CN108449127B - 通信系统、航空器或航天器以及通信方法 - Google Patents

通信系统、航空器或航天器以及通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于航空器/航天器(320)的星基通信的通信系统(100，200，300)，其包括：数据存储器(102，202)，其被设计成在航空器/航天器(320)的运行期间存储航空器/航天器数据(103，203)；通信设备(104，204)，其被设计成与至少一个星基通信系统(105，205，208，209，305，308，309)通信；以及控制设备(101，201，301)，其连接至数据存储器(102，202)和通信设备(104，204)，并且被设计成通过通信设备(104，204)输出航空器/航天器(320)的运行期间存储在数据存储器(102，202)中的航空器/航天器数据(103，203)。本发明还提供一种航空器/航天器及对应的通信方法。

Description

通信系统、航空器或航天器以及通信方法
技术领域
本发明涉及通信系统、航空器/航天器以及通信方法。
背景技术
现今，航空器/航天器通常提供在飞行期间在航空器/航天器上存储数据的可能性。这种数据被用于评估以及根本原因分析(例如，在事故发生之后)。
为此目的，通常在航空器/航天器上使用在飞行期间存储数据的飞行数据记录仪。事故发生之后，对所述飞行数据记录仪进行定位和回收。在回收之后，可以提取并分析存储的数据。
为了定位飞行数据记录仪，所述飞行数据记录仪通常包括称为水下定位信标的定位辅助装置，其发出频率为大约37.5kHz的声学信号，该信号可以使用基于声纳的技术来定位。这种声学信号的检测范围为4000m。
为了改进定位这种飞行数据记录仪的步骤，在现代飞行数据记录仪中也可以使用发出频率为大约8.8kHz的声学信号的定位辅助装置。所述频率为8.8kHz的声学信号可以在大约13km的距离内被定位。
例如，在WO2013088275A1中公开了可能的定位辅助装置。
例如使用试图检测并精确定位所述定位辅助装置的声学信号的回收船，特定的定位辅助装置、因此航空器/航天器也可以在海上事故期间被定位和回收。
发明内容
在这种背景技术下，本发明的目的是使飞行数据能够被简单地检测。
根据本发明，该目的是通过具有权利要求1的特征的通信系统、具有权利要求7的特征的航空器/航天器以及具有权利要求8的特征的通信方法实现的。
因此，提供一种用于航空器/航天器的星基通信的通信系统。该通信系统包括：数据存储器，其被设计成在航空器/航天器的运行期间存储航空器/航天器数据；通信设备，其被设计成与至少一个星基通信系统通信；以及控制设备，其连接至数据存储器和通信设备，并且被设计成通过通信设备输出航空器/航天器的运行期间存储在数据存储器中的航空器/航天器数据。
此外，提供一种航空器/航天器，其包括根据本发明的通信系统。航空器/航天器可以被理解为是指任何类型的航空器/航天器。
最后，提供一种用于航空器/航天器的星基通信的通信方法。该通信方法包括在航空器/航天器运行期间存储航空器/航天器数据、与至少一个星基通信系统通信以及通过与至少一个星基通信系统通信来输出航空器/航天器的运行期间存储的航空器/航天器数据。
本发明基于的知识是，例如，在航空器/航天器运行期间，如果航空器/航天器数据已经输出到中央数据管理系统，则可以非常容易地评估该数据。
本发明利用这种知识并在航空器/航天器中设置一种系统，该系统存储航空器/航天器数据并且能够在航空器/航天器运行期间就已经通过星基方式输出该数据。在这种情况下，例如，航空器/航天器数据可以是通常存储在飞行数据记录仪上的数据。因此，例如，这种数据可以包括飞行数据(例如，航空器/航天器的位置和定向)、来自航空器/航天器的驾驶舱或座舱的音频数据、来自航空器/航天器的驾驶舱或座舱的图像数据等。
