or 1 - 0 transition, i.e. an impulse 1 ⁇ s or a 1 ⁇ s hole.
  • a clock signal CLK is generated 90 in steps of 1 ⁇ s.
  • the clock 91, 92, 93, 94 is restarted at each pulse or 1 ⁇ s hole. This allows the clock to be synchronized with the supposedly clear end of the last message.
  • Two possible detection modes have thus been described: - from the preamble, the position of which is determined beforehand (FIG. 8) or, - from the message itself, which is used to generate a clock signal at a binary rhythm, to precisely determine the position of the start of the response from the start or the end of the message ( Figure 9).
  • These two detection modes can be implemented in parallel. If a response has been detected by these two modes (case of a clear response or of which only part of the message is scrambled, for example), the detection mode is preferably used from the preamble.

Abstract

L'invention concerne un procédé de pré-détection de réponses dans un radar secondaire. Elle s'applique notamment à la détection de réponses mode S. Un but de l'invention est de traiter les signaux reçus avant de décoder les réponses pour permettre la détection de réponses mélangées, et éviter la détection de réponses fantômes. A cet effet, l'invention a notamment pour objet un procédé de prédétection de réponses dans un radar secondaire, les réponses à pré-détecter comprenant un message codé par un signal modulé, caractérisé en ce que: (1) on identifie la présence d'un signal présentant des caractéristiques de modulation conformes à celles d'un message d'une réponse à prédétecter; (ii) on mesure la durée du signal identifié (iii) on compare cette durée à une durée minimale, cette durée minimale étant déterminée à partir de la durée des messages des réponses à pré-détecter.

Description

Procédé de pré-détection de réponses dans un radar secondaire et application à la détection de réponses mode S
La présente invention s'applique à la surveillance du trafic aérien notamment civil, et plus particulièrement, aux systèmes coopératifs sol avion qui permettent de situer en distance radiale et en azimut les avions présents dans un certain volume et de les interroger. Ces systèmes coopératifs comportent un radar de surveillance dit secondaire et des transpondeurs embarqués à bord d'avions. Le radar secondaire coopère selon un protocole déterminé avec des transpondeurs (appelés encore répondeurs) embarqués à bord d'avions. Le radar secondaire comporte un interrogateur qui émet des impulsions d'interrogation modulées en amplitude et en phase à la fréquence de 1030 MHz pour établir une communication avec les transpondeurs présents dans le lobe d'émission de son antenne. Les transpondeurs présents dans le lobe d'antenne répondent par des trains d'impulsions modulées en amplitude à la fréquence de 1090 MHz. Ces impulsions sont reçues et traitées par un récepteur du radar secondaire. Les radars secondaires sont utilisés à la fois dans des applications civiles et militaires, en tant que radar de surveillance (connus sous le nom de "Secondary Surveillance Radar" ou SSR dans la littérature anglo-saxonne) ou radar anti-collision (radar embarqué). La Convention sur l'Aviation Civile Internationale, appelée encore norme OACI (Organisation de l'Aviation Civile Internationale) définit un protocole de communication pour les radars secondaires dans son annexe 10 (Télécommunications Aéronautiques), volume IV (Radar de surveillance et systèmes anti-collision). La norme OACI définit plusieurs modes d'interrogation, tel que les modes A, C et S. Le mode S se distingue des modes A et C en ce qu'il permet une interrogation sélective des avions par l'emploi d'un numéro d'identification propre à chaque avion. Toutefois, les interrogations et les réponses du mode S sont longues par rapport aux interrogations et aux réponses en mode A ou