CN109818699A - 用于在飞行器中广播时间基准的系统 - Google Patents

用于在飞行器中广播时间基准的系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在飞行器中广播时间基准的系统。一种用于在飞行器的一组装置(7)上广播航空电子时间基准的系统，所述系统包括主时钟(5)，所述主时钟被配置成根据属于无线航空电子内部通信频带的至少一个预定频率经由无线通信网络(3)来广播所述航空电子时间基准。

Description

用于在飞行器中广播时间基准的系统
技术领域
本发明涉及经由无线通信来在飞行器的航空电子系统的一组装置上广播时间基准。
背景技术
当前，在飞行器的航空电子平台上的时间基准分发可包括若干时钟源。一般地，存在三个时钟源被适配成生成和确定飞行器的时间基准。第一源是源自一般被整合到称为多模式接收机MMR的接收装置中的GPS(全球定位系统)卫星地理定位系统的精确主要源。源自该主要源的信号被用作作为次要源的另外两个源的输入。这些次要源包括大气数据惯性基准单元ADIRU并且可选地包括专用功能为分发时钟的LRU(线路可更换单元)装置：“LRU-Clock”。
时间基准的分发是根据ARINC 664标准第7部分通过确定性交换式以太网类型的航空电子网络来执行的。这种网络可以例如与通信网络相对应。该网络中的通信是在虚拟链路上执行的，并且每个虚拟链路具有通过该网络的预留端到端路径。时间基准的分发经过托管专用于分发的功能的、名为SCI(安全通信接口)的安全网关。
然而，出于操作原因，某些装置通过特定总线和/或网关来接收时间基准。分发的选择取决于源的有效性和可用性。此外，针对维护需求，其他装置还可以使用通过SCI网关的其他源。所有这些不同源和网关增加了航空电子平台架构的复杂性和分发功能的复杂性。
此外，由于此架构中所涉及的装置是异步的并且考虑到由这些不同网关引起的延迟时间，转发该时间基准的滞后是不可忽略的并且所推断的精确度是有限的。例如，链接主要源(GPS)、次要源(ADIRU-LRU-Clock)、AFDX网络和SCI网关的路径引起了秒量级的延迟。在LRU-Clock时钟出现故障的情况下，该延迟将大约会是双倍的。
此外，源的多样性和架构的复杂性降低了对分发时间基准所需的初始化时间的优化。此外，在平台或装置的局部或临时丢失的情况下，该时间基准可能不再可用。
本发明的目的是提出一种用于在飞行器的一组装置上广播时间基准的系统，该系统弥补上述缺点、最小化传送延迟并且简化实施方式，同时增加公共时间基准的精确度和可靠性。
发明内容
本发明由一种用于在飞行器的一组装置上广播航空电子时间基准的系统来限定，所述系统包括主时钟，所述主时钟被配置成根据属于专用于无线内部航空电子通信(称为WAIC)的频带的至少一个预定频率经由无线通信网络来(例如，以周期性的方式)广播所述航空电子时间基准。
这种广播系统具有鲁棒性并且实施起来非常简单，允许这些不同的航空电子装置且无论其在该飞行器中的位置如何均以可靠且精确的方式共享同一时间基准。更具体地，通过依赖于RF传输，这种广播系统减小了传送延迟并且确保由这些不同装置接收时间基准的准同时，由此减小订户之间对主时钟的偏差效应。此外，这种配置的简单性允许时间基准的最佳初始化管理以及持续的可用性。
有利地，所述主时钟被配置成从航空电子多模式接收设备(称为MMR)接收所述航空电子时间基准，该MMR被配置成根据卫星地理定位来生成基准时间。所述主时钟可以是经由以太网类型的标准有线连接而被链接至所述MMR设备的专用装置，或者可以被整合到所述MMR设备中。
根据本发明的第一优选实施例，所述主时钟被配置成在无线航空电子网络上使用时间同步协议。
根据本发明的第二优选实施例，所述主时钟被配置成通过无线电波(幅值调制的无线电波或频率调制的无线电波)来发射该时间基准，该无线电波的载波频率位于无线航空电子内部通信频率的带宽中，所述无线电波被配置成使包括在所述装置中的内部时钟与所述时间基准同步。
本实施例实施起来非常简单，并且使得可以限制总误差。除了具有简单性和鲁棒性之外，本实施例与GPS时间解码器的实施方式比起来是经济的。