因此，例如，本发明对传统的飞行数据记录仪的补充之处在于航空器/航天器数据可以在事故之前和/或事故期间就已经被输出。如果所有飞行数据在事故期间就已经被输出，则甚至可以免除回收飞行数据记录仪。
可以在另外的从属权利要求和参照附图的说明中理解有利的实施方式和改进。
根据一种改进，通信设备可以包括第一天线阵列，其被设计成将数据传输至包括对地静止卫星的第一星基通信系统。此外，控制设备可以被设计成在航空器/航天器的正常运行期间并且在能够通过第一星基通信系统进行数据通信时通过第一星基通信系统输出航空器/航天器数据。
在包括对地静止卫星的星基通信系统中，出于与物理学有关的原因，对地静止站需要垂直位于赤道上方。对地静止卫星总是保持在赤道上的同一点上方。结果，对于地球表面上固定点处的观察者而言，对地静止卫星总是看起来在天空中的同一位置。
为了与这种星基通信系统的卫星通信，必须精确对准其中一颗卫星。例如，在建筑物的情况下，这在调节天线时通常仅发生一次。然而，如果航空器/航天器使用通过包括对地静止卫星的星基通信系统进行的星基通信，则航空器/航天器上的天线在飞行期间必须重新调节。
由于包括卫星的星基通信系统的卫星必须垂直位于赤道上方以保持它们相对于地球的位置，因此与这种星基通信系统进行的通信在极地冰盖处是不可能的。由于包括对地静止卫星的星基通信系统通常用于静止的应用，因此可用性在海洋范围内同样受到限制。
此外，通过包括对地静止卫星的星基通信系统进行通信需要较大量的能量。因此，用于通过包括对地静止卫星的星基通信系统进行通信的通信系统在失灵或故障的情况下通常快速断开。
包括对地静止卫星的星基通信系统具有高数据传输速率，并且可通过成本有效的方式用于从航空器/航天器中传输航空器/航天器数据。可以引用INMARSAT系统作为包括对地静止卫星的星基通信系统的例子。
根据一种改进，通信设备可以包括第二天线阵列，其被设计成将数据传输至包括非对地静止卫星的第二星基通信系统。此外，控制设备可以被设计成在航空器/航天器的异常运行期间通过第二星基通信系统输出航空器/航天器数据。
航空器/航天器的异常运行被理解为是指航空器/航天器不处于正常运行的任何飞行情况。例如，在航空器/航天器的异常运行期间可能出现紧急情况，使得难以或不能控制航空器/航天器，或通过另一种方式限制航空器/航天器的运行。
在包括非对地静止卫星的星基通信系统中，卫星沿轨道绕地球运行。在这种情况下，卫星相对于地球移动。使用必须以精确的方式对准的单个卫星不能产生通过这种包括非对地静止卫星的星基通信系统进行的通信。相反，通过这种包括非对地静止卫星的星基通信系统进行的通信使用交替的卫星产生，这些交替的卫星可以在任何指定的时刻被通信设备接收到。因此，例如，省略了引导天线并对准单独的卫星的步骤。
在包括非对地静止卫星的星基通信系统中，例如，可以将多个天线分组成单独的参与者，这些天线为单独的“单元”或区域提供覆盖区，或者可以使用具有多波瓣特性的对应的相控阵天线。在这种情况下，区域或单元被调整为总是可以对准用于通信程序的足够数量的卫星。
卫星可以在这种星基通信系统中形成独立的数据传输网络。因此，由卫星接收到的数据可以从卫星传输到卫星，例如，直到其中一个卫星将数据传输至地面站。
由于非对地静止卫星相对于地球表面并非处于固定位置而是沿轨道绕地球运行，因此，例如，这些卫星还可以飞越极地冰盖和海洋。通过足够密集的卫星网络，可以遍及整个地球提供永久或准永久的可用性。
由于与包括对地静止卫星的星基通信系统相比具有截然不同的数据传输原理，因此包括非对地静止卫星的星基通信系统实现了较低的数据传输速率。然而，天线不必指向卫星。结果，例如，如果航空器/航天器的当前定向或位置是未知的或不能再被检测到，则数据传输也仍然是可能的。
可以引用IRIDIUM系统作为包括非对地静止卫星的星基通信系统的例子。
根据一种改进，第二天线阵列可以与用于应急位置传输系统的第三天线阵列结合实现，这能够与应急位置传输系统的控制设备结合地实现控制设备。“与……结合”应理解为是指第三天线阵列也可以用作第二天线阵列或第二天线阵列可以与第三天线阵列一起在壳体中实现。
