CN104871518B - 一种飞机数字音频系统 - Google Patents

Abstract

一种飞机数字音频系统，包括给操作者提供可靠侧音的一个或多个音频设备(11)和一个或多个无线电设备(47)。音频设备(11)和无线电设备(47)已经分别安装在被连接到数字网络(15)的包括数字消息管理单元(37，57)和数字信号处理器(39，59)的音频‑终端(27)和无线电‑终端(45)附近。音频设备(11)的数字消息管理单元(37)配有计算机程序，适于生成由音频设备(11)的麦克风(21)发布的模拟音频消息的侧音和当所述音频‑终端(27)接收来自所述无线电‑终端(45)的用于所述侧音的激活/去激活命令时，激活/去激活向所述音频设备(11)的头戴设备(25)的发送。

Description

一种飞机数字音频系统

技术领域

本发明涉及飞机数字音频系统，并且尤其涉及包括超过一个音频设备和超过一个无线电设备的数字音频系统。

背景技术

在已知飞机音频系统中，使用头戴设备的发射音频消息的操作者，从发布该消息到在该头戴设备中听到他自己的声音应该有少于约20ms的延迟，以致发射该消息到外部的无线电回发通常被认为是侧音的“回声消息”。

操作者头戴设备中的侧音的接收满足两种功能：不使其混乱(让他如同不使用头戴设备时那样听到自己的声音)，和确认该音频消息正在被无线电正确地发射到外部。

假如该无线电没有在发射，那么该侧音不被回发，并且侧音的缺失允许操作者被告知无线电没有在发射。

使用本地侧音来减少飞行员建立无线通信所花费的时间的飞机音频系统也是已知的。

在管理超过一个音频设备和超过一个无线电设备并且在向前和返回路径的总和中具有大于20ms的延迟的已知的飞机数字音频系统中，来自无线电的侧音的分布不允许操作者在没有混乱的情况下说话，因为他听到他自己的延迟的声音。

本发明就是要解决该问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种以超过20ms的音频传输延迟工作的飞机数字音频系统，其允许操作者接收有品质的和可靠的侧音音频。

通过包括一个或多个音频设备和一个或多个无线电设备的系统实现该目的。每个无线电设备包括发射/接收模拟音频消息的装置，并且已经安装在数字音频系统的终端(下文称无线电-终端)附近，该终端被连接到包括数字消息管理单元和数字信号处理器的数字网络。每个音频设备包括麦克风、用于发射模拟音频消息的离散信号的致动器和用于接收模拟音频消息的头戴设备，并且已经被安装在数字音频系统的终端(下文称音频-终端)附近，该终端包括数字消息管理单元和数字信号处理器，所述数字消息管理单元具有适于生成由麦克风发布的模拟音频消息的侧音、并且当音频-终端从无线电-终端接收用于所述侧音的激活/去激活命令时激活/去激活向所述头戴设备的发送的计算机程序。

有益地，在具有大于20ms延迟的数字音频系统中，相对于生成模拟音频消息的时间，侧音的激活/去激活命令在小于120ms的时间内被音频-终端接收。另一方面，一旦接收到激活命令，随着传输持续时间，侧音在小于20ms的时间内由头戴设备接收。然后，在成功传输的情况下，与在激活命令的等待时间期间(少于120ms)流逝的音频消息部分的侧音的损失这方面无关，实现了操作者在少于20ms的时延内听到自己声音的目标。

有益地，所述侧音随所述无线电设备的接收电位计(reception potentiometer)中设置的音量而被产生。

在一个实施例中，无线电-终端的数字信号处理器包括用于当无线电设备的接收线路中的音频信号的功率电平超过/没有超过预设电平时，向音频-终端发射激活//去激活的所述命令的计算机程序。因此，正是无线电设备的返回信号的监测结果决定所述命令的发布。

在一个实施例中，无线电-终端的数字信号处理器包括用于当无线电设备的传输线路中没有音频信号时，向音频-终端发射去激活命令的计算机程序。因此，所述传输线路被监测以检测数字音频系统自身中的差错。

在其他实施例中是用于特定配置的数字音频系统的预期改型，例如

-两个操作者使用相同的无线电同时发射。

-无线电同步音。

-PA(乘客地址)振铃音。

-同时传输

通过以下本发明的详细描述和所附权利要求书结合附图，按照本发明的数字音频系统的其他期望的特性和优点会变得显而易见。

附图说明

图1a和1b是示出了本领域已知的数字音频系统的主要组件的原理图。示出了音频设备、无线电设备，及靠近它们安装的连接到数字网络的音频和无线电终端。

图2为按照本发明的属于数字音频系统的音频设备和靠近其安装的无线电终端的原理图。

图3为示出了按照本发明的在数字音频系统中侧音的生成和传输的原理图。

具体实施方式

如图1a和1b所示，已知的飞机数字音频系统包括，一方面，具有安装在每个音频设备附近的音频-终端27的一个或多个音频设备11，另一方面，具有安装在每个无线电设备47附近的无线电-终端45的一个或多个无线电设备47。所述音频-终端27和无线电-终端45被连接到数字网络15，在此用于控制系统的音频消息和数据消息两者被发射。

