CN114929579A - 用于防止天电干扰对空中和地面上的航空器带来的风险的设备 - Google Patents

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Abstract

用于实时防止天电干扰对空中或地面上的航空器(1)带来的风险的设备(DIS)，包括能够获取对应所述风险的数据的获取装置，其特征在于，该设备包括设计装置(5)和保护装置(MP)，该设计装置能够创建与至少一个确定的干扰风险等级相对应的至少一个临界区域的预测地图，该保护装置用于保护该航空器(1)上的、在该航空器(1)通过该至少一个临界区域时容易损坏的电子元件(14)。

Description

用于防止天电干扰对空中和地面上的航空器带来的风险的 设备
本发明涉及航空器，尤其涉及航空器上的乘客的安全。
交通密集化正促使航空器制造商制造更轻的航空器，以降低航空器的能耗并搭载更多乘客。
为了在遵守安全标准的同时满足这些需求，航空器制造商选择使用轻质材料，例如基于碳纤维的轻质材料。
此外，由于对于商业航班而言，需要具有盈利能力且时间表很重要，因此在地面上(尤其是在重新装载阶段期间)以及在空中避免天电干扰变得越来越困难。
术语“天电干扰”是指可能对设备的集成度产生不利影响的任何干扰物。例如，可能提及来自雷击的电磁辐射、宇宙辐射或电离辐射。
因此，这些天电干扰可能会危及航空器上的乘客的安全。事实上，闪电平均一年袭击航空器两次，这可能会毁坏航空器上的电子元件或导致随机运行。
尽管尝试着避免这些问题，但在飞行中无法对与暴露于这些干扰所带来的风险相关的信息进行收集。因此在飞行期间很难预测风险等级。
为了降低这种风险，对航空器的所有电子元件都进行系统地保护，而这不允许实际的质量改进。
在某些类型的商用航空器中，例如，用于滤波的电子元件的质量约为500Kg。
此外，为了保护这些元件，使用了瞬态电压抑制二极管，因此将该质量加倍。
这样大的质量是由于使用了复合材料。其实，电缆上感应的波形比铝制航空器上感应的波形更高能。
在这些条件下，在保证乘客安全的同时满足经济要求变得困难。
因此，需要使用一种能够根据航空器运行时所处的环境、限制航空器在空中和地面上暴露的风险的自动化系统。
这尤其使得航空器上的电子元件的质量降低。
鉴于上述，本发明提出了，通过提出一种用于根据航空器所采用的航线以及所述航空器周围的天电状况、防止天电干扰对空中或地面上的航空器带来的风险的设备，来克服上述限制。
因此，根据一第一方面，本发明的目的是一种用于实时防止天电干扰对空中或地面上的航空器带来的风险的方法，该方法包括：由该航空器对对应所述风险的数据进行至少一次获取。
该方法还包括：根据所述数据，创建与至少一个确定的干扰风险等级相对应的至少一个临界区域的预测地图，以及对该航空器上的电子元件实施保护，所述电子元件为在该航空器通过所述至少一个临界区域时容易损坏的电子元件。
换句话说，对于每种类型的干扰，设定一特定风险指数，如果该风险指数的值高到足以将包含这种干扰的区域限定为临界区域，则允许对电子元件的保护的实施进行优化。
因此，根据天电干扰的类型，可以保护在航空器尤其暴露于这种类型的干扰(例如雷击)时容易损坏的元件。
有利地，所述至少一次获取包括：由该航空器对电场、磁场、电性无线电波和磁性无线电波的测量，以及对电场、磁场、电性无线电波和磁性无线电波的测量数据的远程接收，该测量数据由至少两架其他航空器在空中或地面上产生、和/或由地面站产生。
该磁性无线电波允许检测远距离处的电弧，该磁性无线电波优选是频率在10kHz至150kHz之间的中波。
与允许远距离检测的无线电波不同，附近的电场尤其允许确定近场(near field)中是否存在雷击的风险。
应当注意的是，电场和磁场之间的相移允许通过将该相移与实现两次测量的时间相关联，来确定天电干扰的位置。
优选地，该方法包括：对所获取的数据实时地进行远程存储。
