Das Richtstrahlsystem R-905 für die Schweizer Armee
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
INFORMATIONSTECHNIK UND ARMEE
Vorlesungen an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich
im Wintersemester 1998/1999
Leitung:
Untergruppe Führungsunterstützung - Generalstab
Divisionär E. Ebert, Unterstabschef Führungsunterstützung
Das Richtstrahlsystem R-905
für die Schweizer Armee
Referent: B. Rhomberg
Diese Vorlesung wurde durch die Stiftung HAMFU digitalisiert und als
PDF Dokument für www.hamfu.ch aufbereitet.
Das Richtstrahlsystem R-905 für die Schweizer Armee - Vorlesung Informationstechnik und Armee 1998/1999 (ETH Zürich) HAMFU History
5 -1
B. Rhomberg
Inhalt
1. Einleitung
2. Realisierung des Richtstrahlgerätes
3. Optische Übertragung
4. Ausblick
Adresse des Autors:
Thomson-CSF Schweiz Informationstechnik und Armee
Binzstrasse 18 38. Folge 1998/99
8045 Zürich
05.99 1 20 8343/3
© HAMFU - www.hamfu.ch Seite 1
Das Richtstrahlsystem R-905 für die Schweizer Armee - Vorlesung Informationstechnik und Armee 1998/1999 (ETH Zürich) HAMFU History
5-2
1 Einleitung
Im März 1996 erhielten wir neben vielen anderen potentiellen Anbietern die Ausschreibung
für die Richtstrahlsysteme R-905/2 und R-905/8. Die Gruppe Rüstung suchte einen
Generalunternehmer, der das ganze System, bestehend aus Richtfunk, Chiffrierung,
Multiplexierung und der gesamten Verkabelung anbieten konnte.
Seitens der Entwicklung hatten wir grosse Erfahrung auf dem Richtfunkgebiet, sowohl im
zivilen als auch im militärischen Einsatz, und einige Kenntnisse auf dem Gebiet der
"Verkabelung". Für die Chiffrierung arbeiteten wir schon seit Jahren mit der Firma Omnisec
zusammen, die ihrerseits prädestiniert für diese Aufgabe war.
Im Projektmanagement haben wir mehrere, grosse Projekte realisiert und uns besonders in
der Systemintegration gute Kenntnisse angeeignet.
Aus diesen Gründen reizte uns die Aufgabe sehr, dieses System zu realisieren, obwohl die
Ansprüche des Kunden in technischer, terminlicher und kommerzieller Hinsicht hoch lagen.
Die Grobanforderungen des Kunden an das System waren die folgenden:
• Mobiles Richtfunkgerät für taktischen Feldeinsatz mit einem maximalen Antennen-
durchmesser von 600 mm
• Frequenzbereich 14,6 bis 15,2 GHz mit voller Durchstimmbarkeit
• Bitrate 2 und 8 Mb/s
• Verfügbarkeit von besser als 99,8% im schlechtesten Monat bei einer Übertragungs-
distanz von 35 km.
• 4 km Absetzbarkeit zwischen Richtstrahlgerät und Vermittler
• "Off the Shelf"
Unser Problem war, dass wir dieses Gerät nicht "Off the Shelf" hatten. Aus der Hoffnung
heraus, dass auch unsere Mitbewerber keine besseren Karten hatten, beschlossen wir, die
Bedingung "Off the Shelf" anzunähern durch
• Einhalten der kurzen Beschaffungsfristen
• Tiefe Entwicklungs- und Herstellkosten
Dieser Weg führte beim Radio über die Anpassentwicklung eines zivilen Gerätes.
Für die 4 km Absetzbarkeit hatten wir schon lange eine Lösung mit einer neuartigen,
feldtauglichen, optischen Verbindung im Auge, deren Einsatz wir jetzt prüfen konnten.
© HAMFU - www.hamfu.ch Seite 2
Das Richtstrahlsystem R-905 für die Schweizer Armee - Vorlesung Informationstechnik und Armee 1998/1999 (ETH Zürich) HAMFU History
5-3
2 Realisierung des Richtstrahlgerätes
Als Grundlage der Entwicklung stand uns
die Richtstrahlfamilie "MELODIE" der
Alcatel zur Verfügung. MELODIE steht für
Medium and Low Capacity Digital Equip-
ment und ist eine Familie, die in 14 Fre-
quenzbändern zwischen 1,5 und 58 GHz
erhältlich ist. Die Übertragungskapazität
liegt zwischen 2x2 und 34 Mb/s.
Diese Familie hat folgende Eigenschaften:
• Modernstes Richtstrahlsystem der
Alcatel
• Hochintegrierter Aufbau (5 ASIC's)
• Effiziente Modulationsart (4 QAM)
• Fehlerkorrigierende Übertragungscodes
und adaptive Entzerrer
• Eingebaute Testmöglichkeiten (BITE)
Figur 1 : Ein Gerät (nur Outdoor- Unit) aus
• Vorbereitet für Netzwerkmanagement der MELODIE-Familie.
