DE102012105269A1

DE102012105269A1 - Datenerfassungssystem

Info

Publication number: DE102012105269A1
Application number: DE201210105269
Authority: DE
Inventors: Simon Plass; Matteo Berioli
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2013-12-19
Anticipated expiration: 2032-06-19
Also published as: DE102012105269B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Datenerfassungssystem zum zentralisierten Erfassen von vorrichtungsspezifischen Daten, wobei Sendeeinheiten zum asynchronen Aussenden von die Daten der jeweiligen Objekte enthaltenden Funksignale im Broadcast-Verfahren und zum Aussenden der Funksignale in einem definierten Frequenzbereich mit einer Mehrzahl von Funkkanälen im Frequenzspreizverfahren eingerichtet sind. An Flugzeugen angeordnete Relaisstationen mit entsprechenden Funkempfangseinheiten können diese Funksignale empfangen, wobei Auswerteeinheiten der Relaisstationen zum Extrahieren der objektspezifischen Daten aus den empfangenen und im Frequenzspreizverfahren ausgesendeten Funksignalen eingerichtet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Datenerfassungssystem zum zentralisierten Erfassen von objektspezifischen Daten einer Vielzahl von zu überwachenden Objekten. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur zentralisierten Datenerfassung von objektspezifischen Daten einer Vielzahl von zu überwachenden Objekten.
Mit der weltweit stark zunehmenden Verbreitung von technischen Objekten steigt auch die Menge der bei dem Betrieb oder der Überwachung dieser Objekte anfallenden objektspezifischen Daten drastisch an. Diese von den einzelnen technischen Objekten produzierten Daten müssen in der Regel von dem Betreiber eines solchen Objektes erfasst und ausgewertet werden, um beispielsweise die Objekte (beispielsweise technische Geräte, Fahrzeuge oder andere Vorrichtungen) hinsichtlich ihrer Funktionalität oder hinsichtlich des Auftretens von Fehlfunktionen überwachen zu können. Insbesondere bei dezentral verteilten Objekten, die sich möglicherweise sogar noch über ein großes Gebiet bewegen können, stellt diese Art der Datenerfassung ein nicht unerhebliches Problem für den Betreiber derartiger Objekte dar.
So ist es beispielsweise für den Betreiber einer LKW-Flotte zum Zwecke des Flottenmanagements nicht nur wichtig zu wissen, wo und auf welchen Strecken sich der jeweilige LKW befindet. Vielmehr rücken darüber hinausgehende Daten, wie beispielsweise Spritverbrauch, Ruhezeiten, Beladungszustand oder die Kühltemperatur, als zu erhebende Daten mehr und mehr in den Fokus der Überwachung. Denn erst mit Hilfe dieser Daten ist es möglich, auf spezielle Ereignisse reagieren zu können.
Ein Problem hierbei besteht in der zentralisierten Datenerfassung. Aufgrund der Tatsache, dass die zu überwachenden Objekte, wie beispielsweise ein LKW, mobil sind oder die entsprechenden Objekte in weit abgelegenen Gebieten stehen, stellt die Datenübertragung zu einer zentralen Erfassungsstation eine nicht unerhebliche Herausforderung dar.
Am obigen Beispiel des Flottenmanagements bedeutet dies, dass die auf den einzelnen LKWs erfassten Daten an den Betreiber der Flotte gesendet werden müssen, damit diese dort zum Zwecke des Flottenmanagements entsprechend ausgewertet werden können. Hierfür ist es beispielsweise bekannt, dass die einzelnen Fahrzeuge mit einer Kommunikationseinheit ausgestattet werden, die über ein Mobilfunknetzwerk, beispielsweise GSM, zu einem Provider eine gerichtete Verbindung aufbauen, über die dann die gewünschten Daten, beispielsweise in Form einer SMS, an das zentrale Flottenmanagement übertragen werden können. Das große Problem hierbei besteht jedoch darin, dass ein entsprechendes Mobilfunknetzwerk immer in Reichweite sein muss, damit die Daten übertragbar sind. In Regionen jedoch, die eine sehr dünne Netzabdeckung aufweisen oder in denen aus umwelttechnischen Gründen ein Mobilfunknetzwerk nicht errichtet werden kann, ist die Datenerfassung in dieser Form nicht mehr durchführbar.
