JP3828769B2

JP3828769B2 - 電子無線システムのリソース・アセットのリアル・タイム・プログラミング

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Publication number: JP3828769B2
Application number: JP2001260894A
Authority: JP
Inventors: マイケル・イー・キャンベル
Original assignee: Northrop Grumman Corp
Current assignee: Northrop Grumman Corp
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2021-08-30
Also published as: US20030194996A1; EP1696582B1; EP1696582A1; US7136643B2; JP2002141825A; US7430415B2; EP1187356A2; DE60120859D1; EP1187356A3; US20060252382A1; EP1187356B1; EP2256942A1; DE60120859T2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アビオニクスおよび電子無線システムに関する。特に、本発明は、リアル・タイムでプログラム可能な電子無線システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
本願は、同時に出願した米国特許出願第０９／６５１７５４号、および米国特許第０９／６５１，７５７号に関連している。
【０００３】
軍用航空機は、３つの重要な部類の機能、即ち通信、ナビゲーション（航行）および識別（ＣＮＩ）を実装可能な電子無線またはＣＮＩアビオニクス・システムを必要とする。通信機能は、例えば、音声無線を通じた通信およびデータ・ネットワークへのインターフェースを含み、航行機能は、例えば、入力無線ビーコン、グライドスロープ指示、および全地球測位システム（ＧＰＳ）の受信を含み、識別機能は、例えば、敵味方識別質問（呼び掛け：ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ）を含む。民間航空機の場合、軍用識別機能は不要であり、通常サーベイランス（監視）機能が代わりに設けられる。監視機能は、例えば、民間識別（ｃｉｖｉｌｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、ならびにその他の航空機の位置および飛行経路判定を含む。通信機能、航行機能、識別機能、および監視機能を、以下ではまとめて電子無線システムの無線機能と呼ぶことにする。
【０００４】
従来では、所定の独立したリソース・アセット（ｒｅｓｏｕｒｃｅａｓｓｅｔ）集合体が典型的な無線機能を遂行していた。リソース・アセットは、例えば、アンテナ、アンテナ予備調整ユニット、受信予備選択器、トランシーバ（送受信機：即ち、送信機および受信機）、モデム（即ち、変調器および復調器）、ディジタル信号プロセッサ、増幅器、マイクロフォン、ヘッドセット等を含む。したがって、音声チャネル受信無線機能は、アンテナ、アンテナ予備調整ユニット、予備選択器、送信電力増幅器、受信機、モデム、ディジタルーアナログ変換器、およびヘッドセットを用いれば、遂行することができる。リソース・アセットは、当該リソース・アセットが実行するように設計された特定の無線機能専用であった。
【０００５】
言い換えると、従来の電子無線システムは、設けようとする無線機能性に唯一のポイント設計アーキテクチャ（ｐｏｉｎｔｄｅｓｉｇｎａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）を用いて開発されていた。各無線機能は、別個の専用アーキテクチャを必要とし、そのために設計が固定化するので、例えば、性能アップグレードや技術向上のための変更が困難であった。航空機が実行しなければならない無線機能の総数が増大するに連れて、電子無線システムの複雑性およびサイズ、重量、ならびに電力要求量も全体として増大した。しかしながら、航空機において、サイズ、重量、および電力要求量を制限する必要性は、最重要課題である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
航空機、特に軍用航空機は、共通して、その航空計画がミッション・セグメントと呼ばれる単位に細分されている。一般に、いずれの所与のミッション・セグメントにおいても、航空機は、当該航空機が対応する無線機能の内所定の部分集合のみを実施するに過ぎない。その例として、ミッション・セグメントは、無線機能の内第１部分集合が動作する「出発および復帰（リカバリ）」、無線機能の内第２部分集合が動作する「空中戦闘および地上攻撃」、および無線機能の内第３部分集合が動作する「基地への安全な帰還」を含む場合がある。航空機は個々のミッション・セグメントの間その全ての無線機能の内部分集合のみを用いるに過ぎないが、過去の電子無線システムの設計では、多くの場合、航空機は、常時無線機能全てを備えるために必要なリソース・アセット全てを装備しなければならなかった。
【０００７】
無線機能データが、当該無線機能をサポートするリソース・アセットを通過する経路を、機能スレッド（ｔｈｒｅａｄ）と呼ぶ。例えば、ＶＨＦ音声受信無線機能スレッドは、ＶＨＦアンテナにおいて開始し、ＶＨＦアンテナ・インターフェース・ユニット、ＶＨＦ受信機、信号プロセッサ、インターコムへの特殊ＶＨＦ音声インターフェースを経由し、最終的にヘッドセットに至る。従来の設計技法において欠点となる状況の１つに、無線機能スレッドを形成する際に、独立したリソース・アセットの集合を用いることがあげられる。言い換えると、リソース・アセットは、現ミッション・セグメントに対する無線機能の必要性に基づいて共有されておらず、このため電子無線システムを実現するためのリソース・アセットが過剰に装備されていた。
【０００８】