C. Une réponse mode S est formée par un train d'impulsions comportant un préambule et un message. Le préambule comporte quatre impulsions d'une durée de 0,5 μs chacune. Les deux premières et les deux dernières impulsions sont séparées entre elles de 0,5 μs. La première et la troisième impulsion sont séparées entre elles de 3,5 μs. Les réponses aux interrogations sélectives (mode S) sont de nature à induire de nombreuses fausses détections de réponses secondaires (mode A ou C). Les fausses détections sont aussi appelées des détections de réponses fantômes, c'est à dire d'un signal ayant la forme d'une réponse, mais ne correspondant à aucune réponse réelle. Ainsi, le message d'une réponse mode S peut contenir des séquences d'impulsions ayant la forme d'une réponse secondaire (mode A ou C). De plus, lorsque les signaux sont déformés par des multitrajets, les réponses mode S peuvent induire de nombreuses fausses détections de réponses secondaires. Les fausses détections augmentent la charge de traitement du radar secondaire. Elles peuvent même créer une surcharge conduisant à des non-détection de réponses correctes. Lors de l'apparition des interrogations sélectives dans la norme
OACI, la nécessité de filtrer les réponses mode S s'est fait sentir, pour permettre de détecter les réponses secondaires avec un minimum de fausses détections. La demande de brevet FR 2 692 995 déposée le 30 juin 1992 décrit un procédé de filtrage de réponses mode S permettant de conserver les réponses secondaires reçues pendant le temps des réponses mode S filtrées. Ce procédé est basé sur l'élimination sélective des impulsions appartenant à une réponse mode S. Quoiqu'il en soit, ce procédé, ainsi que les autres procédés de filtrages des réponses mode S, réalisent une détection préalable des réponses mode S. La détection préalable est effectuée sur la présence des quatre impulsions du préambule. Les procédés de filtrage utilisant les impulsions du préambule ne sont plus efficaces lorsque des impulsions du préambule sont abîmées ou absentes. Or une telle situation est courante en cas de chevauchement temporel de réponses au niveau du récepteur, connu aussi sous le nom de garbling. En effet, il peut arriver que le préambule d'une réponse mode S soit mélangé à une autre réponse secondaire ou mode S, rendant ce préambule non identifiable. L'invention vise à résoudre ces problèmes, et notamment à dire à établir une détection de réponses mode S, cette détection étant efficace même en présence de garbling et de multitrajets. A cet effet, l'invention a notamment pour objet un procédé dans lequel on traite les signaux reçus avant de décoder les réponses ou de rechercher la présence d'éventuelles impulsions du préambule. A cet effet, on réalise un premier étage de détection des réponses mode S, mettant en œuvre le procédé selon l'invention, dans lequel le seuil de détection est abaissé par rapport aux techniques de détections conventionnelles. Ce premier étage de détection permet de détecter les réponses abîmées, c'est à dire qui ne sont pas identifiables par leurs impulsions de préambule. On obtient à la sortie de ce premier étage de détection des pré-détections de réponses mode S. Dans le cadre de la présente demande, on entend par "pré-détection d'une réponse" la reconnaissance de la présence d'une réponse dans un signal. Une détection se distingue d'une pré-détection en ce que la position de la réponse est connue de manière précise dans une détection. Ainsi, une détection d'une réponse mode S permet de déterminer la position d'un avion, alors qu'une simple pré-détection ne le permet pas. Lorsqu'on cherche à traiter les réponses mode S elles-mêmes, on peut utiliser un second étage de détection, ayant pour fonction de confirmer certaines pré-détections issues du premier étage de détection. En d'autres termes, on utilise