Eine andere Alternative besteht darin, die Daten über eine gerichtete Verbindung an einen Satelliten zu senden, der die empfangenen Daten dann an die gewünschte Bodenstation überträgt. Befindet sich der Satellit im geostationären Orbit (GEO, ca. 36.000 km Höhe), so bleibt zwar seine Position gegenüber einem Betrachter auf der Erde fix, wodurch eine feste Abdeckung in einer bestimmten Region erreicht werden kann, allerdings muss zum Zwecke der Datenübertragung der Sender auf dem Boden exakt auf den Satelliten ausgerichtet werden, da andernfalls eine sichere Datenübertragung nicht ohne weiteres gewährleistet werden kann. Dies führt zu einem nicht unerheblichen technischen Mehraufwand, wodurch die Kosten derartiger Systeme sehr hoch sind.
Befindet sich der Satellit hingegen auf einer niedrigen Umlaufbahn (LEO), so bewegt sich der Satellit auf einer vordefinierten Laufbahn um die Erde. Um eine vollständige Netzabdeckung in einem bestimmten Gebiet zu erreichen, ist hierfür eine große Anzahl von Satelliten notwendig, so dass immer mindestens ein Satellit auf seiner Umlaufbahn über der entsprechenden Region ist. Die hierbei anfallenden Kosten, insbesondere für die Installation der Satelliten und die Wartung sind dabei meist wirtschaftlich nicht verhältnismäßig, nur um eine zentrale Datenerfassung von Objekten einzurichten.
Aus der unveröffentlichten DE 10 2011 054 496.8 ist ein Datenerfassungssystem zum zentralisierten Erfassen von objektspezifischen Daten bekannt, bei dem die Objekte Funksendeeinheiten aufweisen, die zum asynchronen Aussenden von Funksignalen mit den objektspezifischen Daten im Broadcast-Verfahren eingerichtet sind. Um diese im Broadcast-Verfahren ausgesendeten Funksignale empfangen zu können, werden Flugzeuge mit entsprechenden Relaisstationen ausgestattet, die jeweils Empfangseinheiten aufweisen, die derartig ausgesendete Funksignale empfangen können, wenn das Flugzeug im Empfangsbereich der Sendeeinheit fliegt. Die so von den Flugzeuge eingesammelten Daten der Objekte werden dann mit Hilfe einer Übertragungseinheit an eine zentrale Bodenstation übertragen, so dass die Daten hier für eine weitere Bearbeitung zentral erfasst werden können.
Aufgrund der Tatsache, dass derartige Flugzeuge in unterschiedlichsten Regionen dieser Welt unterwegs sind und somit für die jeweiligen Regionen unterschiedliche Funkstandards gelten, ist eine einheitliche, international geregelte Anwendung eines bestimmten Frequenzbereiches für eine derartige Datenerfassung schon allein aus politischen Gründen nicht durchsetzbar. Um jedoch eine größtmögliche Flexibilität zu erhalten, müssen die Relaisstationen auf den Flugzeugen so ausgebildet sein, dass sie die Funksignale unabhängig von der überflogenen Region sicher empfangen können.
Im Hinblick hierauf ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Datenerfassungssystem zum zentralisierten Erfassen von objektspezifischen Daten anzugeben, das zuverlässig und sicher auf allen Regionen dieser Welt problemlos einsetzbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit dem Datenerfassungssystem der eingangs genannten Art zum zentralisierten Erfassen von objektspezifischen Daten einer Vielzahl von zu überwachenden Objekten, wobei für die zu überwachenden Objekte jeweils mindestens eine Funksendeeinheit vorgesehen sind, die

– zum asynchronen Aussenden von Funksignalen mit den objektspezifischen Daten der jeweiligen Objekte im Broadcast-Verfahren und
– zum Aussenden der Funksignale in einem definierten Frequenzbereich mit einer Mehrzahl von Funkkanälen im Frequenzspreizverfahren eingerichtet sind,

– jeweils eine Funkempfangseinheit zum Empfang der von den Funksendeeinheiten der Objekte asynchron ausgesendeten Funksignale aufweisen, wenn das jeweilige Flugzeug im Empfangsbereich der ausgesendeten Funksignale fliegt,
– jeweils eine Auswerteeinheit aufweisen, die zum Extrahieren der objektspezifischen Daten aus den empfangenen und im Frequenzspreizverfahren ausgesendeten Funksignale eingerichtet sind, und
– jeweils eine Übertragungseinheit haben, die zum Übertragen der extrahierten objektspezifischen Daten an mindestens eine zentrale Datenerfassungs-Bodenstation ausgebildet sind.