電子航空無線システムのサイズ、重量、およびコストを抑える努力において、ブロック構築手法が開発された。各構築ブロック（ビルディング・ブロック）は、異なる数個の無線機能が必要とする処理の一部を実行することができる。しかしながら、多くの異なる形式の構築ブロック（共通モジュールと呼ぶ）が存在した。したがって、多種多様の構築ブロックを用いて構築された電子無線システムは、共通の設置、パッケージングおよびインフラストラクチャ・リソースを共有することができるが、制御およびデータ・ルーティングの統合の結果、無線機能間に複雑な相互依存性が生じてしまった。この相互依存性は、更に、開発サイクルを複雑化し、別の無線機能の修理、交換、またはアップグレードの結果、無線機能の一集合に対して予期せぬ影響を及ぼす潜在的可能性が高くなった。
【０００９】
当業界では、前述の問題およびその他の以前から認められている問題に対処した、プログラム可能な電子無線システムが長い間必要とされていた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様は、多数のＣＮＩ機能を遂行するためのリソース・アセットを削減し、再構成可能な集合とした電子無線システムである。再構成可能なリソース・アセット集合は、初期の共通モジュールよりも柔軟性および適応性（ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）を向上させつつ、電子無線システムのアーキテクチャの複雑性およびＳＷＡＰ要件を低減し、しかもいずれの所与の時間においても同時に必要とされるＣＮＩ機能の全てを航空機に提供する。
【００１１】
本発明の別の態様は、所与の航空機ミッション・セグメントの中で必要なＣＮＩ機能を同時に提供する電子無線システムである。
本発明の更に別の態様は、重要なＣＮＩ機能には冗長性を備えた電子無線システムである。
【００１２】
本発明の更に別の態様は、多数のＣＮＩ機能の集合を実装するために装備するリソース・アセットを最小限の集合に抑える設計とした、電子無線システムの設計方法論である。最小限のリソース・アセット集合の使用は、ＳＷＡＰ要件の低減につながる。
【００１３】
本発明の好適な実施形態は、ＲＦリソース・アセットおよびプロセッサを含む、電子無線システムを提供する。プロセッサは、航空機の各ミッション・セグメントの間、ＲＦ制御および切り替え（スイッチング）制御信号を発生し、ＲＦリソース・アセットによってＣＮＩ機能スレッドを作成し、当該ミッション・セグメントの間に必要とされるＣＮＩ機能を実現する。また、プロセッサは、マスタとして指定した同一のプロセッサに結合し、マスタが当該プロセッサにＣＮＩ機能集合選択信号を送るようにすることもできる。（小規模な単一プロセッサ用途では、マスタは当該プロセッサ内部にある。）ＣＮＩ機能集合選択信号は、プロセッサがリソース・アセットによって実装するＣＮＩ機能集合を制御する。マスタ・プロセッサは、航空機の現ミッション・セグメントに基づいて、ＣＮＩ機能集合信号を発生することもできる。あるいは、マスタ・プロセッサは、パイロット・オーバーライド（ｐｉｌｏｔｏｖｅｒｒｉｄｅ）に基づいてＣＮＩ機能集合選択信号を発生することもできる。
【００１４】
また、本発明は、電子無線システムにおいてアセット・リソースを制御する方法も提供する。この方法は、最初に、第１ミッション・セグメント、第２ミッション・セグメント等の間に実現するＣＮＩ機能を決定する。いずれの所与のミッションにおいても、６ないし８個のミッション・セグメントがあり得る。また、多任務航空機では、実行しなければならないミッションには数種類あり、その各々のミッション・セグメント集合が少しずつ異なるという場合もある。この場合、リソース・アセットは、航空機が第１ミッション・セグメントにあるときには、第１ミッション・セグメントＣＮＩ機能を実現するために、ＣＮＩ機能スレッドを作成するように構成されている。次いで、航空機が第２ミッション・セグメントに入ると、第２ミッション・セグメントのＣＮＩ機能を実現するために、ＣＮＩ機能スレッドを作成するようにリソース・アセットを再構成する。このようにして、以下同様に行われる。
【００１５】
更に、本発明は、電子無線システムを設計する方法を提供する。この方法は、開始すると、航空機が実行しなければならないミッション形式を判定する。次いで、この方法はミッション毎にセグメントを判定する。次に、セグメントの各々に対してＣＮＩ機能を決定する。この後、各ミッション・セグメントの間に、およびミッションの各形式に対して規定されるＣＮＩ機能を実現するために必要なＣＮＩ機能スレッドを作成することができるリソース・アセットを割り当てる。リソース・アセットの割り当ての後、切り替え用ハードウエアによってリソース・アセットの相互接続を決定する。最後に、最少共通アセット手法を用いて、リソース・アセット集合を最少化し、各ミッション・セグメントの中で、その他のミッション・セグメントの間に必要となるＣＮＩ機能とは独立して、ＣＮＩ機能スレッドを作成するために必要なリソース・アセットのみから成るようにする。これが、最終コンプライアンス（準拠性）検査となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
これより図１を参照すると、この図は、電子無線システムの電子無線システム多機能スライス１００を示す。多機能スライス１００は、アンテナ受信／送信（Ｒ／Ｔ）インターフェースを含む。このインターフェースは、ＰＡ１０２、ディジタル・プロセッサ１０４、マルチバンド送受信機（トランシーバ）１０６，１０８，１１０，１１２、およびアビオニクス・インターフェース１１４を含む。プロセッサ１０４および送受信機１０６，１０８，１１０，１１２は、送受信機―プロセッサ構築ブロック（送受信機／プロセッサ構築ブロック）１１６として、全体的に集合化して示されている。送受信機／プロセッサ構築ブロック１１６については、以下で図７および図８を参照しながら詳細に説明することにする。各多機能スライスは、他のあらゆる多機能スライスと構造が同一のプログラム可能な多機能無線機であり、以下で説明するように、これらを互いに結合し、更に複雑な電子無線システムを形成することができる。尚、多機能スライス１００は４つの送受信機１０６，１０８，１１０，１１２を有するものとして示すが、多機能スライスは、個々の用途や、以下に述べるようなリソース・アセットの最適化にしたがって、これよりも多い送受信機または少ない送受信機を有する場合もあることを注記しておく。
【００１７】
