BR102017011500A2 - Avianic communication system located in an aircraft, method implemented by computer and aircraft - Google Patents

Abstract

trata-se de sistemas e métodos para fornecer comunicação celular entre uma aeronave e uma infraestrutura de nós de comunicação terrestres. em um exemplo, um sistema de comunicação aviônico (100) localizado em uma aeronave (200) para fornecer comunicação celular entre a aeronave (200) e uma infraestrutura de nós de comunicação terrestres (102, 104) inclui uma antena direcional (140), um ou mais processadores (302) e dispositivos de memória (304), bem como um ou mais rádios transmissores/receptores (130). o rádio transmissor/receptor (130) pode transmitir e receber sinais de comunicação celular ao longo de múltiplas trajetórias de comunicação (132, 134, 136, 138) dispostas entre a aeronave (200) e um ou mais nós de comunicação terrestres identificados (102, 104), com a utilização da antena direcional (140). a retransmissão de sinal também pode ser implantada com base em parte em um nível de intensidade de sinal determinado, em um valor de compensação de mudança de frequência determinado para modificar sinais comunicados para contabilizar efeitos doppler esperados, e/ou em comandos de direcionamento de feixe de antena determinados.

Description

“SISTEMA DE COMUNICAÇÃO AVIÔNICO LOCALIZADO EM UMA AERONAVE, MÉTODO IMPLANTADO POR COMPUTADOR E AERONAVE” Campo da Invenção [001] A presente matéria refere-se, geralmente, à tecnologia para fornecer comunicações celulares aéreas eficazes entre uma aeronave e uma infraestrutura de nós de comunicação terrestres.

Antecedentes da Invenção [002] Confia-se cada vez mais em sistemas de comunicação aéreos para a eficácia operacional e a conectividade de passageiros. Por exemplo, confia-se no sistema de comunicação de ar à terra conhecido como ACARS (Aircraft Communications Addressing and Reporting System) para a comunicação de inúmeras mensagens sobre dados de voo relevantes que incluem eventos de movimento de aeronave e relatório posicionai, planos de voo, confirmação de decolagem e pouso, autorizações, informações meteorológicas, condições de pista, integridade e manutenção de equipamento, situação de voos de conexão, informações de portão e semelhantes. Pode ser necessário com que essas mensagens sejam comunicadas a inúmeras entidades que incluem estações de controle de tráfego aéreo, autoridades de aviação nacional e centros de controle operacionais para aeronave diferente. Passageiros também desejam conectividade de comunicação para o acesso de dados pessoais e/ou aplicações de comunicação por voz enquanto os mesmos são aerotransportados.

[003] Sistemas de comunicação de aeronave convencionais confiam em equipamentos de rádio e/ou de satélite para acomodar a funcionalidade de comunicação acima e mais funcionalidades. Comunicação com base em rádio de linha de visão é, normalmente, fornecida em cada uma das ondas de rádio de Alta Frequência (HF) (por exemplo, banda de 3 a 30 MHz) ou ondas de rádio de Frequência Muito Alta (VHF) (por exemplo, a seção de 118 a 137 MHz do alcance de VHF mais amplo.) Para a comunicação com a utilização de funcionalidade de banda larga, sistemas de comunicação com base em satélite também podem ser utilizados. No entanto, comunicações de satélite aéreas podem ser dispendiosas e exigem equipamento de transceptor de satélite especial. Uma necessidade permanece para a tecnologia de comunicação de banda larga aérea que pode alavancar sistemas celulares disponíveis para fornecer funcionalidade de comunicação aprimorada sem sacrificar custo ou desempenho.

Descrição Resumida da Invenção [004] Aspectos e vantagens de realizações da presente revelação serão estabelecidos em parte na descrição a seguir, ou podem ser aprendidos por intermédio da descrição e através da prática das realizações.

[005] Um aspecto exemplificativo da presente revelação é direcionado a um sistema de comunicação aviônico localizado em uma aeronave para fornecer comunicação celular entre a aeronave e uma infraestrutura de nós de comunicação terrestres. O sistema de comunicação aviônico pode incluir tanto uma antena direcional quanto um ou mais processadores, o um ou mais dispositivos de memória e um ou mais rádios transmissores/receptores. O um ou mais dispositivos de memória podem armazenar instruções que quando executadas pelo um ou mais processadores pode fazer com que o um ou mais processadores realizem operações. As operações podem incluir a identificação de um ou mais nós de comunicação terrestres com os quais a aeronave planeja se comunicar em um dado período de tempo. As operações também podem incluir a determinação de um nível de intensidade de sinal para a comunicação entre a aeronave e o um ou mais nós de comunicação terrestres identificados. As operações também podem incluir a determinação de um valor de mudança de frequência para a modificação de sinais comunicados para contabilizar efeitos de Doppler esperados associados aos sinais comunicados devido a uma velocidade vetorial da aeronave em relação ao um ou mais nós de comunicação terrestres identificados. O rádio transmissor/receptor pode ser configurado para transmitir e receber sinais de comunicação celular entre a aeronave e o um ou mais nós de comunicação terrestres identificados com a utilização da antena direcional, do nível de intensidade de sinal determinado e do valor de mudança de frequência determinado.