Demnach wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass aus der DE 10 2011 054 496.8 bekannte Datenerfassungssystem so zu erweitern, dass die ausgesendeten Funksignale nunmehr in einem definierten Frequenzbereich im Frequenzspreizverfahren ausgesendet werden, wobei die Empfangseinheiten der Relaisstationen an den Flugzeugen so ausgebildet sind, dass sie diese so ausgesendeten Funksignale empfangen können, wenn das Flugzeug im Empfangsbereich der Sendeeinheiten fliegt und die nachgeschaltete Auswerteeinheit der Relaisstationen so ausgebildet sind, dass sie die objektspezifischen Daten aus den empfangenen und Frequenzspreizverfahren ausgesendeten Funksignale extrahieren kann.
Hierdurch wird es möglich, Frequenzbereiche zum Aussenden der objektspezifischen Daten zu verwenden, die an und für sich bereits durch entsprechende Regelungen in verschiedensten Ländern für andere Zwecke belegt sind, ohne die für diesen Frequenzbereich verwendeten Funksysteme durch das Aussenden der objektspezifischen Daten zu stören. Somit kann ein derartiges Datenerfassungssystem auf einem speziell definierten Frequenzbereich festgelegt werden, was zu einer größtmöglichen Flexibilität und Einfachheit des gesamten Systems führt und eine sichere Abdeckung ermöglicht.
Mit dem Frequenzspreizverfahren ist ein Funksende- und Empfangsverfahren gemeint, bei dem ein schmalbandiges Signal auf eine größere Bandbreite als für die Information zur Übertragung nötig umgewandelt wird, so dass die für das Aussenden notwendige Sendeenergie auf einen größeren Frequenzbereich verteilt wird, so dass hierdurch Systeme, die in diesem für das Frequenzspreizverfahren genutzten Frequenzbereich aufgrund der niedrigen Sendeenergie nicht mehr gestört werden.
Dabei ist beispielsweise das Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), das Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS), das Adaptive Frequency Hopping Spread Spectrum sowie das Time Hopping Spread Spectrum als Frequenzspreizverfahren aus dem Stand der Technik bekannt, wobei auch andere weitere Verfahren zur Anwendung kommen können.
Ein Objekt im Sinne der vorliegende Erfindung kann dabei jeder technische Gegenstand sein, der im Hinblick auf bestimmte Eigenschaften überwacht werden soll. Dies kann beispielsweise das bereits oben beschriebene Flottenmanagementsystem und die zu überwachenden Fahrzeuge sein. Denkbar sind aber auch Anlagen, Maschinen oder Geräte, wie beispielsweise Container auf einem Frachtschiff, Getränkeautomaten, Fahrzeuge, Mauterfassungsvorrichtungen, Verkehrsampeln, Energiesysteme, Wasserstandssensoren eines Stausees oder andere Gewässer oder gar Gebäude sein. Diese Liste ist jedoch nur beispielhaft und nicht abschließend zu verstehen.
Aufgrund der Tatsache, dass die Funksendeeinheiten derart ausgebildet sind, dass sie die von den Objekten gewünschten Daten mit Hilfe von Funksignalen asynchron und im Broadcast-Verfahren aussenden, ist für eine derartige Datenerfassung weder eine gerichtete Verbindung zu einem speziellen Empfänger noch ein entsprechend hierfür notwendiger Rückkanal notwendig. Vielmehr reicht es aus, dass auf den Flugzeugen mit Hilfe der dort vorhandenen Relaisstationen und deren Empfangseinheiten die asynchrone und im Broadcast-Verfahren ausgesendeten Signale empfangen und entsprechend an eine Bodenstation übertragen werden. Die Relaisstationen der Flugzeuge empfangen somit während des Fluges des Flugzeuges von seinem Start- zu seinem Zielpunkt kontinuierlich Funksignale der entsprechenden Objekte und kann die in den Funksignalen enthaltenen objektspezifischen Daten dann an eine Datenerfassungs-Bodenstation übertragen bzw. weiterleiten.
Somit wird es möglich, dass bei einer Vielzahl von dezentral verteilten Objekten, die von den Objekten produzierten und gewünschten Daten zentral in einer Bodenstation erfasst werden, in dem die in den entsprechenden Regionen fliegenden Flugzeuge diese Daten empfangen und sammeln. Die gesammelten Daten werden dann mit Hilfe einer Übertragungseinheit an die Bodenstation weitergeleitet. Somit kann insbesondere in Regionen, wo terrestrische Mobilfunksysteme nicht vorhanden sind, kostengünstig eine Abdeckung mit Hilfe von Verkehrsflugzeugen erreicht werden. Im Gegensatz zu einer Satellitenlösung können hier erhebliche Kosten eingespart werden.
Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von Verkehrsflugzeug als Relaisstation besteht darin, dass aufgrund der Flughöhe von ca. 10.000 m ein Empfangsbereich von ca. 600 km Durchmesser abgedeckt werden kann. Dadurch kann mit einer Relaisstation ein wesentlich größeres Gebiet als mit Hilfe einer terrestrischen Bodenstation abgedeckt werden, während das Gebiet gegenüber einem Satelliten jedoch noch so klein ist, dass die Qualität der empfangenen Funksignale ausreichend ist. Denn mit zunehmender Größe des Empfangsbereiches nimmt auch die Wahrscheinlichkeit von Signalkollisionen aufgrund des asynchronen Aussendens der Signale drastisch zu, was sich letztlich in einer geringeren Aktualisierungsrate pro Vorrichtung niederschlägt. Die Erfinder haben hierbei erkannt, dass Verkehrsflugzeuge als Relaisstation trotz ihrer ständig wechselnden Flugbahnen, die gegenüber einem Satelliten nicht vorher berechenbar sind, aufgrund des stetig zunehmenden Luftverkehrs eine ausreichende Abdeckung mit den Empfangseinheiten bieten, so dass eine akzeptable Aktualisierungsrate der einzelnen zu überwachenden Objekte realisiert werden kann.
Ein weiterer Vorteil besteht auch darin, dass die vorhandenen Verkehrsflugzeuge schnell und einfach mit einem derartigen System nachgerüstet werden können, ohne dass die anfallenden Kosten den wirtschaftlichen Nutzen übersteigen.
Vorteilhafterweise sind die Funksendeeinheiten für die zu überwachenden Objekte mit einer Datenerfassungseinheit zum Erfassen der objektspezifischen Daten der jeweiligen Objekte kommunizierend so verbunden, dass die Funksendeeinheiten die von den Datenerfassungseinheiten erfassten objektspezifischen Daten abgreifen können. Die Datenerfassungseinheiten können beispielsweise integral mit den Funksendeeinheiten verbunden und an den Objekten zur Erfassung und dem Aussenden der objektspezifischen Daten angeordnet sein. So kann beispielsweise für jedes zu überwachende Objekt eine Funksendeeinheit und/oder Datenerfassungseinheit vorgesehen sein.
In einer ganz besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der definierte Frequenzbereich der internationale UKW-Flugfunk-Frequenzbereich, der zurzeit im Bereich von 117,975 MHz bis 137 MHz definiert ist.
Bei der Verwendung des UKW-Flugfunk-Frequenzbereiches zum Aussenden der objektspezifischen Daten im Frequenzspreizverfahren wird es möglich, die bereits an den Flugzeugen vorhandenen Antennenlösungen und Empfangseinheiten zu verwenden, ohne den eigentlichen Flugfunk hierbei zu stören. Aufgrund der Tatsache, dass der UKW-Flugfunk-Frequenzbereich international durch entsprechende Abkommen einheitlich auf der ganzen Welt geregelt ist, können die verwendeten Funksendeeinheiten einheitlich auf diesem Standard ausgerichtet werden, ohne dass hierbei die Sicherheit des Flugbetriebes durch die Störung des Flugfunkes beeinträchtigt wird.
Hierbei ist es ganz besonders vorteilhaft, wenn die Funksignale mit Hilfe des Frequenzspreizverfahrens so ausgesendet werden, dass die Sendeenergie über einen Frequenzbereich so verteilt wird, dass die ausgesendeten Funksignale unterhalb des gesetzlich geregelten Rauschniveaus liegen. Hierdurch kann eine deutliche Trennung von Flugfunksignalen und objektspezifischen Datensignalen erreicht werden, ohne den Flugfunkbetrieb einzuschränken bzw. zu stören.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen zumindest ein Teil der Relaisstationen einen Signalteiler auf, der das empfangene Funksignal in ein erstes Signal und in ein zweites Signal aufteilt, wobei die Relaisstationen dann zum Übertragen des ersten Signals an Ihre jeweiligen Auswerteeinheiten und zum Übertragen des zweiten Signals an mindestens ein mit der Relaisstation kommunizierend verbundenes Funksystem des jeweiligen Flugzeuges eingerichtet sind. Mit Hilfe des Signalteilers wird somit das empfangene Funksignal an den Flugzeugen in ein Signal zur Auswertung der objektspezifischen Daten und in ein Signal für die weiteren Funksysteme an Bord eines Flugzeuges aufgeteilt, die beispielsweise der Flugfunk sein können.