送受信機１０６，１０８，１１０，１１２は、マルチ機能スライス１００が担当する無線機能に割り当てられる周波数スペクトルにおいて、送信励振器および受信機能性を備えている。好ましくは、送受信機１０６，１０８，１１０，１１２は、非常に広い範囲の周波数（例えば、ＶＨＦバンドからＬバンドまで）にわたって同調可能とし、広範囲の無線機能周波数に対応するようにすることが望ましい。その結果、全体的に、各多機能スライスにおいて必要な送受信機が減少し、スライスを基本とするアーキテクチャのサイズ、重量、およびコスト面における利点が容易に得られる。これについては、以下で更に詳しく説明する。
【００１８】
スライスの送信機ＰＡ１０２とのアンテナＲ／Ｔインターフェースは、１つ以上のアンテナ予備調整器を送受信機１０６，１０８，１１０，１１２に結合する。アンテナＲ／Ｔインターフェース１０２は、アンテナ・コネクタ１２０を介してスライス外部からアクセス可能であり、アンテナ選択切り替え、予備選択器のフィルタリング、および送信ＲＦ電力増幅を行なう。プロセッサ１０４は、アンテナＲ／Ｔインターフェース１０２による個々のアンテナ予備調整器の個々の送受信機に対するマッピングを制御し、必要なあらゆる信号処理（モデム）、データ処理、および暗号処理を行なう。制御は、プロセッサ１０４からローカルＲＦ制御バス１２２を通じてアンテナＲ／Ｔインターフェース１０２に送られるＲＦ制御信号の形態で行われる。
【００１９】
プロセッサ１０４は、１つ以上のＣＮＩネットワーク・バス・コネクタ１２４において、多機能スライス１００外部からアクセス可能である。多機能スライス１００は、ＣＮＩネットワーク・バス・コネクタ１２４を介して、１つ以上のその他の多機能スライスに相互接続することができる。また、ローカルＲＦ制御バス１２２は、プロセッサ１０４を送受信機１０６，１０８，１１０，１１２の各々に接続し、同調およびその他のパラメータの設定のためのコマンドを供給したり、更にアンテナＲ／Ｔインターフェースに接続し、周波数設定値の選択やスイッチ位置の制御を行なう。プロセッサ１０４は、双方向データ・インターフェース（アナログまたはディジタル）１０ｗ，１０ｘ，１０ｙ，１０ｚを介して、送受信機１０６，１０８，１１０，１１２に接続されている。プロセッサ１０４および電子無線システム多機能スライス１００の他の構成部品との相互接続については、以下で図７および図８に関して更に詳細に説明することにする。
【００２０】
アビオニクス・インターフェース１１４は、航空機のコア・アビオニクスをプロセッサ１０４に結合する。アビオニクス・インターフェース１１４は、アビオニクス入力１２６およびアビオニクス出力１２８を備えている。アビオニクス入力１２６および出力１２８は、電子無線システム多機能スライス１００のアビオニクス・コネクタ１３０においてアクセス可能である。アビオニクス入力１２６は、例えば、未暗号化音声信号を受け入れるために用いることができ、この信号を暗号化し次いで送信する。アビオニクス出力１２８は、例えば、受信し解読したデータ信号を供給することができ、データ信号は航空機内のどこかで使用される。
【００２１】
次に図２を参照すると、この図は、４つの多機能スライス２０２，２０４，２０６，２０８から成る多機能電子無線システム２００を示す。また、図２には、アンテナ・アパーチャ２１０，２１２，２１４，２１６、アンテナ予備調整器２１８，２２０，２２２，２２４、およびコア・アビオニクス２２６も示す。
【００２２】
多機能スライス２０２，２０４，２０６，２０８は、各多機能スライス２０２，２０４，２０６，２０８のＣＮＩネットワーク・バス・インターフェースを実装するために用いられる個々のバス・アーキテクチャの要件にしたがって相互接続される。例えば、多機能スライス２０２，２０４，２０６，２０８は、ＩＥＥＥ−１３９４シリアル・バス２２８，２３０，２３２を用いて、ＣＮＩネットワーク・バス・コネクタ２３４間に一緒に結合することができる。
【００２３】
多機能スライス２０２，２０４，２０６，２０８は、電子無線システム多機能スライス２０２，２０４，２０６，２０８のアンテナ・コネクタ２３６において、航空機のアンテナ予備調整器に結合されている。各多機能スライス２０２，２０４，２０６，２０８をアンテナ予備調整器の各々に接続する必要はない。しかしながら、特定の多機能スライスを特定のアンテナ予備調整器に接続することによって、この多機能スライスは、予備調整器および関連するアンテナによって、機能スレッドを実行することが可能となる。
【００２４】
また、多機能スライス２０２，２０４，２０６，２０８は、電子無線システム多機能スライス２０２，２０４，２０６，２０８のアビオニクス・コネクタ２３８において、航空機のコア・アビオニクス２２６にも結合されている。航空機のコア・アビオニクス２２６は、航空機の残り部分から多機能スライスへの入力を備えている。また、コア・アビオニクス２２６は、電子無線システム多機能スライス２０２，２０４，２０６，２０８の出力を受信する。これによって、コア・アビオニクス２２６は、汎用入出力構造として機能し、電子無線システム２００に送信する情報を配信したり、電子無線システム２００が受信する情報、一例として、ヘッドセット、コクピット・ディスプレイ、または航空機コンピュータへの情報を配信する。
【００２５】
次に図３に移ると、この図は、多機能電子無線システムを実現する方法のフローチャート３００を示す。ステップ３０２において、電子無線システムによって遂行する１組の無線機能（即ち、無線機能の種類）を決定する。同時に必要な無線機能の総数、および各機能スライスが実現可能な無線機能の数から、必要なスライスの最少数を決定する。勿論、同一の各多機能スライスにおいて用いられる送受信機は、無線機能スレッドが用いる周波数バンドに対応するように選択される。できるだけ広い周波数範囲で動作可能な送受信機を実装することによって、通常、各多機能スライスにおいて必要となる送受信機の種類が減少し、したがって送受信機の総数も減少する。
【００２６】
ステップ３０２において、電子無線システムによって遂行する１組の無線機能（即ち、無線機能の種類）を決定する。同時に必要な無線機能の総数、および各機能スライスが実現可能な無線機能の数から、必要なスライスの最少数を決定する。勿論、同一の各多機能スライスにおいて用いられる送受信機は、無線機能スレッドが用いる周波数バンドに対応するように選択される。できるだけ広い周波数範囲で動作可能な送受信機を実装することによって、通常、各多機能スライスにおいて必要となる送受信機の種類が減少し、したがって送受信機の総数も減少する。