• Die Outdoor- Unit ist in einem
erweiterten Temperaturbereich ( -33°C.. °C ) betriebsfähig.
Für einen militärisch taktischen Einsatz fehlen aber einige wichtige Eigenschaften, wie
• Durchstimmbarkeit der Frequenz: Um das ganze Band abzudecken, braucht man eine
Vielzahl von Geräten
Militärische Umweltanforderungen: Das zivile Gerät ist für einen fixen Einsatz konzipiert
und hat keinen Schutz gegen Schock und Vibration. Der Temperaturbereich der Indoor-
Unit ( -10°C..50°C ) ist ungenügend.
Elektronische Schutzmassnahmen: Hier ist gar nichts vorgesehen, bei Störungen gelten
die üblichen, zivilen Vorschriften, die bei der Konzessionserteilung festgelegt werden.
Um die Anforderung des Kunden nach einer uneingeschränkten Tauglichkeit für den
taktischen Einsatz zu erfüllen, mussten wir folgende Massnahmen ergreifen:
• Entwicklung eines abstimmbaren Mikrowellendiplexers
• 2 unabhängige Lokaloszillatoren mit guter Resistenz gegen Mikrofonie und
Temperaturänderungen (Klicks)
• Regulierbare Sendeleistung
• Schutz im Empfänger gegen Überpegel
© HAMFU - www.hamfu.ch Seite 3
Das Richtstrahlsystem R-905 für die Schweizer Armee - Vorlesung Informationstechnik und Armee 1998/1999 (ETH Zürich) HAMFU History
5-4
• Integration der Outdoor- Unit und der Baugruppen der Indoor- Unit des MELODIE in das
Richtstrahlgehäuse
• Integration einer optischen Leitungstrennstelle
Bündelschlüsselungsgerät Mikrowellen- Sender/ Empfänger
Blockdiagramm des Richtstrahlsystems R-905
Abkürzungen: Chiff Gen: Chiffriergenerator
MUX: Multiplexer/Demultiplexer
T erm. Mod: T erminal- Modul
OLT : Optical Line T erminal Unit
MCU: Multiplex- and Control Unit
MDU: Modulation/Demodulation Unit
IFU: Intermediate Frequency Unit
RFU: Radio Frequency Unit
LO: Local Oscillator
In der Figur 2 sieht man eine Übersicht des Systems R-905, das aus dem Bündel-
schlüsselungsgerät, dem Sender/Empfänger, dem Bedienterminal und der optischen Ver-
bindung besteht. Dazu kommen noch ein Stativ und verschiedenes Zubehör.
Das Bündelschlüsselungsgerät wurde bei der Firma Omnisec entwickelt. Einzig die OLT
wurde bei Thomson-CSF Schweiz entwickelt und von Omnisec in das Bündelschlüsselungs-
modul integriert. Deshalb gehe ich im Folgenden nur auf die Entwicklung des eigentlichen
Richtstrahlgerätes und der optischen Übertragung ein.
Vom MELODIE wurden die Baugruppen MCU, MDU, IFU und RFU übernommen.
Die Baugruppe MCU (Multiplex- and Control Unit) befindet sich beim MELODIE in der
Indoor- Unit und ist nur für einen eingeschränkten T emperaturbereich spezifiziert. Deshalb
© HAMFU - www.hamfu.ch Seite 4
Das Richtstrahlsystem R-905 für die Schweizer Armee - Vorlesung Informationstechnik und Armee 1998/1999 (ETH Zürich) HAMFU History
5-5
musste die Baugruppe für unsere Anwendung überarbeitet werden. Das geschah teilweise
durch Alcatel- Telspace in Paris, wo das MELODIE entwickelt wurde, und teilweise bei uns.
Auf dieser Baugruppe werden im Multiplexer die verschiedenen Dienst- und Steuerkanäle
ein- bzw. ausgeschlauft. Weiter befindet sich auf dieser Baugruppe der Haupt- Prozessor,
der das Sende-/Empfangsgerät steuert und überwacht und auch die Fernbetriebsbefehle
verwaltet und weiterleitet. An die MCU ist auch das Bedienterminal für die lokale Steuerung
und Überwachung angeschlossen, das gleichzeitig als Dienstkanalhörer dient.
Auf der (Modulator- Demodulator Unit) wird der Datenstrom sendeseitig aufbereitet
und in der IFU auf einen Träger bei 1,85 GHz moduliert. Empfangsseitig demoduliert die
MDU den Träger bei 840 MHz und regeneriert den Datenstrom. Als Modulationsart dient
4QAM, die Demodulation erfolgt synchron.
Die MDU ist eine hoch integrierte Baugruppe: Die komplexen Funktionen der Trägersyn-
chronisation, der Nyquistfilterung, der adaptiven Signal- Entzerrung und - Regeneration
sowie der Taktableitung sind in mehreren ASIC's integriert. Diese Baugruppe konnten wir im
Wesentlichen unverändert übernehmen.