音频设备11包括由飞机操作者操控的装置，例如麦克风21、与消息的发射有关的PTT(“按下说话”)离散信号的致动器23、和头戴设备25。

音频-终端27包括执行涉及管理数字消息的任务的几个组件。

这些组件包括：

-调节单元29、35，用于对来自麦克风21的模拟音频信号和发送至头戴设备25的模拟音频信号进行放大和阻抗调整。

-转换器A/D31和转换器D/A31，用于执行将由麦克风21发射的模拟信号转换为数字信号和将发送到头戴设备25的数字信号转换为模拟信号。

-数字消息管理单元37，它可以是FPGA(现场可编程门阵列)，除了以可配置的尺寸的包分组从对应于由麦克风21发射的消息的音频信号的A/D转换得到的数字帧以外，对由致动器23发送的信号或从数字信号处理器39接收的命令执行消息管理任务。

-数字信号处理器39，它通过网络接口，执行数字信号和命令的处理以检验和发送数字音频消息到数据网络15。

无线电设备47包括用于发射/接收模拟音频消息的装置。

无线电-终端45包括用于执行涉及管理数字消息的任务的若干组件。这些组件，与音频设备11的音频-终端27中的类似，包括数字信号处理器59、数字消息管理单元57、用于对来自无线电设备47的发射/接收装置的模拟音频信号和来自麦克风21的模拟音频信号执行放大和阻抗调整的调节单元53，51、和转换器A/D49和转换器D/A49，用于执行将来自无线电设备47的发射/接收装置的模拟音频信号转换为数字信号和将来自麦克风21的数字信号转换为模拟信号。

对应于由麦克风21发射的音频消息的数字音频信号在无线电-终端45的数字信号处理器59上被接收，并被发送到数字消息管理单元57，该数字消息管理单元管理该信号与其他信道接收的其他信号的混合以及来自从数字信号处理器59接收的命令的PTT传输离散信号的激活。在D/A转换器49中转换为模拟信号并且在调节单元51中放大和阻抗调整之后，该消息到达无线电设备47的发射/接收装置，该消息从该发射/接收装置被发射到其目的地。

另一方面，来自无线电设备47的返回模拟信号，在调节单元53中放大和阻抗调整之后，在A/D转换器49中被转换为数字信号，并且到达数字消息管理单元57和数字信号处理器59，数字信号处理器59将该数字信号发送到数字网络15。

无线电设备47的模拟消息发射/接收装置包括发射机61、控制单元65、接收机63、天线67和开关69，并且被安排以致当音频消息传输成功时，开关69允许将传输线路71的信号添加到接收线路73。对应的音频消息到达确认该消息的传输的音频设备的操作者的头戴设备25。因此，当传输成功时，由接收线路73发送正被发射的消息的侧音。假如传输失败，开关69关闭，所述侧音不会出现在接收线路73上，它的缺失会警告音频设备11的操作者。

在如所描述的数字音频系统中的延迟时间可以使之不允许使用无线电设备47来操作，因为侧音不能在接收线路73上以足够短的延迟被接收。这将音频系统中的信号延迟限制为每条路径小于10ms，这在如在某种飞机数字音频系统上出现的包括若干传输设备和若干通信服务的数字音频系统中很难实现。

为了解决该问题，本发明提出了当音频-终端27从邻近无线电设备47的无线电-终端45接收时，在邻近音频设备11的音频-终端27中生成侧音，并且把它发送到头戴设备25，其中该消息发送命令确认所述音频消息成功传输。该侧音应当以对应于无线电设备47的接收电位计的音量，在头戴设备25中被听到。因此，保持侧音与无线电返回消息对应的原理，无线电返回消息的音量由无线电的电位计控制。

因此，按照本发明，基于在无线电设备47上的侧音的检测来生成本地侧音。假如出现通过无线电设备的成功传输，则本地侧音的生成和以良好音频质量将其发送到操作者的头戴设备25就被激活，而不需要要求处理器负载的任何复杂信号处理，如下面所讨论的。在通过无线电设备的不成功传输的情况下，该侧音没有被发送，告诉操作者传输有问题。