les pré-détections pour réaliser des détections. En utilisant un second étage de détection, on élève le seuil de détection, de manière à éliminer les réponses dont les messages sont trop abîmés pour être décodés. En distinguant ainsi deux étages de détection, on peut utiliser des critères de détection différents, l'un adapté au filtrage des réponses mode S pour le traitement des réponses secondaires, l'autre adapté au traitement des réponses modes S elles-mêmes. Ainsi, l'invention a notamment pour objet un procédé de pré- détection de réponses dans un radar secondaire, les réponses à pré-détecter comprenant un message codé par un signal modulé, caractérisé en ce que : (i) on identifie la présence d'un signal présentant des caractéristiques de modulation conformes à celles d'un message d'une réponse à prédétecter ; (ii) on mesure la durée du signal identifié ; (iii) on compare la durée du signal identifié à une durée minimale, la durée minimale étant déterminée à partir d'une durée attendue des messages des réponses à pré-détecter. Les réponses dont la durée est supérieure à la durée minimale forment ainsi des pré-détections selon l'invention. Selon un mode de réalisation avantageux, on utilise deux voies, ce qui apporte un net gain d'efficacité. Par exemple on peut utiliser la voie somme et la voie différence. La voie somme dont le gain est sensiblement constant dans le lobe principal permet de discriminer des réponses de puissances différentes. La voie différence dont le gain varie fortement avec l'azimut permet de discriminer des réponses de puissances similaires (cas du garbling synchrone ou des fruits) présentant un écart en azimut. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante présentée à titre d'illustration non limitative et faite en référence aux figures annexées, lesquelles représentent : la figure 1 , un exemple d'utilisation de radars secondaires ; les figures 2a et 2b, des exemples d'interrogations selon la norme OACI ; la figure 3, un exemple de réponse mode S selon la norme OACI ; - la figure 4, un synoptique d'un exemple de radar secondaire mettant en œuvre le procédé selon l'invention ; les figures 5a, 5b et 5c, respectivement un exemple de signal log vidéo analogique reçu en présence d'une impulsion, ce signal numérisé, et le résultat de la détection de cette impulsion par seuillage ; - la figure 6, un exemple de dispositif pour générer un créneau ; la figure 7, un exemple de mise en œuvre de l'invention pour la prédétection d'une réponse mode S ; . la figure 8, un exemple de mise en œuvre de l'invention appliqué à la détection d'une réponse mode S dont le préambule est brouillé ; - la figure 9, une alternative de mise en œuvre par rapport à l'exemple de la figure 8.
On se réfère maintenant à la figure 1 sur laquelle est représenté un exemple d'utilisation de radars secondaires. Les radars secondaires peuvent équiper des stations au sol 12, 13. Ils comprennent généralement une antenne directionnelle 12a, 13a. Chaque antenne directionnelle 12a, 13a est utilisée pour émettre une interrogation en direction de cibles. La cible 11 qui reçoit une interrogation répond selon un protocole déterminé par l'intermédiaire d'un transpondeur embarqué (non représenté). Chaque antenne directionnelle 12a, 13a est généralement associée à une antenne omnidirectionnelle 12b, 13b. L'antenne omnidirectionnelle est utilisée pour émettre des impulsions (une ou deux généralement) permettant d'inhiber les réponses des transpondeurs situés dans des lobes d'émission secondaires de l'antenne directionnelle 12a, 13a. Les cibles 10, 11 peuvent en outre communiquer entre elles selon le même protocole. Les cibles comprennent alors non seulement un transpondeur, mais aussi un radar secondaire (interrogateur). On se réfère maintenant à la figure 2a sur laquelle est représenté un exemple d'interrogation 