【００２７】
ステップ３０４において、ステップ３０２で特定した無線機能の各々を、特定の多機能スライスに割り当てる。ステップ３０６において、各多機能スライスを、当該多機能スライスが対応する無線機能と連動するアンテナ予備調整ユニットの各々に接続する。例えば、多機能スライスが対応(サポート)する多機能無線機能が、共通の予備調整器を共有する場合、その予備調整器に対しては１つの接続のみを行なうことが好ましい。
【００２８】
一旦多機能スライスを選択し相互接続したなら、多機能スライス内のプロセッサは、各機能スレッド上において音声、データまたは無線航行（ナビゲーション）の送信および受信を主に担当する。以下で更に詳しく説明するが、１つのプロセッサがマスタ・プロセッサに指定され、全ての多機能スライスの調整を実施し、機能スレッドのリソース・アセットに対する割り当てのプログラムおよび再プログラムを行なう。
【００２９】
次に図４に移ると、この図は、リアル・タイムでリソース・アセットを再プログラム可能な電子無線システム４００を示す。電子無線システム４００は、アンテナ４０２，４０４，４０６，４０８、アンテナ予備調整器４１０，４１２，４１４，４１６、予備選択器／送信機スイッチ４１８、送受信機４２０，４２２，４２４，４２６、プロセッサ４２８、およびアビオニクス・インターフェース４３０を備えている。
【００３０】
アンテナ４０２，４０４，４０６，４０８は、電子無線システム４００が実行する無線機能に割り当てられている周波数における信号の受信および送信にサポートする。図４では、電子無線システム４００は４つのアンテナを有するものとして示されているが、電子無線システムは、電子無線システム４００の個々の機能スレッドの要件に応じて、これよりも多いアンテナまたは少ないアンテナを有する場合もある。アンテナ４０２，４０４，４０６，４０８の各々は、アンテナ予備調整器４１０，４１２，４１４，４１６にそれぞれ結合されている。
【００３１】
アンテナ予備調整器４１０，４１２，４１４，４１６は、予備選択器／送信機スイッチ４１８に結合されている。予備選択器／送信機スイッチ４１８は、例えば、４−４スイッチ、またはＮ×Ｍスイッチ、およびＲＦ電力増幅器とすればよい。予備選択器／送信機スイッチ４１８は、１対１を基準にマップすることができ、あるいはマルチキャスト・モードで動作することもできる。また、送受信機４２０，４２２，４２４，４２６の各々は、スイッチ４１８にも接続されている。送受信機４２０，４２２，４２４，４２６の各々からの音声およびデータは、入力接続部４３２および出力接続部４３４（図７で説明するＣＮＩネットワーク・バス接続部と関連付けることができる）を介して、プロセッサ４２８を経由してアビオニクス・インターフェース４３０に通信（伝達）される。尚、予備選択器／送信機スイッチ４１８は、Ｎ×Ｎスイッチ全体である必要はなく、更にいずれのリソース・アセット間に追加のスイッチを備えてもよいことを注記しておく。プロセッサ４２８は、プログラム可能な機能スレッドに対応するために設けられた、予備選択器／送信機スイッチの接続性を制御する。これについては、以下で説明する。
【００３２】
プロセッサ４２８は、ローカルＩ／Ｑインターフェース４３６によって、送受信機４２０，４２４，４２６，４２８の各々に接続されている。プロセッサ４２８は、ＲＦ制御バス４３８を通じてＲＦ制御信号を送ることによって、送受信機４２０，４２４，４２６，４２８、および予備選択器／送信機スイッチ４１８を制御し、例えば、送受信機に特定の周波数に同調してデータを受信するように命令したり、更に予備選択器／送信機スイッチ４１８を統計的に設定するように命令する。また、プロセッサ４２８は、スイッチ制御ライン４３９によって、予備選択器／送信機スイッチ４１８にも（およびその他にスイッチが設けられていれば、そのいずれにも）接続されている。したがって、プロセッサ４２８は、スイッチ制御ライン４３９を通じて適切な低レイテンシ切り替え制御信号を送り、リアル・タイムで予備選択器／スイッチ４１８の入出力動作を制御することができる。
【００３３】
個々のミッション・セグメントの間、プロセッサ４２８は、ＲＦ制御信号および切り替え制御信号を発生し、当該ミッション・セグメントの間に必要とされる無線機能を実現する無線機能スレッドを作成する。例えば、出発およびリカバリ（復帰）ミッション・セグメントの間、プロセッサ４２８はＲＦ制御信号および切り替え制御信号を発生し、出発およびリカバリ無線機能を実現する無線機能スレッドを作成する。出発およびリカバリＣＮＩ機能は、例えば、音声通信、グライドスロープ指示、および無線ビーコン取得を含むことができる。
【００３４】
この態様では、プロセッサ４２８は、切り替え制御ユニットとして作用し、完全な機能スレッドを実現するようにリソース・アセット間で信号相互接続を行なう。したがって、例えば、音声送信無線機能では、プロセッサ４２８は、アビオニクス・インターフェースから、プロセッサを経由して（モデム・エンコードおよび暗号化を行なう場合）、送受信機を経由して（励振器変調、フィルタリング、および増幅を行なう場合）、予備選択器／送信機スイッチ４１８を経由して（アンテナ接続およびＲＦ電力増幅を行なう場合）、予備調整器まで経路を形成し、最終的にアンテナに達して空中への放射となる。
【００３５】
航空機が、ミッション・セグメントを、例えば、空中戦闘および地上攻撃ミッション・セグメントに変更した場合、プロセッサ４２８は、空中戦闘および地上攻撃無線機能を実現する無線機能スレッドを作成する、ＲＦ制御信号および切り替え制御信号を発生する。空中戦闘および地上攻撃無線機能は、例えば、暗号化音声通信、特殊命令が送信されるチャネル上での受信、Ｃ−セル、狭帯域（ＮＢ）データ受信（例えば、衛星から）、統合ブロードキャスト・サービス（ＩＢＳ）、ＩＦＦ質問（インテロゲーション）、ＩＦＦトランスポンダ、レーダ高度計、Ｌｉｎｋ−１６（ＪＴＩＤＳ）機密およびＥＣＣＭ音声およびデータ通信、ならびに全地球測位システム・スレッド（ＧＰＳ）を含むことができる。
【００３６】
