CN102348996B - 飞机的用于定位设备的传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定设备和设备部件在飞行器中位置的传感器网络。传感器网络包括一些传感器节点，其具有自给自足的电能供应。传感器节点可以无线的在相互之间及与中央处理器进行通信。通过高频信号参数的求值使得每一个单独传感器节点位置的确定成为可能。

Description

飞机的用于定位设备的传感器

相关申请的引用

本申请要求在2009年2月17日提交的美国临时申请No.61/153,053的优先权，，并且要求在2009年2月16日提交的德国专利申请No.10 2009009 188.2的优先权，其内容通过引用合并到本申请中。

技术领域

本发明涉及在飞机中设备和设备部件的定位。特别地，本发明涉及一种用于在飞行器中的传感器网络的传感器节点，一种带有多个传感器节点的传感器网络，一种带有传感器网络的飞行器以及一种用于确定在飞行器中多个传感器节点位置安排的方法。

技术背景

设备和部件在飞机中的安装位置通常在相应的文件中描述。如果一个设备要安装在另一个位置上，则必须修改文件。自动的、位置相关的设备配置是不可能的。

为了改进和加速飞行器的维修过程，有利的是知道所有相关系统零件和固定装置的状态，特别是它们的安装位置。

在飞机中的传感器会被用于检测物理测量参数，通过其可以得出关于飞机系统零件等的状态的结论。通常这些传感器通过相应的电线与电源和求值单元连接。由于飞机制造中的重量限制以及用于传感器网络所必需的电线布线的复杂性，现在传感器的使用非常受限制，而且传感器只是用在其不可缺少的位置上。

DE 100 04 384 A1和US 6,587,188 B2描述用于采集温度的传感器布置结构。传感器包括光纤，通过其可以测量材料中的压力。这种类型传感器的安装不是在飞机中的所有位置都是可行的。

发明内容

本发明的任务是提供一种在飞机中自动定位设备和固定装置的可能性。

根据本发明说明一种用于在飞行器中传感器网络的传感器节点，一种用于确定多个传感器节点位置安排的传感器网络，一种带有传感器网络的飞行器以及一种用于确定在飞行器中多个传感器节点位置安排的方法。本发明的扩展方案在下文中给出。

所描述的实施例同样涉及传感器节点、传感器网络、飞行器和方法。换句话说，在接下来例如关于传感器节点提及的特征也能当作程序步骤来实施，反之亦然。

根据本发明的一个实施例，说明用于在飞行器中的传感器网络的传感器节点，这里的飞行器例如是客机。传感器节点包括传感器单元和通信单元。传感器单元用于采集参数，以这些参数为基础可以确定传感器节点在传感器网络中的位置。特别是传感器位置可以通过采用恰当的方法测量的数值传输以及在与此同时多个监测点(其他的传感器)对这些传输的监测来确定。通信单元用于传输数据，其以所采集到的参数为基础。这些数据会被传输到中央处理器中。

数据的传输采用无线的方式借助于合适的无线通信技术来完成。为此例如蓝牙、WLAN、Zigbee或者WiMax。通信连接也可以使用WLAN(802.11a/b/g/n或者WLAN802.11p)或者UWB。还有其他的无线通信技术也是可以采用的。

传感器节点一方面具有与中央处理器无线连接的可能性另一方面具有与其联合的定位功能。

传感器节点的布局(定位功能)例如能够通过如下方式来实现，传感器节点的信号参数从邻近的传感器节点获取，其如有可能提前进行求值，然后继续向中央处理器发送相应的数据。中央处理器可以以这些参数为基础，计算单独传感器节点彼此之间的相对位置。如果中央处理器先验的知道至少一个传感器节点的绝对位置，那么所有传感器节点的绝对位置就可以计算出来。定位的精度主要取决于所测量信号参数用于描述传感器节点间几何距离的精确性。此外定位的精度还可以通过引入额外的先验已知信息来提高。例如定位功能可以告知在被检测的区域内传感器的安装位置是以何种方式分布的。因此定位功能可以充分利用相邻关系的信息进而准确的进行位置的判断。