20 selon la norme OACI. L'homme du métier trouvera plus de précisions dans le document relatif à la norme elle-même. La fréquence porteuse d'une interrogation est de 1030 MHz, plus ou moins 0,2 MHz. Une interrogation comprend deux impulsions désignées par Pi et P3. L'intervalle entre Pi et P3 détermine le mode d'interrogation. Un intervalle de 8,0 μs (plus ou moins 0,2 μs) correspond à une interrogation dite "mode A". Un intervalle de 21 ,0 μs (plus ou moins 0,2 μs) correspond à une interrogation dite "mode C". La durée des impulsions Pi, P3 est de 0,8 μs plus ou moins 0,1 μs. Une interrogation multimode comprend en outre une troisième impulsion, P . L'intervalle entre la deuxième impulsion P3 et la troisième impulsion P est de 2,0 μs (plus ou moins 0,05 μs). La durée de la troisième impulsion détermine le mode d'interrogation. Une impulsion courte (0,8 μs plus ou moins 0,1 μs) correspond à une interrogation dite "mode A/C-only all- call". Une impulsion longue (1 ,6 μs plus ou moins 0,1 μs) correspond à une impulsion dite "mode A/C/S all-call". L'homme du métier trouvera dans le document relatif à la norme
OACI les réponses correspondant à ces différentes interrogations. On se réfère maintenant à la figure 2b sur laquelle est représenté un autre exemple d'interrogation 21 selon la norme OACI. Une interrogation dite "mode S" comprend trois impulsions Pi, P2, PQ. La durée des impulsions Pi et P2 est de 0,8 μs plus ou moins 0,1 μs. La durée de l'impulsion P6 détermine le mode d'interrogation. Une durée de 16,25 μs plus ou moins 0,25 μs correspond à une interrogation dite "short mode S" (SMS). Une durée de 30,25 μs plus ou moins 0,25 μs correspond à une interrogation dite "long mode S" (LMS). L'intervalle entre Pi et P2 est de 2,0 μs plus ou moins 0,05 μs. L'impulsion Pe comprend une première inversion de phase 22. L'intervalle entre P2 et l'inversion de phase 22 est de 2,75 μs plus ou moins 0,05 μs. L'impulsion Pβ débute 1 ,25 μs plus ou moins 0,05 μs avant l'inversion de phase 22. L'impulsion P6 comprend des inversions de phase permettant de coder des bits de données 23 à 24. Une interrogation SMS comprend 56 bits, une interrogation LMS comprend 112 bits. Des informations supplémentaires concernant ce type d'interrogation peuvent être trouvées dans la norme OACI. On se réfère maintenant à la figure 3 sur laquelle est représenté un exemple de réponse mode S selon la norme OACI. La réponse 30 comprend un préambule 31 comprenant quatre impulsions 31a, 31b, 31c, 31 d et un message 32. Le message 32 comprend 56 ou 112 bits (en réponse respectivement à une interrogation SMS et LMS). Les bits du message sont codés par un signal modulé en position. Chaque période de 1 μs correspond à un bit de message. En d'autres termes, la période de modulation du signal est de 1 MHz. La valeur du bit est codée par la position d'une impulsion de 0,5 μs dans la période de 1 μs. Lorsque l'impulsion est au début de la durée (voir par exemple les bits n°3, N sur la figure), le bit vaut 1. Lorsque l'impulsion est à la fin de la durée (voir par exemple les bits n° 1 , 2, 4, N-1 sur la figure), le bit vaut 0. On se réfère maintenant à la figure 4 sur laquelle est représenté un exemple de radar secondaire mettant en œuvre le procédé selon l'invention. Le radar 40 comprend une antenne 41 apte à recevoir un signal hyperfréquence. Cette antenne 41 est reliée à un récepteur permettant de transposer le signal hyperfréquence en signal vidéo. Le signal vidéo est du type de celui représenté sur la figure 3. Toutefois, ce signal peut être brouillé lors de la réception. Le signal en sortie du récepteur peut être séparé en deux voies par exemple, une voie somme 43a, 44a, 45a, 46a et une voie différence 43b, 44b, 45b, 46b. Ces voies sont obtenues en effectuant des combinaisons différentes (en gain et en phase) des signaux