プロセッサ４２８は、各ミッション・セグメントに必要な無線機能スレッドのみを実現するように、ＲＦ制御信号および切り替え制御信号を発生することが好ましい。その結果、電子無線システムは、ミッション・セグメント全体を通じて同時無線機能スレッドの最大数に対応するために必要なリソース・アセットを含むだけで済む。例えば、表１は３つのミッション・セグメントＡ，Ｂ，Ｃの各々において必要なリソース・アセットを示すと仮定する。そして、表２は、従来の独立リソース・アセット設計体系、および本発明の再プログラム可能なリソース・アセット体系の下において、電子無線システムを実現するために必要なリソース・アセットを示す。
【００３７】
【表１】

【００３８】
【表２】

【００３９】
表２に示すように、現ミッション・セグメントによって管理して、機能スレッドをＱ，Ｒ，Ｒ，Ｓ，Ｔリソース・アセットに再度割り当てることによって、必要なリソース・アセットの総数が大幅に削減される。各機能スレッドに独立したリソース・アセットを用いて設計した電子無線システムでは、合計９個のリソース・アセットが必要となる。しかしながら、本発明のリアル・タイム再プログラム可能電子無線システムでは、５つのアセット・リソースだけで済む。リソース・アセットの総数が大幅に減少することにより、電子無線システムのサイズ、重量、および電力（そしてコスト）要件の直接的な削減に至る。
【００４０】
動作において、プロセッサ４２８は、例えば、ＣＮＩネットワーク・バスを通じて無線機能集合選択信号を受信する。無線機能集合選択信号は、プロセッサ４２８に、どの無線機能スレッドが現在必要であるかを示す。プロセッサ４２８は、指定したマスタ・プロセッサ４４０から無線機能集合選択信号を受信することができる。マスタ・プロセッサ４４０は、航空機の現ミッション・セグメントを追跡する。あるいは、無線機能集合選択信号は、パイロット・オーバーライドまたは選択スイッチに応答して、アビオニクス・インターフェースを介して受信することもできる。
【００４１】
また、リソース・アセットが再プログラム可能なことから、重要な無線機能のフォールト・トレランスが高められる。プロセッサ４２８は、故障したリソース・アセットを避ける代わりの無線機能スレッドを実現するＲＦおよび切り替え制御信号によって、故障したリソース・アセットを回避することができる。遂行可能な無線機能の総数、および現ミッション・セグメントにおいて用いられている無線機能の数に応じて、重要な無線機能を設定し直すことにより、重要でない（または重要性の優先度が低い）無線機能を利用できないようにすることができる。各ミッション・セグメントの種々の無線機能間における優先順位は、ミッションの前に、その優先順位に応じて設定し直した無線機能を用いて、マスタ・プロセッサ４４０において予めプログラムしておくことができる。あるいは、パイロットは、あらゆる所望の無線機能に割り当てられる無線機能要求スイッチを用いて、リアル・タイムで無線機能の優先順位を割り当てたり、あるいは無線機能の優先順位を無視（無効に）することもできる。
【００４２】
次に図５に移ると、この図は、電子無線システムにおいてリソース・アセット集合を制御するための、本発明の方法のフローチャート５００を示す。最初に、ステップ５０１において、兵器システム・プラットフォームが実行しなければならないミッション形式（例えば、ＣＡＳ、ＡＩ、ＡＡ、ＳＥＡＤ）を全て定義（規定）し、各ミッション形式毎にセグメントを定義する。ステップ５０２において、航空機の第１ミッション形式の第１ミッション・セグメントの間に必要な無線機能を決定する。同様に、航空機の第２ミッション・セグメントの間に必要な無線機能を決定する（ステップ５０４）。ステップ５０５は、第１ミッション形式のミッション・セグメント全てについて、以上のステップを繰り返す。
【００４３】
ステップ５０６において、航空機が第１ミッション・セグメントで動作しているときに、第１ミッション・セグメントの無線機能を実現するように、リソース・アセット集合を構成する。先に注記したように、構成は、ＲＦ制御信号および切り替え制御信号を発生し、無線機能スレッドを作成することを含むことができる。続いて、航空機が第２ミッション・セグメントで動作しているときに、リソース・アセットを再構成し、第２ミッション・セグメントの無線機能を実現し、残りのミッション・セグメント全てについて、同様にリソース・アセットを再構成する。ステップ５０９は、残りのミッション形式全てについて、ステップ５０２、５０４、５０６、５０８を繰り返す。次いで、ステップ５１０では、全てのミッション形式に対して全てのミッション・フェーズを満足する、必要な機能の最少共通集合を求める。
【００４４】
図６を参照すると、この図は、電子無線システムを設計する方法のフローチャートを示す。ステップ６０２において、第１、第２ミッションおよび全てのミッション・セグメントを定義する（５０１および６０１の結果）。次に、ステップ６０４において、ミッション・ステップの各々において必要な無線機能を決定する（５０９の結果）。次に、ＲＦ周波数、シグナリング形式、帯域幅、および同時性に基づいて、最適なアセット集合を定義する（ステップ６０５）。
【００４５】
アセットの割り当てを行い、どのアセット・リソースが第１ミッション・セグメントの無線機能に必要か、そしてどのアセット・リソースが第２および全てのミッション・セグメントの無線機能に必要かを判断する（ステップ６０６）。次に、切り替え用ハードウエアを介して、リソース・アセットの相互接続を指定する（ステップ６０８）。リソース・アセットは、第１ミッション・セグメントの無線機能全てが第１ミッション・セグメントの間実現可能となるように接続し、第２ミッション・セグメントおよび全てのミッション・セグメントの間に、第２ミッション・セグメントおよび全てのミッション・セグメントの無線機能全てが実現可能となるように接続する。
【００４６】
リソース・アセット最少化ステップ６１０において、最少のリソース・アセット集合を決定し（例えば、全てのミッションに対して全てのミッション・セグメントを満足する、必要最少量の共通アセットを求める最少化アルゴリズム６１１を用いて）、ミッション・セグメントのいずれの１つに関連する無線機能でも、その全てが、最少のリソース・アセット集合を用いて同時に実現可能となるようにする。次に、追加のミッション・セグメントが生ずるに連れて、プロセッサ４２８は無線機能スレッドを再プログラムし、追加の各ミッション・セグメントにおいて必要な無線機能を遂行する。リソース・アセットの数を最少に抑えているので、電子無線システムは、リソース・アセットの不要な重複を含まない。