Cospas-Sarsat卫星系统通常用于现代航空器/航天器中的应急位置传输系统，该卫星系统仅用于定位航空器/航天器。不能使用该系统传输数据。
然而，每个航空器/航天器都设置有这种应急位置传输系统。该应急位置传输系统也称为应急定位发射机(Emergency Locator Transmitter)或ELT。因此，已经可使用用于与Cospas-Sarsat卫星系统通信的基础设施。此外，例如，由于在任何系统中都不需要可引导的天线，因此该基础设施还可用于通过包括非对地静止卫星的星基通信系统来整合通信。
因此，根据本发明的通信系统可以非常容易地集成于已经存在于航空器/航天器中的系统中，而不需要提供额外的硬件，例如计算机和布线。
例如，控制设备的功能可以被部分地提供为已经存在于航空器/航天器中的ELT控制设备的扩展。因此，ELT系统的天线的布线已经存在并且ELT天线可直接用于包括非对地静止卫星的星基通信系统或者第二天线阵列可以非常容易地被额外地集成为该ELT天线上的相控阵天线。因此，用于与第二星基通信系统通信的控制设备的至少一部分可以集成于ELT系统的已经存在的控制设备中。
根据一种改进，控制设备可以被设计成标记已经传输的航空器/航天器数据并且将该数据存储于航空器/航天器的应急存储器中。
例如，应急存储器可以是可作为冗余数据存储器额外存储航空器/航天器数据的飞行数据记录仪。因此，该应急存储器被用作航空器/航天器中的冗余本地存储器，并且例如可以在航空器/航天器事故之后按照迄今的惯例回收。航空器/航天器数据还可以独立于控制设备之外被存储于飞行数据存储器中。
根据一种改进，控制设备可以被设计成从电气和/或电子系统中恢复航空器/航天器数据，并且将所述数据存储在数据存储器中以备传输，控制设备特别地可以被设计成压缩并打包所存储的数据。
因此，控制设备对数据检测和数据传输都进行控制。由于已经存在于航空器/航天器中的控制设备不仅可用于数据传输而且还可以用于检测，因此这种分配节省了资源。此外，可以确保产生以与星基通信质量相关的当前信息为基础的数据。通过压缩并打包数据，还可以确保高效的数据传输。数据包的大小可以根据所传输的数据的及时性要求来确定。
由于控制设备用于数据传输和数据检测或准备，还可以通过星基通信将控制命令传输至控制设备。因此，例如，可以主动请求数据包的传输，或者可以设定要传输的数据包的大小。
此外，例如，控制设备可以保护所传输的数据。为此目的，例如，控制设备可以使用纠错机制，并且例如从数据的接收器接收和评估校验和等。
在适当的情况下，上述实施方式和改进可以通过任何方式组合。即使没有明确指出，但是本发明的其他可能的实施方式、改进和实现方式包括前述或下面针对实施方式描述的本发明的特征的组合。特别地，本领域技术人员还将添加单独的方面作为对本发明的特定的基本形式的改进或补充。
附图说明
下面将参照在示意性附图中示出的实施方式来更详细地描述本发明，在附图中：
图1为根据本发明的通信系统的实施方式的框图；
图2为根据本发明的通信系统的另一种实施方式的框图；
图3为根据本发明的航空器/航天器的实施方式的框图；以及
图4为根据本发明的方法的实施方式的流程图。
附图旨在方便进一步理解本发明的实施方式。所述附图示出了实施方式，并且与说明书一起用于说明本发明的原理和概念。可以参照附图理解其他的实施方式和许多提及的优点。附图的元素不一定相对于彼此以真实的比例示出。
在附图的视图中，除非另有指明，否则相同的元件、特征和部件在每种情况下都具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1为根据本发明的通信系统100的实施方式的框图，其用于航空器/航天器(参见图3)所用的星基通信。通信系统100包括连接至数据存储器102且连接至通信设备104的控制设备101。