issus des éléments rayonnant de l'antenne de réception 41 (antenne à réseau). Chaque combinaison correspond à un diagramme d'antenne différent. Bien entendu, le nombre de voies peut être égal à un ou supérieur à deux. Les traitements sur chaque voie sont similaires et sont réalisés en parallèle. On se réfère maintenant aux figures 5a et 5b, sur lesquelles sont représentés respectivement un exemple de signal log vidéo analogique 50 reçu en présence d'une impulsion, et signal numérisé 51. Le signal log vidéo analogique 50 est le signal en sortie du récepteur 42. Il est numérisé sur chaque voie par un convertisseur analogique-numérique 43a, 43b (voir figure 4) pour donner le signal numérisé 51. Avantageusement, on choisit une fréquence d'échantillonnage de l'ordre de 20 MHz, ce qui permet une analyse précise du signal, tout en obtenant un bon compromis coût/efficacité. On se réfère maintenant à la figure 5c. Sur chaque voie, le signal numérisé 51 est ensuite converti en un signal de détection d'impulsion, référencé Q. Le signal Q est généré par un détecteur d'impulsion 44a, 44b (voir figure 4) effectuant seuillage adaptatif, c'est à dire par rapport à un niveau déterminé en fonction d'un niveau crête. Ce seuil peut être par exemple un seuil à mi-hauteur en tension, c'est à dire -6 dB en vidéo log. Pendant la durée d'une impulsion, le détecteur d'impulsion 44a, 44b génère un signal stable 52 à un niveau prédéterminé. On s'affranchit ainsi des fluctuations de niveaux d'une impulsion à l'autre. On se réfère maintenant à la figure 6 sur laquelle est représenté un exemple de dispositif pour générer un créneau de pré-détection. Sur chaque voie, le détecteur d'impulsion 44 (c'est à dire 44a ou 44b) est relié à un monostable numérique 60. Le monostable 60 peut être déclenché sur les fronts montants ou descendants. Il permet de générer un signal stable pendant une durée déterminée. Avantageusement, le monostable est déclenché sur les fronts descendants, et la durée est de l'ordre d'une période de modulation, c'est à dire 1 μs pour une réponse mode S selon la norme OACI. La durée du signal stable est avantageusement supérieure à une période de modulation, par exemple de 20%, pour accepter une certaine tolérance. Ainsi, dans cet exemple, la durée pendant laquelle le signal stable est généré est sensiblement égale à 1,2 μs. La sortie du monostable 60 peut être reliée à la sortie du détecteur d'impulsion 44 par l'intermédiaire d'une porte OU 61. Ceci permet, lorsque le monostable est déclenché sur les fronts descendants, d'obtenir le début de l'impulsion en sortie du générateur de créneaux. On se réfère maintenant à la figure 7 sur laquelle est représenté un exemple de mise en œuvre de l'invention pour la pré-détection d'une réponse mode S. Le radar secondaire reçoit un signal, référencé Q1 en sortie du détecteur d'impulsion, correspondant à une réponse mode S. Cette réponse est référencée R1 avant sa transposition en hyperfréquence. On suppose dans cet exemple que le signal n'est pas brouillé. Le signal reçu Q1 est donc similaire à la réponse émise R1. La réponse mode S comprend un préambule R1a et un message R1b. Le préambule R1a comprend quatre impulsions 70, 71, 72, 73. Le message R1b comprend 56 ou 112 bits codés en position. Dans la réponse illustrée figure 7, les premiers bits du message sont 0, 1, 1 , 0, 0, 1 et les derniers bits sont 0, 1, 0, 1 , 1, 1. Afin de pré-détecter une réponse, on cherche à détecter l'enveloppe du signal. En d'autres termes, on identifie la présence d'un signal présentant des caractéristiques de modulation conformes à celles d'un message d'une réponse mode S. Les messages des réponses mode S étant codés par un signal modulé en position, on identifie la présence d'un signal lorsqu'on est en présence d'une séquence d'impulsions dans laquelle chaque impulsion de la séquence