【００４７】
次に図７に移ると、この図は送受信機／プロセッサ構築ブロック７００を示す。構築ブロック７００は、多数の送受信機７０４，７０６，７０８，７１０に結合されたプロセッサ７０２を含む。ＣＮＩネットワーク・バス７１２が、ＣＮＩネットワーク・バス・コネクタ７１６を介して、多機能スライス境界７１４の外側からプロセッサ７０２に接続する。構築ブロック７００は、例えば、多機能スライスに挿入することができる物理的ハードウエア・ユニットとしてもよい。しかしながら、更に一般化すると、構築ブロック７００は、電子無線システムの設計者が、例えば、新たな電子無線システムを設計するときに、ＣＡＤライブラリから読み出すことができる設計単位を表す。
【００４８】
同相および直交（ＩＱ）インターフェース７１８，７２０，７２２，７２４が、プロセッサ７０２を送受信機７０４〜７１０に接続する。しかしながら、ＩＱインターフェースは、プロセッサ７０２が採用する特定の変調技法に適したその他のデータ・インターフェースと置換してもよい。構築ブロック７００は、同様にプロセッサ７０２を送受信機７０４〜７１０に接続する、ローカルＲＦ制御バス７２６を含む。加えて、外部制御バス７２８がプロセッサ７０２に接続し、外部制御バス・コネクタ７３０を介して多機能スライス境界７１４の外側からアクセス可能である。各送受信機７０４〜７１０は、ＲＦ入力（例えば、受信ＲＦ入力７３２）、およびキャリア発生器送信出力（例えば、キャリア励起（励振器）出力７３４）を含む。これらは、例えば、アンテナ・インターフェース／送信機ユニットに接続する。
【００４９】
プロセッサ７０２は、送信および受信方向において、各送受信機７０４〜７１０毎に、暗号化のサポートを含むことが好ましい。一実施形態では、プロセッサ７０２は、プログラム・メモリから暗号化対応（サポート）ソフトウエアを実行し、暗号化および解読を行い、更にＥＣＣＭ（妨害対策）アプリケーションを実行する。代替実施形態では、ＣＮＩネットワーク・バス７１２を用いて、専用の暗号化回路をプロセッサ７０２、および送受信機７０４〜７１０に接続し、暗号化、解読およびＥＣＣＭを処理する。適用する暗号化の種類は、構築ブロックを用いる個々の用途によって決められ、例えば、以下の暗号化およびＥＣＣＭ規格、ＫＧＶ−８、ＫＧＶ−１０、ＫＧＶ−１１、ＫＧＶ−２３、ＫＧ−８４Ａ、ＫＧＲ−９６、ＫＧ−１２５、ＫＹ−５８、およびＨａｖｅｑｕｉｃｋＡｐｐｌｉｑｕｅに対する対応を含む。
【００５０】
プロセッサ７０２は、それが位置する多機能スライスに対して、高速制御機能を実行する。高速制御機能は、同時に多数の無線機能を遂行するために、予備処理、信号処理、データ／メッセージ処理、ならびに暗号化ＥＣＣＭならびにメッセージ・セキュリティ処理を含む。したがって、１つの送受信機／プロセッサ構築ブロック７０２は、以前では、多数の別個のモジュール間に分散されていた処理を局在化させる。このような局在化は、高速アナログーディジタル変換器、高クロック速度プロセッサ、高密度フィールド（現場）プログラム可能ゲート・アレイ、高密度メモリ、一体化暗号プロセッサ、および市販の共通バス・デバイスを用いて遂行することができる。
【００５１】
プロセッサ７０２は、ＣＮＩネットワーク・バス７１２を通じて、その多機能スライスの外部と通信する。このために、ＣＮＩネットワーク・バス７１２は、ＩＥＥＥ−１３９４バスのような、市販の共通バスとして実現することができる。ＣＮＩネットワーク・バス７１２は、多機能スライス間を通るので、ＣＮＩネットワーク・バスは、スライス間通信、コマンド、および調整に用いられる。
【００５２】
特に、ＣＮＩネットワーク・バス７１２は、殆どの場合、暗号化されていない（平文の）情報を搬送する。未暗号化情報は、一例として、音声データ、送信調整データ、およびリレー・データを含む場合がある。音声データは、送受信機７０４〜７１０から復元した音声通信、またはこれらを介した伝送のための音声通信を含む。送信調整データは、他の多機能スライスの実行中の動作に関する情報を含み、プロセッサ７０２に、使用可能なまたは使用中の通信周波数および通信スレッドがわかるようにする（共通サイト緩和）。リレー・データは、再送信または再処理のために（例えば、ＲＦ周波数バンドから別のＲＦ周波数バンドへの中継）、他の多機能スライスからプロセッサ７０２に送られた情報を含む。
【００５３】
ＣＮＩネットワーク・バス７１２は、例えば、電磁遮蔽７３６を用いて、ローカルＲＦ制御バス７２６、および外部制御バス７２８とは分離することが好ましい。このようにＣＮＩネットワーク・バス７１２を分離することによって、未暗号化情報、または一般的に機密情報が送受信機７０４〜７１０またはアンテナを介して、直接空間に放射されるのを防止するのに役立つ。
【００５４】
送受信機７０４〜７１０は、広範囲の周波数にわたって独立して同調可能とし、中間周波数、帯域幅、および利得特性の実現、着信ＲＦ信号のディジタル化、送信機ＰＡへの発信ＲＦ信号のアナログ変換、ならびにディジタル化前および後における着信および発信ＲＦ信号のフィルタリングを実現することが好ましい。送受信機を制御するために、ローカルＲＦ制御バス７２６は、プロセッサ７０２から制御情報を搬送する。このために、プロセッサ７０２は、例えば、中間同調周波数、中間周波数帯域、および中間周波数利得特性構成情報を各送受信機７０４〜７１０に提供するとよい。これらの情報は、通信スレッドに対する所定の必要性によって決定される。
【００５５】
ローカルＲＦ制御バス７２６は、多機能スライス内部では分離されている。言い換えると、ローカルＲＦ制御バス７２６は、構築ブロック７００を組み込んだ多機能スライスの外側から直接アクセスすることはできない。ＲＦ制御バス７２６に関する情報は、構築ブロック７００を離れて、ホスト多機能スライス内部の他のアセットを制御することができる。ローカルＲＦ制御バス７２６に関する情報は、最終的に、プロセッサ７０２およびＣＮＩネットワーク・バス７１２を通じて多機能スライスの外側に達することができるが、これはプロセッサ７０２によって「整理（ｓａｎｉｔｉｚｅ）」される。ローカルＲＦ制御バス７２６への直接アクセスは、設けられていない。