数据存储器102在航空器/航天器的运行期间存储航空器/航天器数据103。例如，该航空器/航天器数据103可以是通常存储在飞行数据记录仪上的数据。例如，这种数据可以包括飞行数据(例如，航空器/航天器的位置和定向)、来自航空器/航天器的驾驶舱或座舱的音频数据、来自航空器/航天器的驾驶舱或座舱的图像数据等。在一种实施方式中，数据存储器102也可以是存储航空器/航天器数据103并且可以通过数据接口输出该数据的飞行数据记录仪。
通信设备104能够与至少一个星基通信系统105通信，即，向其发送数据或从其接收数据。
因此，控制设备101可以读出航空器/航天器运行期间存储在数据存储器102中的航空器/航天器数据103，并且通过星基通信系统105输出该数据，例如，输出至中央管理站(没有单独示出)，该中央管理站评估航空器/航天器数据103，或仅存储该数据以便在需要时评估该数据。
此外，例如，控制设备101的该中央管理站还可以传输控制命令，借助于该控制命令可以控制航空器/航天器数据103的传输。例如，可以明确请求航空器/航天器数据103，或者可以中断航空器/航天器数据103的传输。
因此，使用通信系统100，可以在事故发生之前的正常运行期间和/或事故期间就已经输出航空器/航天器数据103。
图2示出了另一种通信系统200的框图。该通信系统200基于通信系统100，并且包括两个天线设备206、210。
第一天线设备206被设计成与第一星基通信系统205进行通信。第一星基通信系统205包括对地静止卫星。因此，在航空器/航天器的位置改变时必须重新调节第一天线阵列206，使得相关卫星仍被对准。通过第一星基通信系统205进行的通信消耗较大量的能量，同时具有高数据速率。例如，第一星基通信系统可以是INMARSAT系统。
第二天线设备210被设计成与第二星基通信系统208和第三星基通信系统209进行通信。与第一星基通信系统205相比，第二星基通信系统208和第三星基通信系统209包括非对地静止卫星。例如，第二星基通信系统208可以为IRIDIUM系统或IRIDIUM NEXT系统。例如，第三星基通信系统209可以为ELT系统，其在紧急情况下用于确定或传输位置。
为了与非对地静止卫星通信，天线设备206、210被设计成使得它们同时覆盖多个区域。在这种情况下，被覆盖的区域适应相关系统的卫星分布。与第二星基通信系统208和第三星基通信系统209进行通信的第二天线阵列210可以被设计成使得其可以接收到第二星基通信系统208和第三星基通信系统209的两个卫星。可替代地，第二天线阵列210甚至可以包括两个天线。
因此，通信设备204包括三个不同的卫星调制解调器207、211、212。第一调制解调器207用于通过第一星基通信系统205进行通信。第二调制解调器211用于通过第二星基通信系统208进行通信。最后，第三调制解调器212用于通过第三星基通信系统209进行通信。在这种情况下，由于第三调制解调器212不传输任何航空器/航天器数据203，该调制解调器不连接至控制设备201。
除了航空器/航天器数据203之外，控制设备201还从数据存储器203获得应急信号214。例如，可以通过可以识别航空器/航天器是否存在紧急情况的航空器/航天器系统产生应急信号214。例如，控制设备201可以通过第一星基通信系统205在正常飞行情况下(即，不是在紧急情况下)输出航空器/航天器数据203。然而，如果存在紧急情况，则控制设备201可以切换到第二星基通信系统208。结果，由于与第二星基通信系统208进行的通信耗能较少，因此可以减少能量消耗。另外，不需重新调节天线阵列210。因此，即使航空器/航天器的位置或定向以不受控的方式改变，也可以保持通信。
最后，在通信系统200中设置有应急存储器213。例如，控制设备201将已经传输的航空器/航天器数据203存储于应急存储器213中。例如，应急存储器213可以为飞行数据记录仪。
可替代地，控制设备201还可以从应急存储器213中读出航空器/航天器数据203。例如，应急存储器213(即，飞行数据记录仪)自主地、即在控制设备201不参与的情况下存储航空器/航天器数据203。这对应于传统飞行数据记录仪的功能。然而，应急存储器213还可以被设计成将存储的航空器/航天器数据203输出至控制设备201。然后，该控制设备可以通过星基方式输出航空器/航天器数据203。