est séparée de celle qui précède par au maximum une durée de l'ordre d'une période de modulation. On génère à cet effet le créneau de pré-détection. En sortie du dispositif permettant de générer le créneau de prédétection, on observe le signal référencé E1. Les impulsions du préambule R1a donnent deux créneaux 74, 75. Le premier créneau 74 correspond au deux premières impulsions 70, 71 du préambule R1a. Le second créneau 75 correspond aux deux impulsions suivantes 72, 73 du préambule R1a. Les deux créneaux 74 et 75 ont une durée de l'ordre de deux périodes de modulations, c'est à dire 2 μs. Le message lui-même R1b donne un unique créneau 76 dont la durée est sensiblement égale à celle du message. En effet, les impulsions du message sont séparées d'au plus une période de modulation (même lors d'une succession de bits 1 puis 0). Par conséquent, le créneau 76 a une durée de l'ordre de 56 μs ou de 112 μs selon que la réponse mode S est une réponse SMS ou LMS. On mesure la durée du signal identifié, c'est à dire dans cet exemple des créneaux générés. Puis on compare cette durée mesurée à une durée minimale déterminée. Cette durée minimale est fonction de la durée attendue des messages des réponses à pré-détecter. La durée minimale est déterminée de sorte à être inférieure ou égale à la durée du signal identifié de toute réponse à pré-détecter. Si la durée du signal identifié est supérieure à la durée minimale, on pré-détecte une réponse. Ainsi, la durée des créneaux 74 et 75 étant largement inférieure à la durée d'un message, il n'y a aucune pré-détection. Par contre, la durée du créneau 76 étant celle d'une réponse, on pré-détecte 77 une réponse. • Lorsqu'on cherche à détecter des réponses mode S, on connaît à priori la durée de la réponse attendue (56 μs ou 112 μs). Selon l'invention, si on connaît a priori la nature de la réponse (SMS ou LMS), on détermine la durée minimale à partir de la durée du message de la réponse correspondante (56 μs ou 112 μs). Si on ne connaît pas a priori la nature de la réponse, on détermine la durée minimale à partir de la durée du message de la réponse la plus courte (c'est à dire 56 μs pour une réponse SMS). La durée du créneau varie en fonction de la valeur du premier et du dernier bit de message. Si le premier bit de message est remplacé par un 1 (au lieu du 0 dans l'exemple illustré), le créneau 76 commence une demi période de modulation plus tôt, ce qui allonge d'autant le créneau 76. Si le dernier bit de message est remplacé par un 0 (au lieu du 1 dans l'exemple illustré), le créneau 76 termine une demi période de modulation plus tard, ce qui allonge d'autant le créneau 76. Par conséquent, la durée du signal identifié varie d'une période de modulation (1 μs) selon les valeurs en début et fin de message. Selon l'invention, pour tenir compte de cette fluctuation, la durée minimale est déterminée à partir de la durée d'un créneau généré à partir d'un message de réponse mode S commençant par un 0 et se terminant par un 1. Les réponses commençant par d'autres valeurs ou se terminant par d'autres valeurs généreront des créneaux de durée supérieure. Avantageusement, cette durée minimale peut être proportionnelle à la durée d'un créneau généré par une réponse mode S dont le message commence par un 0 et se termine par un 1. Le coefficient de proportionnalité permettant de définir la durée minimale à partir de la durée du créneau est strictement inférieur à 1 pour accepter une certaine tolérance, ou égal à 1 sinon. Par exemple lorsque les créneaux sont générés à partir du front descendant des impulsions, la durée minimale peut être 54 μs (voir l'illustration figure 7). L'invention permet ainsi de pré-détecter des réponses mode S sans utiliser la position des impulsions du préambule. Ceci permet de prédétecter des réponses mode S ayant des préambules brouillés.
