JP2003526825A - 移動性資産から遠隔局への診断メッセージの遠隔測定 - Google Patents
移動性資産から遠隔局への診断メッセージの遠隔測定Info
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Abstract
Description
66及び1998年3月3日に出願された同60/076,610の優先権を主
張する。
隔サービス・センタへの診断メッセージの遠隔測定(telemetry) に関する。本発
明の1実施例は、空中センサ及びテレメータを用いて、飛行中の航空機から地上
のサービス・センサへ(航空機エンジンの性能データのような)保守データを送
信する遠隔測定システムである。
部品、設備及びシステムの状態、性能及び故障の遠隔監視及び診断は、業界が、
その顧客に対して、安全性を改善し、保守のコストを切り下げ、効率がよい、適
時のコスト効果のある保守サービスを提供しようと努めているので、次第に重要
性を増している。その理由で、遠隔保守サービスは、今日のサービス志向の事業
から重要な成長分野と見なされている。遠隔監視及び診断能力は、発電設備、航
空機エンジン、医療作像システム及び機関車のような移動性資産を含むことがあ
る設置された設備ベースに対して、高い技術の付加価値のあるサービスを提供す
る上で、重要な要素に急速に成りつつある。
しているという表示を得ることが出来る。誤動作しているシステムに関する情報
を含む診断メッセージを提供することにより、安全性の目安が得られ、これは、
システムが要求された通りの性能を果たすことが出来ることを保証する上で、特
に重要になることがある。更に、このような情報は、システムを後続の動作サイ
クルに入れる前に、保守サイクルを開始する為に利用することが出来る。
制御装置は、タービン集成体の速度、温度及び応力を含む種々のタービン性能パ
ラメータを監視するのが典型的である。従来のシステムは、飛行中にこういうパ
ラメータを監視することが出来る。しかし、航空機の飛行中に、こういうパラメ
ータを地上サービス・センタに中継することに関しては、まだ解決しなければな
らない多くの問題が残っている。
更に重要なのは、遠隔測定装置がRF信号を通信することが出来る電力に関係す
る。FCC規則の15.247部が米国連邦通信委員会(FCC)によって制定
されるまで、航空機遠隔測定システムは、主にVHF帯域(174〜216MH
z)に限られており、0.1ミリワット(mW)未満のごく低い送信電力でしか
運用されなかった(FCC15.241部参照)。送信電力に関するこの制限に
より、空中遠隔測定装置の送信範囲(即ち、送信器と受信器の間の最大距離)が
かなり限られていた。この制限により、遠隔測定装置がデータを送信し得る速度
または「帯域幅」も制限されていた。
得る周波数帯が限られている。更に、利用し得るこのような規制帯域を利用する
のに、音声のような他の種類の通信に対する要求も強まっている。診断情報回線
を追加することは、余分なアンテナを追加する為に、航空機の機体の変更を必要
とする場合が多い。こういう構造的な変更のコストの為、並びに、規制された周
波数帯で飛行性能データを中継する為に伝送時間を取得する為の繰り返し生じる
高いコストの為、航空機から地上局へ航空機診断情報を送信する改良されたシス
テム及び方法に対する必要性が差し迫っている。
合されたプロセッサを有する。プロセッサが状態センサの出力を診断メッセージ
に変換し、この診断メッセージをプロセッサの出力に提供する。送信器がプロセ
ッサの出力に結合される。送信器は、診断メッセージを工業・科学・医学用(I
SM)周波数帯で送信するようになっている。本発明の実施例の遠隔測定システ
ムは、ISM周波数帯で診断メッセージを送信するようになっているテレメータ
と、ISM帯で診断メッセージを受信する受信器を含む遠隔局とを有する。
報をISM帯の伝送を介して遠隔局へ送信し、3)遠隔局で移動性資産の性能情
報を受信し、4)資産の性能情報を利用する工程を含む。
定システム10が、テレメータ100、送信器118及び遠隔局200を有する
。テレメータ100が、航空機20、機関車22、船舶24等のような移動性資
産に搭載されていて、それが設けられている資産の状態を監視するように構成さ
れている。テレメータ100が送信器118と共に、資産の状態及び性能に関す
る情報を含むメッセージ(この明細書では診断メッセージと呼ぶ)を遠隔局20
0へ送信する。「状態」という言葉は、資産又は資産の特定の部品が動作出来る
状態にあること又は相応しさを指す。