图3为包括根据本发明的通信系统300的航空器/航天器320的框图。通信系统300仅示意性示出为包括两个天线设备306和310的控制设备301。两个天线设备306和310各自与第一星基通信系统305、第二星基通信系统308和第三星基通信系统310通信。
清楚的是，参照图1和图2描述的根据本发明的通信系统的每种实施方式都可用于航空器/航天器320。
在这种情况下，控制设备可以特别地集成于ELT系统(即，应急定位发射机)中，并且第二天线设备310可以为ELT系统的天线设备。
图4为根据本发明的用于航空器/航天器320的星基通信的通信方法的实施方式的流程图。
为了清楚起见，在基于方法的图4的说明中保留图1至图3的附图标记。
该通信方法包括在航空器/航天器320的运行期间存储(S1)航空器/航天器数据103、203。此外，该通信方法包括与至少一个星基通信系统105、205、208、209、305、308、309通信(S2)。最后，通过与至少一个星基通信系统105、205、208、209、305、308、309通信来输出航空器/航天器320的运行期间存储的航空器/航天器数据103、203。
航空器/航天器数据103、203可以通过航空器/航天器320的电气和/或电子系统恢复，并且被存储以备传输。为此目的，存储的航空器/航天器数据103、203可以特别地被压缩和打包。可以将已经传输的航空器/航天器数据103、203标记并存储于航空器/航天器320的应急存储器213中。
在通信期间，可以通过第一天线阵列206、306将数据传输至包括对地静止卫星的第一星基通信系统205、305，可以在航空器/航天器320的正常运行期间并且在能够通过第一星基通信系统205、305进行数据通信时通过第一星基通信系统205、305输出航空器/航天器数据103、203。
然而，在通信期间，也可以通过第二天线阵列210、310将数据传输至包括非对地静止卫星的第二星基通信系统208、308，可以在航空器/航天器320的异常运行期间通过第二星基通信系统208、308输出航空器/航天器数据103、203。
在通过第二天线阵列210、310进行通信期间，可以通过用于应急位置传输系统的第三天线阵列进行通信。因此，第二天线阵列210、310可以同时为应急位置传输系统的天线阵列。同时，可以在应急位置传输系统的控制设备101、201、301中控制通信方法。因此，不需要用于通信方法的单独的控制设备。
通常被包括在ELT系统或飞行记录仪中的应急电源没有在图中单独示出。然而，清楚的是，本发明的每种实施方式还可以包括用于通信系统的应急电源。
附图标记列表
100，200，300 通信系统
101，201，301 控制设备
102，202 数据存储器
103，203 航空器/航天器数据
104，204 通信设备
105 星基通信系统
205，305 第一星基通信系统
206，306 第一天线阵列
207 第一调制解调器
208，308 第二星基通信系统
209，309 第三星基通信系统
210，310 第二天线阵列
211 第二调制解调器
212 第三调制解调器
213 应急存储器
214 应急信号
320 航空器/航天器
S1–S3 方法步骤

Claims (9)

1.一种通信系统(100，200，300)，其用于航空器/航天器(320)的星基通信，所述通信系统(100，200，300)包括：
数据存储器(102，202)，其被设计成在航空器/航天器(320)的运行期间存储航空器/航天器数据(103，203)；
通信设备(104，204)，其被设计成与至少一个星基通信系统(105，205，208，209，305，308，309)通信；以及