根据发明的另一实施例通过传感器节点上的传感器单元采集的参数是高频信号参数。

也可以有很多这种高频信号参数被采集起来。例如其可以包括发送功率、发送信号的运行时间和/或者发射频率。

在这里可以看到预先求值在传感器节点内采集的信号是不必要的。全部的求值可以在中央处理器中来完成。

根据本发明的又一实施例的传感器单元会进一步完成一种(或更多的)测量数据的采集，例如其可以是温度，振动，加速度，膨胀或者压力。

在相应的传感器节点的设计中也可以在传感器节点中采集多个上述的测量数据(例如压力和温度)。

通过这种方法中央运算单元不仅完成数据的传输，以其数据为基础可以确定单独传感器节点的位置，而且还能传输其他的环境数据，在相应传感器节点区域内状态的结论(例如关于运行状态或者相应系统部件的瞬时配置)。

根据本发明的另一实施例传感器节点还包括供电单元用于供应传感器节点的电能。供电单元在这里通过电能转换为传感器节点提供自给自足的电能供应。

采用这种方式使得传感器节点独立于外部电源工作成为可能。并且还可以节约电线。

根据本发明的另一实施例供电单元包括振动发生器、和/或者热电转换器、和/或者用于采集电磁能的天线、和/或者光伏单元或太阳能电池板将光转化成电能用以分散的对传感器节点供电。

热电转换器利用温度梯度，例如其出现在飞机内部及外部，并从中获取电能。

采用光伏单元可以对整个传感器阵列的电能供应，在其中使用可以照射不同光伏单元的光源。

在这里也就不需要用电线连接不同的传感器节点。

根据本发明的另一实施例示出传感器网络用于确定上述和接下来描述的传感器节点的位置安排。传感器网络包含(惯例是如此也当然可以包括一些)传感器节点。此外还包括有中央处理器，用于接收从传感器节点发送出的数据并且以这些数据为基础确定传感器节点的位置。

数据的传输采用无线的方式。

以这种方式可以改变不同传感器节点在飞机内部或者外部的位置。因为传感器节点集成在通信网络(传感器网络)中，所以可以使用简单的方法确定它们的相对或者甚至是绝对位置。

根据本发明的另一实施例，以数据的相关性为基础来进行传感器节点(一个或多个)位置的确定，这些数据通过很多传感器节点来接收。

尽管每一个单独传感器节点自身的位置在流程的初始是未知的，但在独立的传感器节点之间的通信使用非常少量的信息密度就足以确定传感器节点的位置。

根据本发明的另一实施例，传感器网络用于确定在机舱中的座椅的位置。举例来说在这里单独的传感器节点被集成在相应的座椅中或者安装在其上。

根据本发明的另一实施例中央处理器用于确定座椅的位置并完成后续的向单独传感器节点传输相应位置信息的工作，因此能够进行自动的座椅配置。

座椅配置取决于其在飞机中的位置。由于座椅的位置可以自动的确定，所以配置也可以自动的完成。

根据本发明的另一实施例，传感器网络还包括固定安装的传感器节点，其在飞机中的绝对位置是已知的，所以固定的传感器节点可以用作固定的参考点。

通过这样让单独的传感器节点位置确定变得简单并且使得计算绝对位置成为可能。

根据本发明的另一实施例，给出带有上述和接下来描述的传感器网络的飞行器。

根据本发明的另一实施例，给出用于确定在飞机中多个传感器节点的位置安排的方法，其中，采集参数，并以这些参数为基础可以确定传感器节点在传感器网络中的位置。然后向中央运算单元上的传输以采集到的参数为基础的数据。最后以传输的数据为基础来确定传感器节点的位置。

接下来通过参考附图来描述本发明的实施例。

简短的附图描述

图1示出根据本发明的一个实施例的传感器网络；

图2示出根据本发明的一个实施例的传感器网络在第一工作状态；

图3示出图2的传感器网络在第二工作状态；

图4示出图2中的传感器网络在第三种工作状态；

图5示出根据本发明的一个实施例的带有传感器网络的飞行器；

图6示出根据本发明的一个实施例的方法的流程图。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的并且不是按照比例的。