有利地，每个装置的内部时钟包括用于进行调节的设备(石英类型的)以及时间设定。
本发明还涉及一种航空电子系统，该航空电子系统包括根据前述特征中任一项所述的广播系统，进一步包括被适配成接收所述航空电子时间基准的所述一组装置，每个装置被配置成将所述时间基准的接收值与其内部时钟结合，以便推导出公共航空电子基准时间。
有利地，所述主时钟被配置成分别根据包括在WAIC无线航空电子内部通信频带中的第一预定频率和第二预定频率来在第一通路和第二通路上发射该时间基准，并且该航空电子系统的特征在于，这些装置中的每一个装置包括所述第一通路和所述第二通路的冗余管理器。
因此，在该第一通路上丢失该时间基准的信息的情况下，这些接收机装置将使用所述第二通路作为求助通路或备用通路。
有利地，该冗余管理器被配置成根据选自以下逻辑中任一项的预定管理逻辑进行操作：
-所使用的所述时间基准与经由所述第一通路或所述第二通路首先接收到的时间基准相对应，
-所使用的所述时间基准与经由选自所述第一通路和所述第二通路中的单个通路接收到的时间基准相对应，并且在所选通路上发生信号丢失的情况下，则所使用的所述时间基准与经由剩余通路接收到的时间基准相对应，以及
-所接收的时间基准与经由所述第一通路和所述第二通路接收到的时间基准的平均值相对应，并且在所述通路之一上发生信号丢失的情况下，则仅使用经由剩余通路接收到的时间基准。
本发明还设想了一种包括根据上文特征中任一项所述的航空电子系统的飞行器。
本发明最后涉及一种用于在飞行器的一组装置上广播航空电子时间基准的方法，所述方法包括：根据属于专用于WAIC无线内部航空电子通信的频带的至少一个预定频率经由无线通信来广播所述航空电子时间基准。
附图说明
通过阅读参照附图给出的本发明的优选实施例，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，在附图中：
图1根据本发明的一个实施例以示意性方式表示了一种用于经由无线通信在飞行器的一组装置上广播航空电子时间基准的系统；
图2根据本发明的一个实施例以示意性方式展示了一组装置对时间基准的接收日期；
图3根据本发明的第一优选实施例以示意性方式表示了一种包括该广播系统的航空电子系统；
图4根据本发明的第二优选实施例以示意性方式表示了一种包括该广播系统的航空电子系统；并且
图5根据本发明的特定实施例以示意性方式表示了一种包括该广播系统的航空电子系统。
具体实施方式
支撑本发明的概念是经由无线通信在航空电子平台上对公共时间基准的非确定性广播。
图1根据本发明的一个实施例以示意性方式表示了一种用于经由无线通信在飞行器的一组装置上广播航空电子时间基准的系统。
该无线通信系统是称为WAIC的无线航空电子内部通信系统(即，专用于航空电子通信的系统)。WAIC旨在用于在同一飞行器上的多个航空电子部件之间进行无线电通信。因此，其为每个飞行器独有的封闭式无线通信网络。其旨在用于仅仅在该飞行器内部的部件之间进行无线电通信。其使用位于4200MHz与4400MHz之间的频带。
根据本发明，广播系统1包括主时钟5，该主时钟被配置成经由WAIC无线航空电子内部通信网络3来在飞行器的一组装置7上广播航空电子时间基准。对航空电子时间基准的广播是根据例如位于属于WAIC无线航空电子内部通信网络3的频带的大约4200MHz与4400MHz之间的至少一个预定频率来执行的。该时间基准因此以精确且可靠的方式被分发给所有订户装置7，无论这些装置在飞行器中的位置如何。
主时钟5装配有包括天线53的发射器51，该天线被配置成基于属于WAIC频带的频率经由无线网络3来发射信号。同样地，这些订户装置7中的每一个包括接收机71，该接收机包括被适配成从主时钟5接收时间基准的信号的天线73。因此，根据本发明的广播系统1包括主时钟5以及被装配到飞行器的不同装置7上的接收机71。
有利地，主时钟5被配置成例如根据大约500ms的周期以周期性的方式来发射航空电子时间基准，使得装置7也以周期性的方式接收该时间基准。