【００５６】
しかしながら、外部制御バス７２８に関しては、外部制御バス７２８は多機能スライスを離れ、他のシステムに接続することができる。一例として、外部制御バス７２８は、アンテナ切り替えおよび干渉計構成情報を搬送することができる。このような情報は、例えば、識別または監視（サーベイランス）ビーム操舵に対応するように、アンテナを構成する際に用いることができる。
【００５７】
次に図８に移ると、この図は、送信機能のために送受信機／プロセッサ構築ブロックを動作させるフロー図８００を示す。ステップ８０２において、多機能スライスを設ける。これは、前述の送受信機／プロセッサ構築ブロックを含む（即ち、プロセッサに結合された数個の送受信機を含む）。次に、この方法は、好ましくは、ＣＮＩネットワーク・バスを通じてプロセッサに未暗号化データを通信（伝達）する（ステップ８０４）。先に注記したように、ＣＮＩネットワーク・バスは、多機能スライスの外部から、直接アクセス可能である。
【００５８】
ステップ８０６に進み、プロセッサは、ネットワーク・バスを通じて受信したデータを処理して、制御データを形成する。次に、プロセッサは制御情報を、ローカルＲＦ制御バスを通じて、送受信機に伝達する（ステップ８０８）。先に注記したように、ローカルＲＦ制御バスは、多機能スライスの外側から直接アクセスすることはできない。更に、先に注記したように、外部制御バスは、多機能スライスの外側のアンテナにアンテナ制御データを直接伝達することができる（ステップ８１０）。
【００５９】
したがって、送受信機／プロセッサ構築ブロック７００は、多チャネル無線機能を備え、ＣＮＩネットワーク・バス７１２およびローカルＲＦ制御バス７２６を用いてプログラムすれば、送受信機機能、ディジタル処理機能、および暗号化機能を実行し、広範囲の電子無線機能が得られる。このように、従来の無線システムに対する複雑でコストがかかる、統合（即ち、カスタム）設計手法を回避する。言い換えると、送受信機構築ブロック７００は、単一の設計単位を提供し、従来用いられていた、多数の非共通受信機、送信機、予備処理器、信号プロセッサ、データ・プロセッサ、および暗号化プロセッサの必要性をなくす。これによって、新たなシステムを実装する際、新たなシステムを試験する際、および新たなシステムにロジスティックに対応する際に、必要な共通アセット集合が少なくて済むので、大幅な節約となる。
【００６０】
また、プロセッサ７０２内部に暗号化処理を含ませることにより、構築ブロック７００は赤（レッド：Ｒｅｄ）ＣＮＩネットワーク・バス７１２および黒（ブラック：Ｂｌａｃｋ）ローカルＲＦ制御バス７２６間で完全な分離が可能となることを注記しておく。システムのレッド／ブラック境界およびテンペスト（Ｔｅｍｐｅｓｔ）境界は、プロセッサおよびその背面においてのみ確立される。言い換えると、ＣＮＩネットワーク・バス７１２を通じて受信したデータは、送信前に、どこにも伝搬させる必要がない。特に、ネットワーク・バス上のデータを空間に放射させる可能性がある電子無線システムの近接領域に伝搬させる必要がない。更に、独立したＩＱインターフェース７１８〜７２４、およびローカルＲＦ制御バス７２６は、無線機能間の相互依存性を大きく低下させ、新たな無線機能を追加するときの電子無線システム全体に及ぼす影響を減らし、無線システムの他の部分に影響を及ぼす内部送受信機／プロセッサ構築ブロックの故障によって、本発明以外では生じてしまう、無線システムへの影響を抑え、開発サイクル中の統合および検査を簡略化する。
【００６１】
以上、好適な実施形態を参照しながら本発明について説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更や、同等のものとの置換が可能であることは、当業者には理解されよう。加えて、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の教示に対して特定のステップ、構造、または物的要素を適合化するような多くの変更を行なうことも可能である。したがって、本発明は、これまでに開示した特定実施形態に限定されるものではなく、本発明は、特許請求の範囲に該当する全ての実施形態を含むことを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子無線システムの多機能スライスを示す図である。
【図２】多機能スライスを用いて実現した多機能電子無線システムを示す図である。
【図３】多機能スライスを用いて多機能電子無線システムを実現する方法を示す図である。
【図４】再プログラム可能リソース・アセットを有する電子無線システムを示す図である。
【図５】電子無線システムにおけるリソース・アセット集合を制御する方法を示す図である。
【図６】電子無線システムを設計する方法を示す図である。
【図７】電子無線システムの送受信機／プロセッサ構築ブロックを示す図である。
【図８】送受信機／プロセッサ構築ブロックを動作させる方法を示す図である。
【符号の説明】
１００多機能スライス
１０２ＰＡ
１０４ディジタル・プロセッサ
１０６，１０８，１１０，１１２マルチバンド送受信機
１１４アビオニクス・インターフェース
１２６アビオニクス入力
１２８アビオニクス出力
１３０アビオニクス・コネクタ

Claims

再構成可能な電子無線システムにおいて、
電子無線システム多機能スライスと関連する複数のリソース・アセットであって、アンテナ・インターフェース、アビオニクス・インターフェース、送信および受信モードにおいて広い周波数範囲にわたって動作可能な複数の送受信機、および前記送受信機に結合されそれらの動作を制御するとともに前記送受信機を介して送信されたデータおよび受信されたデータを処理するスライス・プロセッサを含む複数のリソース・アセットと、
前記複数のリソース・アセットに結合されたマスタ・プロセッサであって、
第１ミッション・セグメントの間、ＲＦ制御信号を発生し、前記複数のリソース・アセットにおいて予め選択されたアセットの第１最適集合により、第１ミッション・セグメントの無線機能スレッドを確立することによって、第１ミッション・セグメントの無線機能を実現し、
第２ミッション・セグメントの間、ＲＦ制御信号を発生し、前記複数のリソース・アセットにおいて予め選択されたアセットの第２最適集合により、第２ミッション・セグメントの無線機能スレッドを確立することによって、第２ミッション・セグメントの無線機能を実現するように動作可能な、マスタ・プロセッサと、