Selon un mode de réalisation avantageux, lorsque la longueur de la réponse est connue, on peut déduire la position du préambule soit à partir de la fin du message, soit à partir du début du message. Ceci permet de détecter des réponses. On se réfère maintenant à la figure 8 sur laquelle est présenté un exemple de mise en œuvre de l'invention appliqué à la détection d'une réponse mode S dont le préambule est brouillé. Une première réponse mode S, référencée R1 , est émise par un premier transpondeur. Une seconde réponse mode S, référencée R2, est émise par un second transpondeur. Les distances respectives des transpondeurs par rapport au radar secondaire et les moments d'émission des deux réponses font que les réponses R1, R2 arrivent mélangées au niveau du radar secondaire. Plus précisément, le préambule R2a de la seconde réponse est mélangé au message R1b de la première réponse. On référence par Q2 le signal reçu par le radar secondaire en sortie du détecteur d'impulsion. Le signal Q2 comprend des impulsions claires 81, 82, 83, 84 qui correspondent au préambule R1a de la première réponse R1. Ces quatre premières impulsions sont suivies d'autres impulsions, dont certaines 85 sont brouillées, qui se répartissent en trois périodes temporelles R1c, GRB, R2c. Le signal Q2 pendant la première période R1c correspond au début du message R1b de la première réponse. La suite du signal Q2, pendant la seconde période GRB, correspond au mélange de la suite du message R1 b de la première impulsion avec le préambule R2a et le début du message R2b de la seconde impulsion. La fin du signal Q2, pendant la troisième période R2c, correspond à la fin du message R2b de la seconde réponse. En sortie du dispositif permettant de générer le créneau de prédétection, on observe le signal référencé E2. Les impulsions du préambule R1a donnent deux créneaux 86, 87 d'une durée de l'ordre de deux périodes de modulations (2 μs). Les impulsions suivantes donnent un créneau qui commence à la première impulsion du message R1 de la première réponse, et s'arrête à la dernière impulsion du message R2b de la seconde réponse. La durée du créneau permet donc de pré-détecter au moins une réponse. Lorsque la durée du créneau est supérieure à la durée minimale déterminée (pré-détection), on détermine la position de la fin du message de la dernière réponse. Cette position correspond à la fin du créneau. On peut alors en déduire la position du préambule de la dernière réponse. De même, on détermine la position du début du message de la première réponse. Cette position correspond au début du créneau. On peut alors en déduire la position du préambule de la première réponse. Il est ainsi possible de déterminer la position des préambules de deux réponses en cas de mélange de réponses, ces positions étant déterminées sans analyser les impulsions présumées être de préambule. Lorsque la position du préambule est connue, on peut effectuer une détection à partir du préambule. Par exemple, on peut utiliser des lignes à retard pour superposer les quatre impulsions du préambule de la dernière (seconde) réponse. Ce préambule étant brouillé, on peut ne rechercher la présence de 1, 2 ou 3 impulsions sur les quatre. En d'autres termes, on génère une détection lorsque au moins N impulsions sur quatre sont présentes à la position prévue T1 du préambule, où N est un paramètre dont la valeur est comprise entre 1 et 4, la valeur limite 1 étant utilisée pour détecter des réponses très brouillées, la valeur limite 4 étant utilisée pour détecter des réponses claires. Avantageusement, en cas de mélange de réponses, on ne cherche à détecter le préambule que de la première réponse mode S, c'est à dire le préambule clair. La dernière réponse peut être détectée par la fin du message et son contenu message comme décrit en relation avec la figure 9. La réponse R2 et le signal Q2 y sont représentés. Selon cette variante avantageuse, on analyse les impulsions présentes dans la zone où une réponse a été identifiée (R2a, GRB, R2c) à la recherche d'une transition 0 - 1 ou 1 - 0, c'est à dire d'une impulsion de 1 μs ou d'un trou de 1 μs. Dès la première impulsion ou trou, on génère 90 un signal d'horloge CLK au pas de 1 μs. On relance 91 , 92, 93, 94 l'horloge à chaque impulsion ou trou de 1 μs. Ceci permet de synchroniser l'horloge sur la fin, supposée claire, du dernier message. On lève ainsi l'incertitude de 0,5 μs, car à chaque impulsion d'horloge, on sait qu'on est au milieu de l'intervalle de 1 μs d'un bit de message. Le signal d'horloge 95 se situant juste après la retombée du créneau de pré-détection permet de trouver la position précise de la fin du message de la dernière réponse. On en déduit alors la position précise de la première impulsion du préambule de la dernière réponse. Grâce à cette technique, on peut effectuer des détections, c'est à dire estimer la position précise d'une réponse (on lève l'ambiguïté de 0,5 μs). Ainsi, on détecte le début (préambule) de la dernière réponse mode S sans décoder le message. On peut procéder de façon analogue pour détecter le début (préambule) de la première réponse mode S. On peut réaliser ainsi la détection 96, 97 de réponses mode S sans utiliser les impulsions de leurs préambules.