为此目的，在按照本发明的包括如图2所示的音频设备11和音频-终端27和图1b所示的无线电-终端45和无线电设备47的数字音频系统中，无线电-终端27的数字消息管理单元37包括用于发送所述侧音到头戴设备25的计算机程序，所述无线电-终端45的数字消息管理单元57包括用于检测该音频消息是否已经被无线电设备47的发射/接收装置发射或没有发射的计算机程序，并且所述音频-终端27和所述无线电-终端45的数字信号处理器39，59包括用于发送命令到数字消息管理单元37以在成功传输的情况下激活发送侧音到头戴设备25和在相反情况下去激活该发送的计算机程序。

激活命令的初始化序列遵照如下的方案(见图3)。

步骤80指示由音频设备11的操作者致动PTT离散信号的致动器23，该PTT离散信号到达音频-终端27的数字消息管理单元37并触发无线电-终端45上的侧音检测机制。

在步骤81，数字消息管理单元37以数字帧格式发送由麦克风21发出的音频消息到音频-终端27的数字信号处理器39，其中在帧首部中指示来自音频设备11的音频消息与由致动器23发送的PTT离散信号对应。

在步骤82，数字信号处理器39发送命令到数字消息管理单元37以去激活在该单元中提供的侧音。

在步骤83，音频-终端27的数字信号处理器39通过数字网络15发送音频消息到无线电-终端45的数字信号处理器59，其中该消息具有包括源音频设备11的数据和目的地无线电设备15的数据的首部。

在步骤84，数字信号处理器59发送音频消息到无线电-终端45的数字消息管理单元57，其在步骤85，在D/A转换器49中转换为模拟信号之后，发送该消息到无线电设备47的发射/接收装置。

假如无线电设备47的发射/接收装置成功执行该传输，那么通过由控制单元65控制的开关设备69，在步骤86生成无线电侧音。

在步骤87，所述无线电侧音被发送到数字消息管理单元57，然后在步骤88，被发送到无线电-终端45的数字信号处理器59，这里执行接收的音频信号的电平测量。

在步骤89，假如接收的信号电平超过预设阈值，则数字信号处理器59通过数字网络15发送接收的音频数字帧到对应的音频-终端27的数字信号处理器39，该帧具有指示源无线电设备45和目的地无线电设备11的首部。

在步骤90，在检查所述帧的源/目的地身份数据与在步骤83发送的帧的那些数据相匹配之后，数字信号处理器39发送激活侧音的命令到音频-终端27的数字消息管理单元37。如上所述，该命令的接收激活发送侧音到所述音频设备11的头戴设备25。假如所述命令没有被接收到，则不发生所述激活。

在图3底部示出了在我们已经提及的步骤中涉及的用于发送侧音到音频设备的头戴设备的包含约120ms的最大值的时间间隔(以ms计)，其足够低使得音频设备的操作者在对话开始时不会觉察到初始断话。

当激活上述PTT离散信号时，无线电-终端45的数字信号处理器59还监测接收线路73上的音频信号的电平。假如这种情况下，在接收线路73上音频信号的电平丢失，那么无线电-终端45的数字信号处理器59将去激活在步骤89中提及的音频帧的传输。在没有所述音频帧的情况下，在步骤91，音频-终端27的数字信号处理器39发送命令到数字消息管理单元37以去激活向音频设备11的头戴设备25的侧音发送，阻止其被操作者接收。

由于在本发明中，侧音不是由无线电设备45提供，而是从音频设备11的麦克风21收集的，所以数字音频系统必须随时适应一些情况，在这些情况中无线电设备45的接收线路73中提供的音频不同于从麦克风21发射的音频。这些情况中的一些以及在音频系统中的相应的调整如下文。

两个操作者同时通过相同的无线电发射。假如数字音频系统允许两个无线电设备同时通过相同的无线电设备发射，那么该数字音频系统必须被调整以便当相应的消息正在由所述无线电设备成功发射时，由一个音频设备的麦克风收集的本地侧音到达其它音频设备。

具有HF无线电的无线电设备。当HF无线电被调谐到某频率时，它们要求不可用于发射的初始时间。在该时间期间，该无线电通过接收无线电信道向操作者发送通知，告知传输不可获得。该通知以音调模式被发送。本地侧音的使用要求数字音频系统具有检测该音调模式和发射该音频信号给操作者的能力。

具有VUHF/HF无线电的无线电设备。VUHF/HF无线电的“密码系统(crypotos)”在传输开始提供音调(tone)，该音调警告该传输在给定时间是不可能的。假如该音调的持续时间是恒定的，那么本地侧音的使用就要求数字音频系统具有允许操作者对设定时间听到该音调的定时器。

PA(乘客地址)振铃音。飞机PA系统在传输开始时提供音调警告呼叫启动。假如该音调的持续时间是恒定的，那么本地侧音的使用就要求数字音频系统具有允许操作者对设定时间听到该音调的定时器。