因此，每架航空器都可以共享其位置以及与天电干扰的风险相关的数据，从而创建更精确的地图。
所共享的数据可以与来自地面站的信息相关联。
有利地，创建预测地图包括：对至少一个有监督或无监督深度学习机器进行实施。
深度学习机器的使用允许对由空中或地面上的航空器、以及地面站共享的数据进行有效地分类，并因此根据该航空器所采用的路线，生成在每个天电干扰的风险处的特定的风险指数。
优选地，对电子元件实施保护包括：对所述电子元件进行去激活，和/或对用于隔离所述电子元件的装置进行激活。
为了限制电子元件的毁坏或随机运行的风险，有利的是，根据检测到的干扰的风险等级来逐步改变所述电子元件的灵敏度水平，从而选择去激活、隔离、或者维持这些电子元件的运行。
优选地，这些天电干扰包括雷击、和/或暴露于宇宙射线和/或电离射线。
例如，可能提及暴露于伽马射线、和/或阿尔法射线、和/或贝塔射线、和/或X射线。
根据另一方面，提出了一种用于实时防止天电干扰对空中或地面上的航空器带来的风险的设备，该设备包括：能够获取对应所述风险的数据的获取装置。
该设备还包括设计装置和保护装置，该设计装置能够创建与至少一个确定的干扰风险等级相对应的至少一个临界区域的预测地图，该保护装置用于保护航空器上的电子器件，所述电子器件为在航空器通过所述至少一个临界区域时容易损坏的电子元件。
有利地，获取装置包括测量装置和通信装置，测量装置能够测量电场、磁场、电性无线电波和磁性无线电波；该通信装置能够接收电场、磁场、磁性无线电波和电性无线电波的测量数据，且这些测量由至少两架其他航空器在空中或地面进行、和/或由地面站进行。
可作为通信装置而被提及的有，诸如
Figure BDA0003679086080000031
和
Figure BDA0003679086080000032
的低轨卫星星座、
Figure BDA0003679086080000033
类型的纳米卫星、或者甚高频(Very HighFrequency，VHF)或超高频(Ultra High Frequency，UHF)无线电。
优选地，获取装置包括至少一个光电传感器，该至少一个光电传感器能够测量附近周边的电场和磁场。
有利地，该设备包括用于对所获取的数据实时地进行远程存储的装置。
航空器在空中或在地面上收集的数据可以转存至能够存储所述数据并利用所述数据的远程计算机服务器。
优选地，设计装置包括至少一个有监督或无监督的深度学习机器。
优选地，保护装置包括隔离装置，该保护装置能够去激活所述元件和/或激活用于隔离所述元件的装置。
一些通常在智能的架构和/或开关架构中使用的电子元件特别敏感，这些电子元件例如为固态功率控制器(Solid State Power Controllers，SSPC)和接触器。因此，这些电子元件很容易改变状态，从而改变运行或损坏其他电子元件。
在这些隔离装置中，晶体管和晶闸管类型的有源元件特别适用于抵抗强而慢的雷击，这些雷击例如在70μs到120μs之间。
对于短时雷击，使用涌流抑制器是有利的。
有利地，这些天电干扰包括雷击、和/或暴露于宇宙射线和/或电离射线。
本发明的另一主题是一种航空器，该航空器包括如上所定义的用于实时防止天电干扰的风险的装置。
本发明的其他目的、特征和优点将在阅读后文的描述时呈现出来，后文的描述仅以非限制性示例的方式提供，并参考附图作出，在附图中：
图1展示了一组航空器，每个航空器均包括用于实时防止天电干扰的风险的设备；以及
图2示出了所述防止设备的部件。
在图1中，展示了一组航空器1，每个航空器1均包括用于实时防止天电干扰的风险的设备DIS，该设备DIS的部件将在图2中进行详细说明。
该防止设备DIS能够获取对应所述风险的数据，而且还能够将这些数据传输给配备有前述设备DIS的另一航空器1，其目的是创建风险预测地图。
该风险地图可显示在航空器1的驾驶舱中的屏幕上。