Der Signalteiler kann beispielsweise ein Leistungsteiler sein.
Des Weiteren ist besonders vorteilhaft, wenn zumindest ein Teil der Relaisstationen einen Signalverstärker, beispielsweise einen rauscharmen Low-Noise-Amplifier (LNA), aufweisen, um das empfangene Funksignal zu verstärken, wobei die Relaisstation zum Übertragen des verstärkten Signals an ihre jeweilige Auswerteeinheiten eingerichtet sind. Zusammen mit einem nachgeschalteten Signalteiler kann ein so verstärktes Funksignal dann beispielsweise in zwei Signale, wie oben bereits beschrieben, aufgeteilt werden, um so das eine Signal an ein flugzeuggebundenes Funksystem weiterzuleiten, während das andere Signal zur Auswerteeinheit zwecks Extraktion der enthaltenen objektspezifischen Daten weitergeleitet wird.
In einer ganz besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Funksendeeinheiten so eingerichtet, dass sie die objektspezifischen Daten nur dann aussenden, wenn auf einem oder mehreren Funkkanälen des definierten Frequenzbereiches keine Funksignale detektiert werden. Durch die Nutzung des Frequenzbereiches dann, wenn die Nutzung des Frequenzbereiches durch andere Systeme gerade nicht besteht, kann die Signalkollision im unteren Bereich reduziert werden, was zu einer höheren Übertragungsrate führt.
Das Empfangssystem kann dabei derart eingerichtet sein, dass es die empfangenen Funksignale dahingehend analysiert, ob im Bereich unterhalb des Rauschniveaus Daten enthalten sind oder ob momentan keine Daten dort vorhanden sind.
Des Weiteren ist es ganz besonders vorteilhaft, wenn die Auswerteeinheit der Relaisstationen eine Ziel-Bodenstation aus einer Mehrzahl von Datenerfassungs-Bodenstationen auswählen kann, und zwar in Abhängigkeit von den empfangenen Daten der Objekte. Die Daten werden dann an die für die jeweiligen Daten ausgewählten Ziel-Bodenstationen weitergeleitet. Dadurch wird es möglich, dass die Flugzeuge auf ihrem Weg von Start- zum Zielpunkt eine Vielzahl von objektspezifischen Daten unterschiedlichster Objekte einsammeln und diese dann an die jeweiligen Datenerfassungs-Bodenstationen weiterleiten, die für die zentralisierte Erfassung der Daten der jeweiligen Objekte zuständig ist. So werden beispielsweise Daten von Fahrzeugen via ein Flottenmanagement an eine andere Bodenstation übertragen als Daten von Getränkeautomaten, die dem Betreiber der Getränkeautomaten mitteilen, dass eine Ware zur Neige geht. Die Relaisstation, insbesondere die Auswerteeinheit ist hierfür so ausgebildet, dass sie in Abhängigkeit der empfangenen Daten die gewünschte Bodenstation auswählen kann.
Denkbar ist aber auch, dass die Daten zunächst an eine zentrale Bodenstation übertragen werden und von dort aus an die entsprechenden gewünschten Betreiber der Objekte weitergeleitet werden.
Bevorzugterweise weisen die Relaisstationen jeweils einen Datenzwischenspeicher auf, der zum Zwischenspeichern der empfangenen Daten ausgebildet ist. Dies ist beispielsweise dann besonders sinnvoll, wenn die Relaisstationen über ihre Übertragungseinheit keine Verbindung zu einer Datenerfassungs-Bodenstation aufbauen können, da diese nicht in Übertragungsreichweite sind. In diesem Fall werden die empfangenen Daten in dem Zwischenspeicher gesammelt und dann an die Bodenstation übertragen, wenn diese in Reichweite sind.
Denkbar ist hierbei auch, dass die Relaisstationen, beispielsweise mit Hilfe ihrer Übertragungseinheiten derart eingerichtet sind, dass die Daten nicht an eine Bodenstation direkt weitergeleitet werden, sondern zunächst an eine andere, im Empfangsbereich der Relaisstation befindliche andere Relaisstation eines anderen Flugzeuges übertragen werden. Dies könnte beispielsweise dann der Fall sein, wenn keine Datenerfassungs-Bodenstation in Reichweite ist, jedoch ein anderes Verkehrsflugzeug mit einer derartigen Relaisstation sich in Übertragungsreichweite befindet, so dass die Daten in eine Art Multihopping solange von einem Verkehrsflugzeug auf ein anderes übertragen werden, bis ein Verkehrsflugzeug bzw. eine Relaisstation in Übertragungsreichweite zu einer gewünschten Bodenstation ist.