更具体地，由飞行器的不同装置7中的每一个装置以相对于该时间基准的发射日期的微小时间偏移来周期性地接收该时间基准。每个装置7被配置成将此接收时间值与其内部时钟的时间结合，以便从中推导出飞行器的公共基准时间。
图2根据本发明的一个实施例以示意性方式展示了一组装置对时间基准的接收日期。
本示例展示了主时钟对时间基准的发射日期te与这些不同装置7对此基准的接收日期tr之间的时间偏移或延迟时间。假定由主时钟5发射的信号的传播速度为3×108m/s，则该延迟时间是完全可忽略不计的。因此，对于任何类型的飞行器，该延迟时间将总是小于0.3毫秒。此外，高信号传播速度意味着这些不同装置7准同步地接收时间基准，从而使得可以共享同一航空电子基准。
图3根据本发明的优选实施例以示意性方式表示了一种包括该广播系统的航空电子系统。
该航空电子系统包括航空电子平台，该航空电子平台包括主时钟5、一组装置7、WAIC无线通信网络以及MMR(多模式接收机)多模式接收设备9。
MMR航空电子设备9被配置成基于GPS类型的卫星地理定位系统来生成基准时间。主时钟5被配置成从MMR 9接收航空电子时间基准，并且经由WAIC无线航空电子内部通信网络3在一组装置7上周期性地广播时间基准。
因此，MMR 9是主时钟5的参考基准，并且主时钟可以有利地被整合到MMR设备9中。根据一种变体，主时钟5是经由以太网、ARINC 429等类型的标准有线连接而被链接至MMR设备的专用装置。
根据图3中表示的本发明的第一优选实施例，主时钟5被配置成在WAIC无线航空电子内部通信网络3上使用时间同步协议。该同步协议类似于在通常针对WIFI类型的技术限定的SNTP(简单网络时间协议)、PTP(精确时间协议)、RBS(参考广播时间同步)类型的常规计算网络上使用的那些协议。
有利地，这种解决方案是通过以下方式来执行的：通过依赖于诸如ZIGBee、WIFI等标准通信协议根据“广播”模式进行广播，同时使这些频率与WAIC无线航空电子内部通信网络的频率相适配，并且同时符合与例如订户的数量、要覆盖的距离等相关的预期性能约束。
图4根据本发明的第二优选实施例以示意性方式表示了一种包括该广播系统的航空电子系统。
根据此第二实施例，主时钟5包括无线电发射器57，该无线电发射器被配置成通过无线电波来发射“世界时间”UTC(协调世界时间)类型的时间基准，该无线电波的载波频率位于WAIC无线航空电子内部通信网络的带宽中。
该无线电波可以根据幅值调制或相位调制来实施，并且被配置成控制包括在装置7中的内部时钟75以便使这些内部时钟与时间基准同步。订户装置7包括用于接收无线电信号的接收机77。
应当注意的是，MMR 9总是保持主时钟5的参考基准，并且该主时钟可以被整合到MMR设备9中或者经由标准有线连接而被链接至MMR设备。
本实施例基于与由无线电控制时间站发射的时间信号同步的无线电控制时钟的常规方式，该无线电控制时间站诸如采用77.5kHz的时间基准分发的德国系统“DCF77”、或采用162kHz的法国系统“ANFR”(法国国家频率管理局)。
有利地，每个装置7的内部时钟75包括用于进行调节的常规设备79以及石英类型的时间设定。这可选地使得可以借助于无线电信号来执行校正，以便减轻在雷电或其他不希望电磁效应的情况下的信号接收丢失。
图5根据本发明的特定实施例以示意性方式表示了一种包括该广播系统的航空电子系统。应当注意的是，本实施例适用于图3和图4的第一模式和第二模式。
根据此特定实施例，主时钟5被配置成分别根据包括在WAIC无线航空电子内部通信网络3的频带中的第一预定频率F1和第二预定频率F2来在第一通路V1和第二通路V2上发射时间基准。
此外，装置7中的每一个都包括这些第一通路V1和第二通路V2的冗余管理器72。冗余管理器72被适配成在这两个通路V1、V2之一发生异常的情况下选择有效的通路。
更具体地，冗余管理器72被配置成根据预定管理逻辑进行操作。
根据该管理逻辑的第一实施例，由装置7使用的时间基准与经由第一通路V1或第二通路V2首先接收到的时间基准相对应。因此，如果所获得的第一时钟时间是第一通路V1的采用频率F1所获得的时间，则此第一时间被冗余管理器72选择成由装置7使用。