这些数据经由纳米卫星或者经由能够在低轨道内行进的卫星星座2，在两架航空器1之间传送。
这些数据还可以存储在远程服务器3中。
此外，该远程服务器3可以被包括设备DIS的任何航空器1搜索、或被具有访问该远程服务器3的权限的任何地面站搜索。
以此种方式存储的这些数据构成了稳定(solid)数据库，该稳定数据库能够更准确地预测在航线上可能遇到的干扰。
这些存储的数据随后与图2所示的航空器1上的获取装置MQ所测量的数据相关联。
该获取装置MQ能够获取对应至少一种风险的数据。
本文中，防止设备DIS包括第一测量装置6，该第一测量装置6能够测量航空器1附近的电场和磁场。
术语“附近(near)”是指在任何方向上，距航空器的距离在0至300m之间。
电场允许检测近场(near field)中的雷击的风险，而磁场通过其显著变化允许每米数百安培的放电的通道或放电的触发。
为了测量电场和磁场，在本文中，第一测量装置6与两条光纤61耦接，该两条光纤能够向本文未示出的光电传感器供应。
此外，应当注意的是，当测量电场时，克尔效应光电传感器上电。
当测量磁场时，法拉第效应光电传感器上电。
这些光纤61还能够被固定在航空器1的表面上。
为了在测量中获得更好的精度，有利的是，将这些光纤61固定在航空器的末端，例如固定在机翼的末端处。
为了检测远距离处的电弧，该防止设备DIS还包括第二测量装置7，该第二测量装置7能够测量频率在10kHz至150kHz之间的中等电性(medium electric)无线电波。
此外，该第二测量装置7可与鞭形天线71耦接，这特别有利于检测电弧所产生的电场。
第三测量装置8允许测量来自电弧且频率在10kHz至150kHz之间的中等磁性(average magnetic)无线电波，以便检测远距离处的放电的通道或放电的触发。例如，该第三测量装置8可与环形天线81耦接。
此外，为了最佳地利用测量到的数据，有利的是，获取检测到的天电干扰的准确位置，以便将这些位置定位到预测地图上。
为此，该防止设备DIS包括定位装置9，该定位装置9能够获取与检测到的干扰的位置相关的数据，特别是所述检测的海拔、纬度和时间，例如通过伽利略星座获取这些数据。
这些测量到的数据随后被传输到设计装置5，该设计装置5能够根据这些数据生成预测地图。
该设计装置5还接收由包括所述防止设备DIS的其他航空器1测量到的数据，并且该接收是由通信装置4首先请求访问远程服务器3而实现的。
举例来说，该通信装置4的类型可以是广播式自动相关监视(Automaticdependent surveillance-broadcast，ADS-B)。
这些接收到的数据最初存储在远程服务器3中，且这些接收到的数据包括多个物理量，例如电场、磁场、电性无线电波和磁性无线电波、以及在检测干扰的风险期间不同的航空器1在空中或地面上的位置。
然后，设计装置5使用例如有监督或无监督的深度学习机器来创建预测地图。
该深度学习机器允许更准确地定义与确定的风险等级相对应的临界区域，并且这针对天电干扰对空中或地面上的航空器1带来的每项风险。
这些数据的处理也可以在地面上执行，并转发至航空器1。这也允许这些收集到的数据与地面上的信息相关联，从而提高测量的准确性。
该创建的预测地图将显示在全屏仪表盘10上。
因此，航空器1的飞行员可以做出部署，以无效、保护或去激活当航空器1通过临界区域时容易损坏的电子元件14。
为此，该防止设备DIS包括保护装置MP，该保护装置MP能够去激活所述电子元件14或对所述电子元件14后续的去激活进行编程。
在某些情况下，部分电子元件对于航程的正确引导是必不可少的。则有必要通过图中未展示的隔离装置来隔离这些元件，以保证这些元件的最佳运行。
应当注意的是，电子元件的去激活和隔离是通过使用控制装置11和12来完成的，控制装置11和12能够使所述电子元件14与配电系统13之间断开或耦接，或者将所述电子元件14隔离。