[006] Outro aspecto exemplificativo da presente revelação é direcionado a um método implantado por computador para fornecer comunicação celular entre uma aeronave e uma infraestrutura de nós de comunicação terrestres. O método pode incluir a identificação, por um ou mais dispositivos de computação, de um ou mais nós de comunicação terrestres com os quais a aeronave planeja se comunicar em um dado período de tempo. O método também pode incluir a determinação, pelo um ou mais dispositivos de computação, de um nível de intensidade de sinal para a comunicação entre a aeronave e o um ou mais nós de comunicação terrestres identificados. O método também pode incluir a determinação, pelo um ou mais dispositivos de computação, de um valor de mudança de frequência para a modificação de sinais comunicados para contabilizar efeitos Doppler esperados associados aos sinais comunicados devido a uma velocidade vetorial da aeronave em relação ao um ou mais nós de comunicação terrestres identificados. O método pode ainda incluir, adicionalmente, transmissão ou recebimento de sinais de comunicação celular entre a aeronave e o um ou mais nós de comunicação terrestres identificados com a utilização do nível de intensidade de sinal determinado e do valor de mudança de frequência determinado.

[007] Ainda outro aspecto exemplificativo da presente revelação é direcionado a uma aeronave. A aeronave pode incluir uma antena direcional, um ou mais processadores, o um ou mais dispositivos de memória e um rádio transmissor/receptor. O um ou mais dispositivos de memória podem armazenar instruções que quando executadas pelo um ou mais processadores pode fazer com que o um ou mais processadores realizem operações. As operações podem incluir a identificação de um ou mais nós de comunicação terrestres com os quais a aeronave planeja se comunicar em um dado período de tempo. As operações também podem incluir a determinação de um nível de intensidade de sinal para a comunicação entre a aeronave e o um ou mais nós de comunicação terrestres identificados. As operações também podem incluir a determinação de um valor de mudança de frequência para a modificação de sinais comunicados para contabilizar efeitos de Doppler esperados associados aos sinais comunicados devido a uma velocidade vetorial da aeronave em relação ao um ou mais nós de comunicação terrestres identificados. As operações também podem incluir a determinação de um comando de direcionamento de feixe de antena para a antena direcional. O comando de direcionamento de feixe de antena poder ter base pelo menos em parte na posição relativa da aeronave ao um ou mais nós de comunicação terrestres identificados com os quais a aeronave planeja se comunicar no dado período de tempo. O rádio transmissor/receptor pode ser configurado para transmitir e receber sinais de comunicação celular entre a aeronave e o um ou mais nós de comunicação terrestres identificados com a utilização da antena direcional, do nível de intensidade de sinal determinado, do valor de mudança de frequência determinado e do comando de direcionamento de feixe de antena determinado.

[008] Variações e modificações podem ser feitas a esses aspectos exemplificativos da presente revelação.

[009] Esses e outros recursos, aspectos e vantagens de várias realizações serão melhor entendidos com referência à descrição e as reivindicações anexas a seguir. Os desenhos anexos, que são incorporados ao presente relatório descritivo e constituem parte do mesmo, ilustram realizações da presente revelação e, junto à descrição, servem para explicar os princípios relacionados.

Breve Descrição das Figuras [010] Discussão detalhada das realizações direcionada a um indivíduo de habilidade comum na técnica é estabelecida na especificação, que faz referência as Figuras anexas, em que: A Figura 1 representa uma vista panorâmica de um sistema de comunicação aviônico exemplificativo, de acordo com as realizações exemplificativas da presente revelação; A Figura 2 fornece uma vista plana de dados de localização exemplificativos para uma aeronave, de nós de comunicação terrestres e de terreno utilizados por um sistema de comunicação aviônico, de acordo com as realizações exemplificativas da presente revelação; A Figura 3 fornece uma vista vertical de dados de localização exemplificativos para uma aeronave, de nós de comunicação terrestres e de terreno utilizados por um sistema de comunicação aviônico, de acordo com as realizações exemplificativas da presente revelação; A Figura 4 representa componentes de um sistema de computação exemplificativo implantado a bordo de uma aeronave, de acordo com as realizações exemplificativas da presente revelação; A Figura 5 fornece um fluxograma de um método exemplificativo para fornecer comunicação celular entre uma aeronave e uma infraestrutura de nós de comunicação terrestres, de acordo com as realizações exemplificativas da presente revelação; A Figura 6 fornece um fluxograma de um método exemplificativo para identificar um ou mais nós de comunicação terrestres com os quais uma aeronave planeja se comunicar em um dado período de tempo, de acordo com as realizações exemplificativas da presente revelação; e A Figura 7 representa um sistema de controle de antena exemplificativo para determinar um comando de direcionamento de feixe de antena para uma antena direcional, de acordo com as realizações exemplificativas da presente revelação.