を備えた再構成可能な電子無線システム。
請求項１記載の再構成可能な電子無線システムにおいて、更に、前記リソース・アセットおよび前記プロセッサに結合されたスイッチング・ハードウエアを備え、前記マスタ・プロセッサは、更に、
第１ミッション・セグメント・スイッチング制御信号を発生して、前記第１ミッション・セグメントの無線機能を実現し、
第２ミッション・セグメント・スイッチング制御信号を発生して、前記第２ミッション・セグメントの無線機能を実現する、
ように動作可能である、再構成可能な電子無線システム。
請求項１記載の再構成可能な電子無線システムにおいて、更に、
前記マスタ・プロセッサに結合された無線機能集合選択信号入力を備え、
前記無線機能集合選択入力上の選択信号が、前記制御信号の第１集合および前記制御信号の第２集合のどちらを、前記マスタ・プロセッサが発生するかを決定する、
再構成可能な電子無線システム。
請求項３記載の再構成可能な電子無線システムにおいて、前記選択信号は飛行する航空機の現在のミッション・セグメントを示す、再構成可能な電子無線システム。
請求項３記載の再構成可能な電子無線システムにおいて、前記選択信号がパイロットＣＮＩ機能集合選択を示す、再構成可能な電子無線システム。
請求項１記載の再構成可能な電子無線システムにおいて、前記第１ミッション・セグメントが出発および復帰ミッション・セグメントであり、該第１ミッション・セグメントのＣＮＩ機能は、音声通信、グライドスロープ指示、および無線ビーコン取得を含む、再構成可能な電子無線システム。
請求項６記載の再構成可能な電子無線システムにおいて、前記第２ミッション・セグメントが戦闘ミッション・セグメントであり、該第２ミッション・セグメントのＣＮＩ機能は、暗号化音声機密保護およびＥＣＣＭ通信を含む、再構成可能な電子無線システム。
請求項６記載の再構成可能な電子無線システムにおいて、前記第２ミッション・セグメントは航行機能を使用したミッション・セグメントである、再構成可能な電子無線システム。
再構成可能な電子無線システムにおいてリソース・アセット集合を制御する方法において、
第１ミッション・セグメントに対して、第１ミッション・セグメント無線機能を特定するステップと、
第２ミッション・セグメントに対して、第２ミッション・セグメント無線機能を特定するステップと、
前記第１ミッション・セグメントの間、前記第１ミッション・セグメント無線機能を実現するように、少なくとも１つの電子無線システム多機能スライスにおいてリソース・アセット集合を構成するステップと、
前記第２ミッション・セグメントの間、前記第２ミッション・セグメント無線機能を実現するように前記リソース・アセット集合を再構成するステップと、
を含み、各電子無線システム多機能スライスが、アンテナ・インターフェース、アビオニクス・インターフェース、送信および受信モードにおいて広い周波数範囲にわたって動作可能な複数の送受信機、および前記送受信機に結合されそれらの動作を制御するとともに前記送受信機を介して送信されたデータおよび受信されたデータを処理するスライス・プロセッサを含む、方法。
請求項９記載の方法において、前記構成するステップは、更に、プロセッサにおいて、前記リソース・アセットに対するＲＦ制御信号を発生するステップを含む方法。
請求項９記載の方法において、前記構成するステップは、更に、前記リソース・アセットに結合されるハードウエアを切り替えるためのスイッチング制御信号を発生するステップを含む方法。
請求項９記載の方法において、前記再構成するステップは、更に、前記リソース・アセットに対するＲＦ制御信号を発生するステップを含む方法。
請求項９記載の方法において、前記再構成するステップは、更に、前記リソース・アセットに結合されるハードウエアを切り替えるためのスイッチング制御信号を発生するステップを含む方法。
請求項９記載の方法において、前記第１ミッション・セグメント無線機能を特定するステップは、音声通信、グライドスロープ指示、および無線ビーコン取得無線機能を特定するステップを含む、方法。
請求項９記載の方法において、前記第２ミッション・セグメント無線機能を特定するステップは、暗号化音声機密保護データおよびＥＣＣＭ通信無線機能を特定するステップを含む、方法。
電子無線システムの設計方法において、
第１ミッション・セグメントおよび第２ミッション・セグメントを規定するステップと、
前記第１ミッション・セグメントに対して第１ミッション・セグメント無線機能を決定し、前記第２ミッション・セグメントに対して第２ミッション・セグメント無線機能を決定するステップと、
全てのミッション・セグメントにわたる全ての機能のＲＦ周波数、シグナリング形式およびＲＦ帯域幅に基づいて、最適なリソース・アセット集合を規定するステップであって、複数のリソース・アセットは電子無線システム多機能スライスと関連し、該複数のリソース・アセットは、アンテナ・インターフェース、アビオニクス・インターフェース、送信および受信モードにおいて広い周波数範囲にわたって動作可能な複数の送受信機、および前記送受信機に結合されそれらの動作を制御するとともに前記送受信機を介して送信されたデータおよび受信されたデータを処理するスライス・プロセッサを含む、ステップと、
前記第１ミッション・セグメントに対するリソース・アセットの最少の割り当てを決定して、前記最適アセット集合に基づいて前記第１ミッション・セグメントのＣＮＩ機能を実現し、前記第２ミッション・セグメントに対するリソース・アセットの最少の割り当てを決定して、前記最適アセット集合に基づいて前記第２ミッション・セグメントのＣＮＩ機能を実現するステップと、
前記リソース・アセットを構成するスイッチング・ハードウエアによりリソース・アセットの相互接続を指定し、前記第１ミッション・セグメントの間前記第１ミッション・セグメントのＣＮＩ機能を実現し、前記リソース・アセットを再構成するスイッチング・ハードウエアにより前記第２ミッション・セグメントの間前記第２ミッション・セグメントのＣＮＩ機能を実現するステップと、
を含む方法。
請求項１６記載の方法において、更に、前記第１および第２ミッション・セグメントに対する無線機能を実現するために用いるリソース・セグメントを最少化するステップを含む方法。