根据该管理逻辑的第二实施例，所使用的时间基准与经由选自第一通路V1和第二通路V2中的单个通路接收到的时间基准相对应，并且在所选通路上发生信号丢失的情况下，则由装置7使用的时间基准与经由剩余通路接收到的时间基准相对应。例如，通常使用的唯一通路可以是第一通路V1(根据频率F1)，并且如果此第一通路V1丢失，则冗余管理器72使用根据频率F2的第二通路V2。
根据该管理逻辑的第三实施例，所接收到的时间基准与经由第一通路V1和第二通路V2接收到的时间基准的平均值相对应，并且在这两个通路之一上发生信号丢失的情况下，则该装置仅使用经由剩余通路接收到的时间基准。因此，以惯用方式，冗余管理器72计算经由第一通路V1接收到的第一时间基准与经由第二通路V2接收到的第二时间基准的平均值。如果这两个通路之一丢失，则该冗余管理器选择保持有效的通路而无需求平均。

Claims (11)

1.一种用于在飞行器的一组装置(7)上广播航空电子时间基准的广播系统，所述广播系统包括主时钟(5)，所述主时钟被配置成根据属于专用于无线内部航空电子通信的频带的至少一个预定频率经由无线通信网络(3)来广播所述航空电子时间基准，其特征在于，所述主时钟进一步被配置成分别根据包括在所述专用于无线内部航空电子通信的频带中的第一预定频率和第二预定频率来在第一通路和第二通路(V1，V2)上发射所述航空电子时间基准。
2.根据权利要求1所述的广播系统，其特征在于，所述主时钟(5)被配置成从航空电子多模式接收设备(9)接收所述航空电子时间基准，所述航空电子多模式接收设备被配置成根据卫星地理定位来生成所述航空电子时间基准。
3.根据权利要求1或2所述的广播系统，其特征在于，所述主时钟(5)被配置成在所述无线通信网络(3)上使用时间同步协议。
4.根据权利要求1或2所述的广播系统，其特征在于，所述主时钟(5)被配置成通过无线电波来发射所述航空电子时间基准，所述无线电波的载波频率位于所述无线内部航空电子通信的频率的带宽中，所述无线电波被配置成使包括在所述装置(7)中的内部时钟(75)与所述航空电子时间基准同步。
5.根据权利要求1或2所述的广播系统，其特征在于，每个装置(7)的所述内部时钟(75)包括用于进行调节的设备(79)以及时间设定。
6.一种航空电子系统，包括根据前述权利要求中任一项所述的广播系统，其特征在于，所述航空电子系统进一步包括被适配成接收所述航空电子时间基准的所述一组装置(7)，每个装置(7)被配置成将所述航空电子时间基准的接收值与其内部时钟(75)结合，以便推导出公共航空电子基准时间。
7.根据权利要求6所述的航空电子系统，其特征在于，所述装置(7)中的每个装置包括所述第一通路和所述第二通路的冗余管理器(72)。
8.根据权利要求6或7所述的航空电子系统，其特征在于，所述专用于无线内部航空电子通信的频带是WAIC无线航空电子内部通信频带。
9.根据权利要求6或7所述的航空电子系统，其特征在于，所述冗余管理器(72)被配置成根据选自以下逻辑中任一项的预定管理逻辑进行操作：
-所使用的所述航空电子时间基准与经由所述第一通路或所述第二通路首先接收到的时间基准相对应，
-所使用的所述航空电子时间基准与经由选自所述第一通路和所述第二通路中的单个通路接收到的时间基准相对应，并且在所选通路上发生信号丢失的情况下，则所使用的所述航空电子时间基准与经由剩余通路接收到的时间基准相对应，以及
-所接收的时间基准与经由所述第一通路和所述第二通路接收到的时间基准的平均值相对应，并且在所述第一通路和第二通路之一上发生信号丢失的情况下，则仅使用经由剩余通路接收到的时间基准。
10.一种飞行器，包括根据权利要求6至9中任一项所述的航空电子系统。
11.一种用于在飞行器的一组装置(7)上广播航空电子时间基准的方法，其特征在于，所述方法包括：分别根据包括在专用于无线内部航空电子通信的频带中的第一预定频率和第二预定频率在第一通路和第二通路(V1，V2)上经由无线通信网络(3)来广播所述航空电子时间基准。
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