Sämtliche Zwischenfrequenzschaltungen des Senders und des Empfängers befinden sich
auf der (Intermediate Frequency Unit). Diese Baugruppe konnten wir unverändert
übernehmen.
Die (Radio Frequency Unit) wurde für uns vom Hersteller nach unseren Bedürfnissen
modifiziert. Da die Hauptfunktion gleich wie im MELODIE blieb, waren nur kleine
Anpassungen nötig.
Bei der MELODIE- Familie werden die Filter auf die Sende- bzw. Empfangsfrequenz fix
eingestellt. Bei R-905 müssen die Frequenzen über das ganze Band frei wählbar sein.
Deshalb mussten wir ein abstimmbares Filter entwickeln.
Das Filter muss verschiedene Bedingungen erfüllen, wie gute Selektivität bei geringem
Verlust, es muss linear über das ganze Band abstimmbar sein und muss stabil über einen
weiten Temperaturbereich die Frequenz einhalten. Zu allem kam noch das Ziel dazu, dass
es klein, leicht und kostengünstig herzustellen sei.
Angesichts der kleinen relativen Bandbreite von weniger als 1% kam nur ein motorisch
abstimmbares Hohlraumresonatorfilter in Frage, YIG- Filter haben einen zu grossen Verlust
und brauchen dauernd Strom.
Das realisierte Filter hatte folgende Eigenschaften:
• T schebyscheff Filter 4. Ordnung mit 0.1 dB Ripple und 2 Polen im Sperrbereich
• Bandbreite nominal 60 MHz
• Durchlassverlust 1,5 dB
• Sperrdämpfung typ. 70 dB bei ± 150 MHz
Ein Vergleich der berechneten und der gemessenen Kurven sowie ein Foto des Filters,
bestehend aus Sende- und Empfangsfilter, sind in der Figur 3 dargestellt.
© HAMFU - www.hamfu.ch Seite 5
Das Richtstrahlsystem R-905 für die Schweizer Armee - Vorlesung Informationstechnik und Armee 1998/1999 (ETH Zürich) HAMFU History
gmjy^lRT«mpwature=27
MARKER
lüiDN IM« CENTER »*• 8 ! » «83 Käß ffijt
Resultate des realisierten RF- Filters, links oben gerechnet, rechts oben
gemessen, darunter Sende- und Empfangsfilter mit Abstimmmotoren und
Steuerprint
© HAMFU - www.hamfu.ch Seite 6
Das Richtstrahlsystem R-905 für die Schweizer Armee - Vorlesung Informationstechnik und Armee 1998/1999 (ETH Zürich) HAMFU History
3-7
2.5 Lokaloszillator
2.6 Antenne
Figur 4:
© HAMFU - www.hamfu.ch Seite 7
Das Richtstrahlsystem R-905 für die Schweizer Armee - Vorlesung Informationstechnik und Armee 1998/1999 (ETH Zürich) HAMFU History
5-8
2.7 Gehäuse, Stativ und Stativadapter
2.8 Verfügbarkeit
JZ
(0
o
"3
JZ
0
CA
1 SZ
CD
CA £
3
< CA •à—
«
Streckenlänge [km]
Figur 5:
© HAMFU - www.hamfu.ch Seite 8
Das Richtstrahlsystem R-905 für die Schweizer Armee - Vorlesung Informationstechnik und Armee 1998/1999 (ETH Zürich) HAMFU History
5-9
2.9 Elektronische Schutzmassnahmen
© HAMFU - www.hamfu.ch Seite 9Das Richtstrahlsystem R-905 für die Schweizer Armee - Vorlesung Informationstechnik und Armee 1998/1999 (ETH Zürich) HAMFU History
2 - 10
2.10 Bedienterminal
Figur
2.11 Fernbedienung
3 Optische Übertragung
3.1 Grundlage
© HAMFU - www.hamfu.ch Seite 10Das Richtstrahlsystem R-905 für die Schweizer Armee - Vorlesung Informationstechnik und Armee 1998/1999 (ETH Zürich) HAMFU History
2-11
3.2 Lichtwellenleiter- Kabel und - Stecker
© HAMFU - www.hamfu.ch Seite 11Das Richtstrahlsystem R-905 für die Schweizer Armee - Vorlesung Informationstechnik und Armee 1998/1999 (ETH Zürich) HAMFU History
12 - 1
Figur 7:
Figur 8:
© HAMFU - www.hamfu.ch Seite 12Das Richtstrahlsystem R-905 für die Schweizer Armee - Vorlesung Informationstechnik und Armee 1998/1999 (ETH Zürich) HAMFU History
2-13
3.3 Zubehör
Figur 9:
3.4 Optisches Terminal
© HAMFU - www.hamfu.ch Seite 13Das Richtstrahlsystem R-905 für die Schweizer Armee - Vorlesung Informationstechnik und Armee 1998/1999 (ETH Zürich) HAMFU History
2-14
4 Ausblick
© HAMFU - www.hamfu.ch Seite 14Sie können auch lesen