Hierdurch wird eine Art dezentral organisiertes Kommunikationsnetzwerk realisiert, das eine nicht deterministischen Charakter aufweist.
Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit dem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch die Schritte:

– Bereitstellen von Funksendeeinheiten, die für die zu überwachenden Objekte vorgesehen sind, und Bereitstellen von Relaisstationen, die an einer Mehrzahl von Flugzeugen angeordnet sind, wobei die Relaisstationen jeweils eine Funkempfangseinheit, eine Auswerteeinheit und eine Übertragungseinheit aufweise,
– Asynchrones Aussenden von die objektspezifischen Daten der jeweiligen Objekte enthaltenen Funksignale im Broadcast-Verfahren durch die jeweilige Funksendeeinheit der Objekte, wobei die Funksignale in einem definierten Frequenzbereich mit einer Mehrzahl von Funkkanälen im Frequenzspreizverfahren durch die Funksendeeinheiten ausgesendet werden,
– Empfangen der von den Funksendeeinheiten asynchron ausgesendeten Funksignale durch mindestens eine der Funkempfangseinheiten, wenn das jeweilige Flugzeug im Empfangsbereich der ausgesendeten Funksignale fliegt,
– Extrahieren der objektspezifischen Daten aus den empfangenen und im Frequenzspreizverfahren ausgesendeten Funksignale durch die Auswerteeinheit, und
– Übertragen der extrahierten objektspezifischen Daten an mindestens eine zentrale Datenerfassungs-Bodenstation.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 – schematisches Blockdiagramm einer Relaisstation und einer Funksendeeinheit;
2 – Ausführungsbeispiel und Funktionsweise des Datenerfassungssystems.
1 zeigt schematisch ein Blockdiagramm einer Relaisstation 1. Die Relaisstation 1 weist eine Funkempfangseinheit 2 auf, die eine entsprechende Antenne 2a zum Empfang der Funksignale hat. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist die Antenne 2a zum Empfang des UKW-Flugfunks besonders ausgebildet. Die Empfangseinheit 2 weist einen Signalteiler 3 auf, der das empfangene Funksignal in ein erstes Signal S₁ und ein zweites Signal S₂ aufteilt. Das erste Signal S₁ wird an eine zu der Relaisstation 1 gehörenden Auswerteeinheit 5 übertragen, während das zweite Signal S₂ an ein Funksystem 6 des Flugzeuges, beispielsweise das Flugfunksystem des Flugzeuges, weiterleitet.
Somit wird der weiterhin sichere Betrieb des Flugfunkes gewährleistet, während in diesem Frequenzbereich weitere Daten unterhalb des Rauschniveaus aufmoduliert werden.
Die Relaisstation 1 weist neben der Auswerteeinheit 5 noch eine Übertragungseinheit 7 auf, die zum Übertragen der von der Auswerteeinheit 5 extrahierten objektspezifischen Daten an eine Datenerfassungs-Bodenstation oder an andere Relaisstationen ausgebildet ist.
Falls es während des Fluges an einer Verbindung zu einer Bodenstation oder zu einer weiteren Relaisstation mangelt, können die empfangenen objektspezifischen Daten auch in einem Zwischenspeicher 8 zwischengespeichert werden.
Die Auswerteeinheit 5 ist so eingerichtet, dass sie das von der Empfangseinheit 2 übertragene erste Signal S₁ des empfangenen Funksignals hinsichtlich der objektspezifischen Daten auswertet und die im Frequenzspreizverfahren aufmodulierten Daten aus dem empfangenen Signal S₁ extrahiert.
Im Ausführungsbeispiel der 1 weist die Empfangseinheit 2 vor dem Signalteiler 3 noch einen Low-Noise-Amplifier (LNA) auf, um das empfangene VHF Funksignal rauscharm zu verstärken. Denkbar ist hierbei, dass nur Bereiche unterhalb des Rauschniveaus, d.h. wo die objektspezifischen Daten aufmoduliert sind, verstärkt werden, ohne dass das existierende Flugfunksignal gestört wird.
1 zeigt des Weiteren eine Funksendeeinheit 9 die zum Aussenden eines Funksignales asynchron, im Broadcast-Verfahren und im Frequenzspreizverfahren innerhalb eines definierten Frequenzbereiches eingerichtet ist.