な資産(この明細書では発信元と呼ぶ)から直接的に遠隔局200(この明細書
では着信先と呼ぶ)に中継される。本発明の別の実施例では、診断メッセージが
、航空機20のような発信元の資産から、航空機21のような後継資産へ、そし
て場合によっては、後継資産から別の後継資産へというように、順に中継され、
最後に診断メッセージが遠隔局の着信先200に到着する。
セージのフォーマットは、同期用前文、アドレス・ビット、希望する場合の優先
ビット、データ・フィールド、データ・フィールドにあるデータの暗号化の有無
を表す暗号フラグ、及び誤り検出フィールドで構成される。
局の着信先の間で中継される。本発明のダウンリンク45は、ライセンスを受け
ていない又は工業/科学/医学用(ISM)帯域の送信で構成される通信回線で
ある。今日、米国では、拡散スペクトル通信方式で利用し得る、902〜928
MHz、2400〜2483.5MHz及び5725〜5850MHzの3つの
ISM帯域が利用出来る。
になっている。本発明の1実施例では、更にデータ・リンク45が、米国連邦通
信委員会(FCC)のライセンスを受けた回線のような非ISM帯の無線周波回
線を含む。
ータ100が、航空機20のジェット・エンジンの1つ又は更に多くの状態を監
視し、航空機の性能に関する情報を含むメッセージを、航空機20と遠隔局20
0の間で送信する。遠隔局200が、メッセージに含まれている情報を利用して
、エンジンの性能を評価し、故障状態を確認並びに予測し、1実施例では、故障
状態を是正又は埋め合わせる為に、データ・アップリンク30を介して航空機2
0に対して是正信号を中継する。本発明の1実施例では、データ・アップリンク
30が、ISM帯送信で構成される。本発明の別の実施例では、データ・アップ
リンク30がFCCのライセンスを受けた無線周波数帯の指令及びデータで構成
される。
制限されない。この代わりに、本発明のテレメータは任意の移動性資産に設ける
ことが出来、メッセージは、衛星、船舶又は地上にはないその他の受信局等を介
して遠隔局に中継することが出来る。
。テレメータ100が、主な部品として、送信器118、受信器116、診断メ
ッセージ・プロセッサ150、メモリ152、表示装置190及び状態センサ3
20で構成されることが、図2に示されている。状態センサ320が、タービン
速度及び排ガス温度のような性能状態及びパラメータを監視する。
のライセンスを受けた他のアビオニクス用途の為の例えばVHF又はUHFトラ
ンシーバのような、航空機20に既に設けられているアビオニクス装置を使って
構成される。例えば、地上局に対する直視範囲がない洋上では使われない超短波
(VHF)トランシーバ装置を用いて、こういうVHFトランシーバが不作動で
ある期間の間、ライセンスを受けた帯域で診断メッセージを送信及び受信するこ
とが出来る。本発明の1実施例では、送信器118は、市場で容易に入手し得る
形式のISMモデムを含む。
器118によって表した低電力の2.4GHzのISMトランシーバを含む。受
信器116及び送信器118は、搬送波を診断メッセージ情報で変調する為に、
直接順序拡散スペクトル変調方式を用いたモデムを含む。こういう方式は、同期
のオーバヘッドを軽減する為に、同期モード又は送信基準モードで構成すること
が出来る。
GHzのISM帯域を飛行中に使うことを頼りとしている。この実施例で使う為
に、ハリス(Harris)PRISM(登録商標)チップ・セットのような市場で入手
し得るチップ・セット及び広い範囲の種々の支援電子回路を容易に市場で入手す
ることが出来る。例えば、本発明の1実施例は、直接シーケンス拡散スペクトル
(DSSS)方式を用いて、FCCによって要求される少なくとも10の拡散係
数を保つ。ハリスPRISMセットは、11の係数で拡散し、16の係数までプ
ログラム可能であり、本発明の実施例を構成するのに使うのに有利である。本発
明の別の実施例は、5.7GHz帯域のトランシーバを用いている。
することによって開発した一例のリンクの仕様を示す。表1に示す例では、何れ
も20,000フィートの最低巡航高度にあって、約400マイルの直視距離だ
け隔たる2機の航空機の間の2.4GHzのISM帯に於ける航空機から航空機
へのリンクは、10-5程度のビット誤り率で、符号化なしに、2機の間の毎秒約
1.2キロビットのリンクを支援する。本発明の別の実施例では、リンクは、利
用し得るリンク余裕に応じて、可変のデータ速度で運用される。その場合、リン
クの両端は、既知のビット群に互って計算された、或いは種々のチェックサム故
障率の観察によって計算された受信誤り率を観察し、それに応じて信号速度を増
減するように構成されている。