控制设备(101，201，301)，其连接至数据存储器(102，202)和通信设备(104，204)，并且被设计成通过通信设备(104，204)输出航空器/航天器(320)的运行期间存储在数据存储器(102，202)中的航空器/航天器数据(103，203)，
其中，通信设备(104，204)包括被设计成将数据传输至包括对地静止卫星的第一星基通信系统(205，305)的第一天线阵列(206，306)和被设计成将数据传输至包括非对地静止卫星的第二星基通信系统(208，308)的第二天线阵列(210，310)，并且其中控制设备(101，201，301)被设计成在航空器/航天器(320)的正常运行期间并且在能够通过第一星基通信系统(205，305)进行数据通信时通过第一星基通信系统(205，305)输出航空器/航天器数据(103，203)，并且在航空器/航天器(320)的异常运行期间通过第二星基通信系统(208，308)输出航空器/航天器数据(103，203)。
2.根据权利要求1所述的通信系统(100，200，300)，其中，第二天线阵列(210，310)与用于应急位置传输系统的第三天线阵列结合实现，并且其中控制设备(101，201，301)与应急位置传输系统的控制设备结合实现。
3.根据权利要求1或2所述的通信系统(100，200，300)，其中，控制设备(101，201，301)被设计成标记已经传输的航空器/航天器数据(103，203)并且将所述数据存储于航空器/航天器(320)的应急存储器(213)中。
4.根据权利要求1或2所述的通信系统(100，200，300)，其中，控制设备(101，201，301)被设计成从航空器/航天器(320)的电气和/或电子系统中恢复航空器/航天器数据(103，203)，并且将所述数据存储于数据存储器(102，202)中以备传输，其中控制设备(101，201，301)特别地被设计成压缩并打包所存储的航空器/航天器数据(103，203)。
5.一种航空器/航天器(320)，其包括根据前述权利要求1-3中任一项所述的通信系统(100，200，300)。
6.一种通信方法，其用于航空器/航天器(320)的星基通信，其中，所述通信方法包括下述方法步骤：
在航空器/航天器(320)的运行期间存储(S1)航空器/航天器数据(103，203)；
与至少一个星基通信系统(105，205，208，209，305，308，309)通信(S2)；以及
通过与至少一个星基通信系统(105，205，208，209，305，308，309)通信来输出(S3)航空器/航天器(320)的运行期间存储的航空器/航天器数据(103，203)，
其中，在通信期间，通过第一天线阵列(206，306)将数据传输至包括对地静止卫星的第一星基通信系统(205，305)或者通过第二天线阵列(210，310)将数据传输至包括非对地静止卫星的第二星基通信系统(208，308)，并且其中在航空器/航天器(320)的正常运行期间并且在能够通过第一星基通信系统(205，305)进行数据通信时通过第一星基通信系统(205，305)输出航空器/航天器数据(103，203)，并且在航空器/航天器(320)的异常运行期间通过第二星基通信系统(208，308)输出航空器/航天器数据(103，203)。
7.根据权利要求6所述的通信方法，其中，在通过第二天线阵列(210，310)进行通信期间，通过用于应急位置传输系统的天线阵列进行通信，并且其中在应急位置传输系统的控制设备(101，201，301)中控制通信方法。
8.根据权利要求6或7所述的通信方法，其中，已经传输的航空器/航天器数据(103，203)被标记并存储于航空器/航天器(320)的应急存储器(213)中。
9.根据权利要求6或7所述的通信方法，其中，航空器/航天器数据(103，203)由航空器/航天器(320)的电气和/或电子系统恢复，并被存储以备传输，其中存储的航空器/航天器数据(103，203)特别地被压缩并打包。
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