此外，本发明不限于这些实施例和实施方式，而是包括这些实施例和实施方式的所有变体，例如，电子元件的灵敏度水平可以根据风险等级来逐步改变。

Claims (14)

1.一种用于实时防止天电干扰对空中或地面上的航空器(1)带来的风险的方法，所述方法包括：由所述航空器(1)对对应所述风险的数据进行至少一次获取，其特征在于，所述方法包括：根据所述数据，创建与至少一个确定的干扰风险等级相对应的至少一个临界区域的预测地图，以及对所述航空器(1)上的电子元件(14)实施保护，所述电子元件(14)为在所述航空器(1)通过所述至少一个临界区域时容易损坏的电子元件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一次获取包括：由所述航空器(1)对电场、磁场、电性无线电波和磁性无线电波进行测量，以及对由至少两架其他航空器在空中或地面上产生的和/或由地面站产生的、所述电场、所述磁场、所述电性无线电波和所述磁性无线电波的测量数据进行远程接收。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：对获取的所述数据实时地进行远程存储(3)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，创建所述预测地图包括：对至少一个有监督或无监督的深度学习机器进行实施。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，对所述电子元件(14)实施保护包括：对所述电子元件(14)进行去激活，和/或对用于隔离所述电子元件(14)的装置进行激活。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述天电干扰包括雷击、和/或暴露于宇宙射线和/或电离射线。
7.一种用于实时防止天电干扰对空中或地面上的航空器(1)带来的风险的设备(DIS)，所述设备包括获取装置(MQ)，所述获取装置(MQ)能够获取对应所述风险的数据，其特征在于，所述设备包括：设计装置(5)，所述设计装置(5)能够创建与至少一个确定的干扰风险等级相对应的至少一个临界区域的预测地图；以及保护装置(MP)，所述保护装置(MP)用于保护所述航空器(1)上的电子元件(14)，所述电子元件(14)为在所述航空器(1)通过所述至少一个临界区域时容易损坏的电子元件。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述获取装置(MQ)包括：测量装置(6、7、8)，所述测量装置能够测量电场、磁场、电性无线电波和磁性无线电波；以及通信装置(4)，所述通信装置能够接收所述电场、所述磁场、所述磁性无线电波和所述电性无线电波的测量数据，且这些测量由至少两架其他航空器(1)在空中或地面上执行、和/或由地面站执行。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述获取装置(MQ)包括能够测量附近周边的电场和磁场的至少一个光电传感器。
10.根据权利要求7至9中一项所述的设备，包括用于对获取的所述数据实时地进行远程存储的装置(3)。
11.根据权利要求7至10中一项所述的设备，其中，所述设计装置(5)包括至少一个有监督或无监督的深度学习机器。
12.根据权利要求7至11中一项所述的设备，其中，所述保护装置(MP)包括隔离装置，所述保护装置能够去激活(11、12)所述电子元件和/或激活(11、12)用于隔离所述电子元件的所述装置。
13.根据权利要求7至12中一项所述的装置，其中，所述天电干扰包括雷击、和/或暴露于宇宙射线和/或电离射线。
14.一种航空器(1)，包括根据权利要求7至13中一项所述的用于实时防止天电干扰的风险的设备(DIS)。
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