在下面的附图描述中对于相同的或者相近的元件使用相同的附图标记。

图1示出带有多个传感器节点100和一个中央处理器105的传感器网络200。当然还可以使用更多的传感器节点100。

例如，每一个传感器节点包括一个用于采集参数的传感器单元101，以该参数为基础可以确定传感器节点在传感器网络内的位置。每个传感器节点还包括一个通信单元102，其用于向中央处理器105传送数据并且接收从中央处理器105中发出的数据。此外设有一个供电单元103，其用于确保相应传感器节点供电的自给自足。此外设有天线104，通过其进行通信。各个传感器节点100彼此之间的通信也是可能的。其通过箭头107表示。

另外，每一个传感器节点能够包括一个独有的处理器108，其例如能够进行接收信号的预先求值。

中央运算单元105还包括有天线106。

除了传感器节点的普通的传感器功能(比如测量温度或者压力)之外，传感器节点100还具有测量高频信号参数(HSP)并且将测量的且如有必要预先求值的高频信号参数发送给中央处理器105。高频信号参数能够是相应高频信号的功率、转换时间和/或者频率。

能够将测量的数据存放在中央处理器105的数据库108中。软件能够通过所有这些数值的相关性进行分析，其目的是确定传感器节点的安装位置。该位置可以按照信号传输的条件以及所使用的HSP在有限的精度下来确定，因为所测得的HSP只是在有限的精度下描述相应传感器节点之间的几何距离。通过额外的关于传感器节点之间几何关系的信息能够提高精确定位的可能性。

在这里应用的例子是机舱中的座椅。在建造飞机时，座椅(已集成完，也就是说包括所有部件及传感器)从仓库中取出并安装在飞机上。在激活传感器网络之后，每一个传感器节点将其所测得的高频信号参数数据供应到中央处理器105中。然后中央处理器105确定相应传感器节点的绝对安装位置。接着中央处理器105将关于传感器节点所在位置的信息传输给传感器节点。之后能够配置所有在座椅当中的设备。通过这个步骤完成初始流程进而能够使用所有座椅特有的功能，比如阅读灯、乘客呼叫器(PAX呼叫)，娱乐设备(IFE，机内娱乐设备)。

为了改进定位的精度，还能够安装额外的传感器，其绝对位置是总是已知的。因此存在用于测量HPS的固定的参考点。

另一个的例子是确定现有设备上的已松动的零件(比如救生衣)，其中在这种情况下座椅传感器被当作扩展的参考信号源使用。

在这种情况下，额外的传感器节点安装在松动的设备零件中。

因此在飞机上和飞机内在传感器节点之间和朝向传感器节点建立无线连接。这些传感器节点将它们收到的高频信号参数发送到中央数据库。从中央数据库中，通过数据的相关性能够确定所有传感器节点的相对位置。因此能够确定固定有传感器节点的设备(通过相应的设备识别码，IDs)和部件的位置并记录在飞机的中央数据库中。从而改进飞机的建造、维护和运行。

在这里需要指出，测得的参数能够包括在单独的传感器节点或者传感器节点以及中央处理器之间的正常通信的“副产品”。其他用于采集参数的数据传输不是必要的。更确切的说每一个传感器节点截取正常的通信并且从中获取为计算传感器节点位置所必需的参数。

图2示出带有大量传感器节点100的传感器网络200，所述传感器节点设计为座椅传感器，也就是安装在相应的飞机座椅内或者固定在其上。

还应考虑到传感器网络也可以用于定位行李的位置。在这种情况下，可以在每一个行李架内设有一个接入点，其采集从在行李架内的由传感器节点发送到中央处理器的数据并且向处理器继续传输数据。

标记202表示机身的外壁，标志201表示座椅排。

每个传感器节点100能够从邻近的传感器节点接收信号，这些信号如有必要预先求值并且将相应的信号(其要么与接收的信号相关联要么与接收信号无关而只是和传感器的安装位置相关)传输到其他的传感器节点或者直接传输到中央处理器105中。

在图2中示出这个步骤，其直接在激活传感器网络后进行，也就是每个传感器从其周围(从邻近的传感器节点)接收信号。

图3示出另一个方法步骤，其中中央处理器105向每一个传感器节点传输相应的位置信息。或者直接通过中央处理器105向相应的传感器节点进行传输或者间接地进行传输。非直接的传输可以这样理解，位置信息通过中央处理器105从一个传感器节点向邻近的传感器节点继续传送，直到将信息最终发送到预期的传感器节点中。