On a ainsi décrit deux modes de détection possibles : - à partir du préambule, dont on détermine au préalable la position (figure 8) ou, - à partir du message lui-même, lequel est utilisé pour générer un signal d'horloge à un rythme binaire, pour déterminer précisément la position du début de la réponse à partir du début ou de la fin du message (figure 9). Ces deux modes de détections peuvent être mis en œuvre en parallèle. Si on a détecté une réponse par ces deux modes (cas d'une réponse claire ou dont seulement une partie du message est brouillé par exemple), on utilise préférentiellement le mode de détection à partir du préambule.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de pré-détection de réponses dans un radar secondaire, les réponses à pré-détecter comprenant un message codé par un signal modulé, caractérisé en ce que :
(i) on identifie la présence d'un signal présentant des caractéristiques de modulation conformes à celles d'un message d'une réponse à prédétecter ; (ii) on mesure la durée du signal identifié ;
(iii) on compare la durée du signal identifié à une durée minimale, la durée minimale étant déterminée à partir d'une durée attendue des messages des réponses à pré-détecter.
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel les messages étant codés par un signal modulé en position, on identifie la présence d'un signal lorsqu'on est en présence d'une séquence d'impulsions dans laquelle chaque impulsion de la séquence est séparée de celle qui précède par au maximum une durée de l'ordre d'une période de modulation.
3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel, on identifie la présence d'un signal en générant un créneau dont la durée est sensiblement égale à la durée séparant la première de la dernière impulsion de la séquence d'impulsions, à une période de modulation près.
4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel pour générer un créneau, on détecte des impulsions, et on génère un signal stable à partir de la détection pendant une durée égale au temps maximum jusqu'à la prochaine détection d'une impulsion de message.
5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel la durée du signal stable généré à partir d'un front descendant est sensiblement égale à la durée d'une période de modulation majorée de 20%.
6. Procédé selon la revendication 4 ou 5 dans lequel on détecte les impulsions par seuillage par rapport un niveau déterminé en fonction d'un niveau crête.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 6 dans lequel on mesure la durée du signal identifié en mesurant la durée du créneau.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les réponses à pré-détecter étant des réponses mode S, la durée minimale des messages est de l'ordre de 56 microsecondes pour les réponses courtes ou de l'ordre de 112 microsecondes pour les réponses longues.
9. Procédé de détection de réponses dans un radar secondaire, les réponses à détecter comprenant un préambule et un message, le préambule contenant des données de protocole, le message étant codé par un signal modulé, caractérisé en ce que : - on met en œuvre un procédé de pré-détection selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour pré-détecter les réponses à détecter ; on détermine une position prévue du préambule de chaque réponse pré-détectée ; - on vérifie si des données de protocole déterminées sont présentes à ladite position prévue du préambule.
10. Procédé de détection selon la revendication 9 dans lequel la position prévue du préambule est déterminée à partir du début ou de la fin du signal identifié à l'étape (ii) du procédé de pré-détection.
11. Procédé selon la revendication 9 dans lequel les réponses à détecter étant des réponses mode S, on génère une détection lorsque au moins N impulsions sur quatre sont présentes à la position prévue du préambule, où N est un paramètre dont la valeur est comprise entre 1 et 4, la valeur limite 1 étant utilisée pour détecter des réponses très brouillées, la valeur limite 4 étant utilisée pour détecter des réponses claires.
12. Procédé de détection de réponses dans un radar secondaire, les réponses à détecter comprenant un message codé par un signal modulé, caractérisé en ce que : on met en œuvre un procédé de pré-détection selon l'une quelconque des revendications! à 8, pour pré-détecter les réponses à détecter ; on génère un signal d'horloge à un rythme binaire à partir de message ; on détermine précisément la position du début de la réponse à partir du début ou de la fin du message.
PCT/EP2004/052361 2003-10-10 2004-09-29 Procede de pre-detection de reponses dans un radar secondaire et application a la detection de reponses mode s WO2005038486A1 (fr)

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US10/575,075 US7688250B2 (en) 2003-10-10 2004-09-29 Method for pre-detecting responses in a secondary radar or application to the detection of mode S responses
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