距離(マイル) 400 距離(km) 643.6 自由空間損失(dB) −156.369 ボルツマン定数 −228.6 他のリンク損失(dB) −1 受信アンテナ素子利得(dBi) −2 受信器雑音指数(dB) 3 受信器雑音指数(無次元) 1.995262 受信器雑音温度(K) 288.6261 アンテナ雑音温度(K) 70 システム雑音温度(K) 358.6261 システム雑音温度(dB・K) 25.54642 受信器G/T(dB/K) −27.5464 Pr/No(dB.bps) 47.68458 データ速度(kbps) 1.2 データ速度(db−kbps) 0.791812 実装損失(dB) −2 利用し得るEb/No(dB) 14.89277 ビット誤り率 10^(−5) 変調方式 DQPSK 必要なEb/No(dB) 12 符号化利得(dB) 0 (符号化なし) 余裕(dB) 2.89277
の仕様を示す。
クに対する一例のリンクの仕様を示す。
モり152は、本発明の1実施例では、ダイナミック・ランダムアクセス・メモ
リであるが、到来メッセージを再送信の為に記憶し、システムの性能の目安の経
歴を保管する。システムの性能の目安は、これは限らないが、受信に成功したメ
ッセージの数と規模、送信に成功したメッセージの数、待ち時間の分布、即ち、
受信に成功したメッセージが、再送信に成功するまでに受信側の航空機によって
記憶されていた時間のヒストグラム、信号対雑音推定値のようなリンク品質表示
子及び通信プロトコル効率、例えば、メッセージ当たりの送信再試行の数から成
る群から選ばれた目安を含む。
うシステム100は、典型的には、互いに無線通信する複数個の移動性資産(以
下ノードと呼ぶ)を有する。各々のノードは、航空機、鉄道機関車のような地上
車両、船舶、地上の送信又は受信局又は通信衛星から成る群から選ぶことが出来
る。各々のノードが、ノードの間並びに発信元のノードから着信先の地上局へ診
断メッセージを中継する為のテレメータ100を備えている。発信元のノードが
診断メッセージを発信し、中間のノードを介して所望の着信先の地上局に至る最
も効率の良いリンクを決定する。その後、発信元のノードが診断メッセージをリ
ンク内の第1のノードに送信し、そのノードが診断メッセージを受信すると共に
それをリンク内の次のノードに再送信するようにして、最後にメッセージが所望
の地上局によって受信される。こうして、データが発信元のノードから地上局ま
で効率よく移動するように、航空機が互いに直視範囲内で航空機同士の間の中継
によってデータを通過させる。本発明の1実施例では、遠隔局250が、巡航高
度にある航空機に対して直視範囲内にある位相調整アレイ・アンテナを用いてい
る。
のノードでは、後継ノードが先駆ノードの直視範囲内にある間に、メッセージが
ノードからノードへ送信されるように、その後継ノードを選択しなければならな
い。本発明の1実施例では、各々のノードのトランシーバが、診断メッセージを
送信する相手の後継ノードを選択し易くする為に、飛行計画情報を備えている。
飛行計画情報は、特定の航空機の飛行に対する高度、飛行経路及び時間に関係す
る情報である。本発明の1実施例では、飛行計画情報は、航空機追跡サービスか
ら求められる。このシステムの一例は、これに限らないが、エアー・トラックを
含む。エアー・トラックは、英国Y018−8HL、ノース・ヨークシャー、ピ
ッカリング、クロプトン所在のMETSYSソフトウエア・アンド・サービセズ
から入手し得る実時間航空機追跡プログラムである。データベースからの飛行計
画データを、各々の航空機のテレメータ100の診断メッセージ・プロセッサ1
50にロードする。その後、発信元ノードのプロセッサ100が、飛行計画デー
タ及び所望の着信先の遠隔局に基づいて、後継者を選択する。
い周波数帯で周波数を受信するようになっている受信器250を有する。本発明
の1実施例は、図4に示すように幾つかの相隔たる遠隔局200で構成された受
信ネットワーク500を用いる。遠隔局200は互いに隔たっていて、図4に示
すように、関心のある地理的な区域全体120、今の場合は米国を受信器でカバ
ーするようにする。
ルである。従って、オハイオ州イーブンデール近郊の地上にある無線受信器は、
図3に示す円300内にその地上の点が入るような20,000フィートのとこ
ろにいる航空機と直視範囲で接触することが出来る。この円は半径が約200マ
イルである。これより高い高度にある航空機に対しては、カバー範囲の円が拡大
する。図4は、40個の受信器地点だけを用いて、米国大陸地を事実上カバーす