同时传输。对于那些其性能允许由不同的无线电同时传输的数字音频系统，它们中的每一个都提供侧音。本地侧音的使用，要求确定哪个无线电被监测以检测无线电侧音，和对该侧音应用哪个音量。一种可能的解决方案是在具有更高音量的接收电位计的无线电中监视侧音，并且侧音的音量与该电位计的位置对应。另一种可能的解决方案是在同时发射的配置下提供顺序来自第一个到最后一个选择的无线电的无线电侧音及其音量的检测。

尽管本发明已经结合各种实施例进行了描述，但应当知道根据说明书可以作出各种元件的组合、变化或改进，这些都在本发明的范围内。

Claims (12)

1.一种飞机数字音频系统，包括一个或多个音频设备(11)、一个或多个无线电设备(47)以及分别安装在它们附近的连接到数字通信网络(15)的音频-终端(27)和无线电-终端(45)，

-每个音频设备(11)包括麦克风(21)、用于接收模拟音频消息的头戴设备(25)、和用于发出模拟音频消息的离散信号的致动器(23)；

-每个无线电设备(47)包括模拟音频消息的发射/接收装置，该装置包括发射机(61)、具有接收电位计的接收机(63)、控制单元(65)和用于控制将来自发射线路(71)的信号添加到接收线路(73)的开关(69)；

-每个音频-终端(27)包括将数字消息转换为模拟消息和将模拟消息转换为数字消息的调节和转换装置(29，31，31，35)、数字消息管理单元(37)和数字信号处理器(39)；

-每个无线电-终端(45)包括将模拟消息转换为数字消息和将数字消息转换为模拟消息的调节和转换装置(49，51，53，49)、数字消息管理单元(57)和数字信号处理器(59)；

其特征在于，每个音频-终端(27)的数字消息管理单元(37)包括计算机程序，适于生成由麦克风(21)发出的模拟音频消息的侧音和当邻近所述模拟音频消息所发往的无线电设备(47)的无线电-终端(45)检测到成功传输以及根据所述无线电设备(47)传输模拟音频消息生成所述侧音的激活命令时，激活向所述头戴设备(25)的侧音发送，或者根据所述无线电设备(47)未传输模拟音频消息生成所述侧音的去激活命令时，去激活向所述头戴设备(25)的侧音发送。

2.如权利要求1所述的数字音频系统，其中：

-它的延迟大于20ms；

-在相对于模拟音频消息的生成时间小于120ms的时间内，在音频-终端(27)接收用于激活/去激活所述侧音的命令。

3.如权利要求2所述的数字音频系统，其中在接收侧音激活命令之后，在相对于模拟音频消息的生成时间小于20ms的时间内，在所述头戴设备(25)接收所述侧音。

4.如权利要求3所述的数字音频系统，其中根据无线电设备(47)的接收电位计中设置的音量生成所述侧音。

5.如权利要求4所述的数字音频系统，其中无线电-终端(45)的数字信号处理器(59)包括计算机程序，适于当无线电设备(47)的接收线路(73)中的返回音频信号的功率电平超过预定阈值时，发射激活的所述命令到所述音频-终端(27)，或者适于当无线电设备(47)的接收线路(73)中的返回音频信号的功率电平未超过预定阈值时，发射去激活的所述命令到所述音频-终端(27)。

6.如权利要求5所述的数字音频系统，其中无线电-终端(45)的数字信号处理器(59)还包括计算机程序，适于当在无线电设备(47)的传输线路(71)中不存在音频信号时，发射所述侧音的去激活命令到所述音频-终端(27)。

7.如权利要求1-6任一项所述的数字音频系统，包括至少两个音频设备和一个无线电设备，其中数字音频系统的组件被安排成发送该消息到头戴设备，当音频消息被所述无线电成功发射时，所述侧音对应于它们其中之一提供的音频消息。

8.如权利要求1-6任一项所述的数字音频系统，其中包含在音频-终端(27)的管理单元(37)中的计算机程序也被调适，以致所述侧音也包括在消息发出之前生成的最初音频。

9.如权利要求8所述的数字音频系统，其中所述最初音频为在无线电设备(47)的同步时间期间所生成的音频。

10.如权利要求8所述的数字音频系统，其中所述最初音频为在振铃时间期间生成的音频。

11.如权利要求1-6任一项所述的数字音频系统，包括至少一个音频设备和至少两个无线电设备，其中数字音频系统的组件被安排用于同时发射由所述音频设备发出的消息，并且其中从在无线电设备之一附近安装的无线电-终端发送侧音的激活/去激活命令，该无线电设备之一是根据预设标准选择的。

12.如权利要求11所述的数字音频系统，其中从在具有最大音量的接收电位计的无线电设备附近安装的无线电-终端发送所述激活/去激活命令。