2 zeigt das grundsätzliche Prinzip des vorliegenden Datenerfassungssystems 10. An verschiedenen Objekten 11a, 11b und 11c, die im Ausführungsbeispiel der 2 einen LKW 11a, einen Getränkeautomaten 11b und einen Container 11c auf einem Containerschiff darstellen, sind jeweils Funksendeeinheiten 12a, 12b und 12c angeordnet, um entsprechende objektspezifische Daten der Objekte 11a, 11b und 11c asynchron und im Broadcast-Verfahren aussenden zu können. Die notwendigen objektspezifischen Daten können beispielsweise mit Hilfe einer Datenerfassungseinheit auf den Objekten 11a, 11b und 11c erfasst werden.
So ist beispielsweise die Sendeeinheit 12a mit dem Bordcomputer des LKWs 11a derart verbunden, dass der Bordcomputer entsprechend Daten des LKWs 11a mit Hilfe der Sendeeinheit 12a aussenden kann. Solche Daten können beispielsweise die Lenkzeiten, das Gewicht, den Beladungszustand oder beispielsweise die aktuelle Kühltemperatur sein. Bei dem Getränkeautomaten 11b können die mit Hilfe der Sendeeinheit 12b ausgesendeten Daten beispielsweise den Füllstand darstellen, so dass der Betreiber feststellen kann, wann ein Befüllen wieder notwendig wird. Bei dem Container 11c des Containerschiffes können darüber hinaus beispielsweise Positionsangaben mit Hilfe der Sendeeinheit 12c ausgesendet werden, was besonders dann vorteilhaft ist, wenn der Container 11c aufgrund eines Unwetters über Bord gegangen ist.
Die so ausgesendeten, die Daten enthaltenen Funksignale 13 werden dann von der Relaisstation 1 über ihre Empfangseinheiten empfangen. Die Relaisstationen 1 sind dabei an Verkehrsflugzeugen 14 angeordnet, die auf ihrem Weg zum Zielpunkt in den Empfangsbereich der Sendeeinheiten 12a, 12b und 12c gelangen. Auf ihrem Weg zum Zielpunkt sammeln die Flugzeuge dabei das mittels der Funksenderanlage 13 ausgesendeten Daten der Objekte 11a bis 11c ein und übertragen diese dann an eine Bodenstation 15.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011054496 [0008, 0012]

Claims

Datenerfassungssystem (10) zum zentralisierten Erfassen von objektspezifischen Daten einer Vielzahl von zu überwachenden Objekten (11a–11c), wobei für die zu überwachenden Objekte (11a–11c) jeweils mindestens eine Funksendeeinheit (12a–12c) vorgesehen sind, die – zum asynchronen Aussenden von Funksignalen (13) mit den objektspezifischen Daten der jeweiligen Objekte (11a–11c) im Brodcast-Verfahren und – zum Aussenden der Funksignale (13) in einem definierten Frequenzbereich im Frequenzspreizverfahren eingerichtet sind, und wobei Relaisstationen (1) an einer Mehrzahl von Flugzeugen (14) vorgesehen sind, die – jeweils eine Funkempfangseinheit (2) zum Empfang der von den Funksendeeinheiten (11a–11c) der Objekte asynchron ausgesendeten Funksignale (13) aufweisen, wenn das jeweilige Flugzeug (14) im Empfangsbereich der ausgesendeten Funksignale (13) fliegt, – jeweils eine Auswerteeinheit (5) aufweisen, die zum Extrahieren der objektspezifischen Daten aus den empfangenen und im Frequenzspreizverfahren ausgesendeten Funksignalen eingerichtet sind, und – jeweils eine Übertragungseinheit (7) haben, die zum Übertragen der extrahierten objektspezifischen Daten an mindestens eine zentrale Datenerfassungs-Bodenstation (15) ausgebildet sind.
Datenerfassungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funksendeeinheiten (11a–11c) mit einer Datenerfassungseinheit zum Erfassen der objektspezifischen Daten der jeweiligen Objekte kommunizierend verbunden sind.
Datenerfassungssystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte Frequenzbereich der internationale UKW-Flugfunk-Frequenzbereich, insbesondere im Bereich von 117,975 MHz bis 137 MHz, ist.
Datenerfassungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funksendeeinheiten zum Aussenden der die objektspezifischen Daten enthaltenen Funksignale mittels des Frequenzspreizverfahrens unterhalb eines definierten Rauschniveaus eingerichtet sind.
Datenerfassungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Relaisstationen (1) einen Signalteiler (3) haben, der das empfangene Funksignal in ein erstes Signal (S₁) und in ein zweites Signal (S₂) aufteilt, wobei die Relaisstationen (1) zum Übertragen des ersten Signals (S₁) an ihre jeweilige Auswerteeinheit (5) und zum Übertragen des zweiten Signals (S₂) an mindestens ein mit der Relaisstationen (1) kommunizierend verbundenen Funksystem (6) des jeweiligen Flugzeuges eingerichtet sind.
Datenerfassungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Relaisstationen einen Signalverstärker (4) haben, der zum Signalverstärken des empfangenen Funksignals ausgebildet ist, wobei die Relaisstationen zum Übertragen des verstärkten Signals an ihre jeweilige Auswerteeinheit eingerichtet sind.
Datenerfassungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Funksendeeinheiten derart ausgebildet ist, die Funksignale im Frequenzspreizverfahren mit den objektspezifischen Daten nur dann auszusenden, wenn auf einem oder mehreren Funkkanälen des definierten Frequenzbereiches keine Funksignale detektiert werden.
Datenerfassungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Auswerteeinheiten der Relaisstationen zum Auswählen einer Ziel-Bodenstation aus einer Mehrzahl von Datenerfassungs-Bodenstationen in Abhängigkeit von den extrahierten Daten ausgebildet und die Übertragungseinheiten dann zum Übertragen der Daten an die für die Daten ausgewählten Ziel-Bodenstation eingerichtet sind.
Datenerfassungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Relaisstationen jeweils einen Datenzwischenspeicher aufweisen, der zum Zwischenspeichern von empfangenen Daten ausgebildet ist.
Datenerfassungssystem (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Übertragungseinheiten der Relaisstationen zum Übertragen der in dem Datenzwischenspeicher zwischengespeicherten Daten an die Datenerfassungs-Bodenstation oder eine weitere Relaisstation ausgebildet sind, mit der die Datenerfassungs-Bodenstation oder die weitere Relaisstation in Übertragungsreichweite der jeweiligen Übertragungseinheit ist.
Datenerfassungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Relaisstationen zum Empfang von Daten, die von anderen Relaisstationen zur Übertragung an eine bevorzugte Datenerfassungs-Bodenstation ausgesendet wurden, und zum Übertragen dieser Daten an die bevorzugte Datenerfassungs-Bodenstation ausgebildet sind.
Verfahren zur zentralisierten Erfassung von objektspezifischen Daten einer Vielzahl von zu überwachenden Objekten, mit den Schritten: – Bereitstellen von Funksendeeinheiten, die für die zu überwachenden Objekte vorgesehen sind, und Bereitstellen von Relaisstationen, die an einer Mehrzahl von Flugzeugen angeordnet sind, wobei die Relaisstationen jeweils eine Funkempfangseinheit, eine Auswerteeinheit und eine Übertragungseinheit aufweisen, – asynchrones Aussenden von die objektspezifischen Daten der jeweiligen Objekte enthaltenen Funksignalen im Broadcast-Verfahren durch die jeweilige Funksendeeinheit der Objekte, wobei die Funksignale in einem definierten Frequenzbereich im Frequenzspreizverfahren durch die Funksendeeinheiten ausgesendet werden, – Empfangen der von den Funksendeeinheiten asynchron ausgesendeten Funksignale durch mindestens eine der Funkempfangseinheiten, wenn das jeweilige Flugzeug im Empfangsbereich der ausgesendeten Funksignale fliegt, – Extrahieren der objektspezifischen Daten aus den empfangenen und im Frequenzspreizverfahren ausgesendeten Funksignale durch die Auswerteeinheit, und – Übertragen der extrahierten objektspezifischen Daten an mindestens eine zentrale Datenerfassungs-Bodenstation. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte Frequenzbereich der internationale UKW-Flugfunk-Frequenzbereich, insbesondere im Bereich von 117,975 MHz bis 137 MHz, ist.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die die objektspezifischen Daten enthaltenen Funksignale mittels des Frequenzspreizverfahrens unterhalb eines definierten Rauschniveaus durch die Funksendeeinheiten ausgesendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das empfangene Funksignal mittels eines Signalteilers in ein erstes Signal und in ein zweites Signal aufgeteilt wird, wobei das erste Signal an die Auswerteeinheit und das zweite Signal an mindestens ein Funksystem des jeweiligen Flugzeuges übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das empfangene Funksignal mittels eines Signalverstärkers signalverstärkt an die Auswerteeinheit übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Funksignale im Frequenzspreizverfahren mit den objektspezifischen Daten durch die Funksendeeinheiten nur dann ausgesendet werden, wenn einem oder mehreren Funkkanälen des definierten Frequenzbereiches keine Funksignale detektiert werden.