图4示出另一个方法步骤，其中将HSP参数从相应的传感器节点向中央处理器105中传输。传输可以通过直接或者间接的(通过接通在它们之间的用于继续传递信息的其他传感器节点)方式进行。

图5示出根据本发明的一个实施例带有传感器网络200的飞行器500。机身中的点表示单独的传感器节点。

图6示出根据本发明的一个实施例的方法的流程图。在步骤601中通过传感器节点进行高频信号参数的采集。例如，这些高频参数取决于哪些传感器节点的信号从其邻近的传感器节点中接收。在步骤602中将以所采集的高频信号为基础的相应的数据向中央处理器中的传输。在步骤603中，中央处理器以接收的数据为基础确定每一个单独的传感器节点的位置，并在步骤604中，中央处理器将相应的位置信息发送到单独的传感器节点中。

补充的指出“具有”和“包括”这两个词不排除其他的元件或者步骤，“一个”不排除复数。更进一步指出，以上述实施例作为参考所描述的特点或者步骤，也可以同其他的上述实施例中的特点或者步骤来组合。在权利要求中的附图标记不视为限制。

Claims (11)

1.用于确定在飞行器中多个传感器节点的位置安排的传感器网络，其中所述传感器网络(200)包括： 

多个传感器节点(100)，其中所述传感器网络(200)的每个传感器节点(100)构成为用于，与相邻的传感器节点(100)进行通信；

中央处理器(105)； 

其中每一个传感器节点包括：一个传感器单元(101)，其用于采集邻近的传感器节点的信号参数，并以其为基础可以确定传感器节点在传感器网络中的相对位置；一个通信单元(102)，其用于向所述中央处理器(105)传输以采集到的信号参数为基础的数据；和 

其中所述中央处理器(105)构成用于接收从传感器节点传输的数据并通过传输给所述中央处理器的数据的相关性来确定每个传感器节点(100)相对于其他传感器节点的相对位置，所述数据以相邻的传感器节点的由所述传感器节点采集的信号参数为基础。 

2.根据权利要求1所述的传感器网络， 

其中以由多个传感器节点所接收的数据的相关性为基础，进行所述传感器节点位置的确定。 

3.根据权利要求1或2所述的传感器网络， 

所述传感器网络设计成用于确定在飞行器机舱中的座椅的位置。 

4.根据权利要求3所述的传感器网络， 

其中所述中央运算单元(105)设计成用于确定座椅的位置并在随后进行相应的位置信息的传输，由此进行座椅的配置。 

5.根据权利要求1或2所述的传感器网络，还包括： 

固定安装的传感器节点(100)，其绝对位置在飞行器中已知，所以它能够用作固定的参考点。 

6.根据权利要求1或2所述的传感器网络， 

其中所述参数是高频信号参数。 

7.根据权利要求1或2所述的传感器网络， 

其中所述传感器单元(101)还用于采集从下组中选出的测量数值，这个组由温度、振动、加速度、膨胀和压力组成。 

8.根据权利要求1或2所述的传感器网络，还包括： 

用于向传感器节点供应电能的供电单元(103)； 

其中所述供电单元(103)通过能量转换实现所述传感器节点(100)自给自足的电能供应。 

9.根据权利要求8所述的传感器网络， 

其中所述供电单元(103)包括振动发生器、热电转换器、用于接收电磁能的天线、或者用于将光转化成电能的光伏单元以便为传感器节点(100)提供分散的电能供应。 

10.带有根据权利要求1至9之一所述的传感器网络(200)的飞行器(500)。 

11.用于确定在飞行器中多个传感器节点的位置安排的方法，其方法包括如下步骤： 

将信号从一个网络节点(100)传输给其他的网络节点(100)； 

通过传感器节点的传感器单元采集相邻网络节点(100)的信号参数，以其为基础能够确定传感器节点在传感器网络中的位置； 

向中央运算单元(105)传输以所采集到的信号参数为基础的数据； 

通过传输给中央运算单元的数据的相关性确定每个传感器节点(100) 的相对位置，所述数据以相邻的传感器节点的由所述传感器节点采集的信号参数为基础。