ることを示している。地点の中心を「x」で記してある。
け渡しの監視を実施する為のプロトコルを含んでいる。このプロトコルは、流れ
又は送信制御を含めて、地上から空中へのリンクに頼っている。送信制御に適し
た地上から空中へのリンクの例としては、これに限らないが、適応形送信速度制
御、誤り訂正符号の利用/非利用、電力制御、及び送信時間を含む。
ずに、ここに開示した実施例に種々の変更を加えることが出来ることは当業者に
明らかであろう。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲内に属するこのよう
な全ての変更を包括するものであることを承知されたい。
示す図。
Claims (20)
- 【請求項1】 1つ又は更に多くの状態センサの出力に結合されたプロセッ
サを有し、該プロセッサは前記1つ又は更に多くの状態センサの出力を診断メッ
セージに変換して、該診断メッセージをプロセッサの出力に提供するように構成
されており、更に、前記プロセッサの出力に結合されていて、無線周波数帯で前
記診断メッセージを送信するように構成された送信器を有するテレメータ。 - 【請求項2】 前記無線周波数帯がISM周波数帯である請求項1記載のテ
レメータ。 - 【請求項3】 更に診断メッセージを記憶するメモリを有する請求項1記載
のテレメータ。 - 【請求項4】 更に、前記プロセッサに結合された受信器を有し、該受信器
は無線周波数帯で送信された診断メッセージを受信するように構成されている請
求項1記載のテレメータ。 - 【請求項5】 前記受信器が更に、地上局からの無線周波数帯で送信された
指令を受信するように構成されている請求項1記載のテレメータ。 - 【請求項6】 前記状態センサが排ガス温度センサを含む請求項1記載のテ
レメータ。 - 【請求項7】 前記状態センサがタービン速度センサである請求項1記載の
テレメータ。 - 【請求項8】 前記プロセッサが、前記センサ出力から前記ディジタル・デ
ータを受取るようになっていて、該ディジタル・データを1つ又は更に多くの診
断メッセージに変換すると共に、該診断メッセージをアセンブラ出力に提供する
メッセージ・アセンブラと、前記アセンブラ出力及び受信器から前記診断メッセ
ージを受取って記憶するメモリと、前記診断メッセージを選定された着信先に差
し向けると共に、前記選定された着信先がホスト・プラットホームでないときに
、前記診断メッセージを前記送信器に提供するルータとで構成された診断メッセ
ージ・プロセッサを含んでいる請求項1記載のテレメータ。 - 【請求項9】 前記状態センサがコア速度センサである請求項1記載のテレ
メータ。 - 【請求項10】 前記テレメータが航空機に搭載されている請求項1記載の
テレメータ。 - 【請求項11】 前記テレメータが機関車に搭載されている請求項1記載の
テレメータ。 - 【請求項12】 前記テレメータが船舶に搭載されている請求項1記載のテ
レメータ。 - 【請求項13】 移動性資産上に搭載されたテレメータと、遠隔局とを有し
、前記テレメータは、前記資産の1つ又は更に多くの状態センサの出力に接続さ
れた入力、前記資産の感知された性能に関係する情報を含む診断メッセージを提
供する出力及び前記テレメータの出力に結合された入力を持っていて、前記診断
メッセージをISM周波数帯で送信する送信器を含んでおり、前記遠隔局は、前
記送信されたメッセージを受信する受信器、前記送信されたメッセージを処理す
るプロセッサ、及び前記資産の性能に関係する情報を、該情報を利用するように
なっている装置に提供する出力を含んでいる遠隔測定システム。 - 【請求項14】 関心のある地理的な区域をカバーするように構成された複
数個の前記遠隔局を含む請求項13記載の遠隔測定システム。 - 【請求項15】 前記関心のある地理的な区域が合衆国大陸である請求項1
4記載の遠隔測定システム。 - 【請求項16】 前記送信器が3.2GHzのISM帯域で電磁エネルギを
送信する請求項1記載の遠隔測定システム。 - 【請求項17】 前記テレメータが、ISM周波数帯で診断メッセージを受
信する受信器を更に有する請求項1記載の遠隔測定システム。 - 【請求項18】 前記送信器が5GHz帯域で送信する請求項1記載の遠隔
測定システム。 - 【請求項19】 前記情報を利用するようになっている装置が表示装置であ
る請求項1記載の遠隔測定システム。 - 【請求項20】 アンテナ配列が、ISM帯域の無線周波通信を受信するよ
うになっている請求項1記載のシステム。
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