Descrição Detalhada da Invenção [011] Será feita agora referência em detalhe a realizações da invenção, em que um ou mais exemplos das mesmas são representados nas Figuras. Cada exemplo é fornecido a título de explicação da invenção, e não como limitação da invenção. De fato, será evidente àqueles versados na técnica que várias modificações e variações podem ser feitas na presente invenção sem se afastar do escopo ou do espírito da invenção. Por exemplo, os recursos representados ou descritos como parte de uma realização podem ser utilizados com outra realização para proporcionar uma realização ainda adicional. Dessa forma, a presente invenção é destinada a cobrir tais modificações e variações, conforme incluído no escopo das reivindicações anexas e seus equivalentes.

[012] Aspectos exemplificativos da presente revelação são direcionados a sistemas e métodos para fornecer comunicação celular entre uma aeronave e uma infraestrutura de nós de comunicação terrestres (por exemplo, torres celulares, estações terrestres e semelhantes.) Componentes de sistema exemplificativos podem incluir um ou mais rádios transmissores/receptores acoplados a uma antena direcional que é, coletivamente, configurada para retransmitir sinais de comunicação entre a aeronave e o um ou mais nós de comunicação terrestres identificados. Um ou mais dispositivos de computação de bordo que incluem um ou mais processadores e o um ou mais dispositivos de memória podem ser configurados para realizar uma série de operações computacionais. Por exemplo, as operações podem incluir a identificação de um ou mais nós de comunicação terrestres com os quais a aeronave planeja se comunicar em um dado período de tempo. Tanto um nível de intensidade de sinal para se comunicar entre a aeronave e o nó ou mais nós de comunicação terrestres quanto um valor de mudança de frequência, para a modificação de sinais comunicados para contabilizar efeitos Doppler esperados associados aos sinais comunicados devido a uma velocidade vetorial da aeronave em relação ao um ou mais nós de comunicação terrestres identificados, podem ser determinados. Um comando de direcionamento de feixe de antena também pode ser determinado com base pelo menos em parte em uma posição relativa da aeronave ao um ou mais nós de comunicação terrestres identificados. Transmissão e recepção de sinais entre a aeronave e nós de comunicação terrestres identificados podem ser implantados em conformidade com um ou mais do nível de intensidade de sinal determinado (ou ganho de sinal), da mudança de frequência determinada e do comando de direcionamento de feixe de antena determinado.

[013] Identificação de quais nós de comunicação terrestres uma aeronave planeja se comunicar com em respectivos dados períodos de tempo pode incluir uma determinação com base em parte em uma ou mais variáveis de dados especificas, que incluem uma posição da aeronave, uma velocidade vetorial relativa da aeronave, dados de nó de comunicação terrestres e/ou características de terreno ao longo de uma trajetória de voo de aeronave. A posição de aeronave pode incluir dados de posição lateral e vertical disponíveis de fontes tais como, mas não limitadas aos, planos de voo e/ou sensores de navegação fornecidos como parte de um sistema de navegação de aeronave. Dados de nó de comunicação terrestres podem incluir localização, nível de capacidade, tipo de protocolo de comunicação e/ou estado de disponibilidade para uma pluralidade de nós de comunicação terrestres conhecidos.

[014] Os sistemas e métodos revelados podem ter uma eficácia técnica de alavancar uma infraestrutura de telefone de célula comercial com base terrestre para fornecer eficácia em custo, alta velocidade escalar e comunicações celulares aéreas confiáveis para operações de aeronave e para o uso por passageiros tanto durante o voo quanto em terra. Essa eficácia técnica pode ser atingida pelo menos em parte ao emular as características de um nó celular convencional de, relativamente, longo alcance e características de altas altitudes e velocidades vetoriais diferentes do que os sistemas celulares convencionais são, tradicionalmente, projetados para acomodar. Ao adaptar sistemas de aeronave para alavancar uma infraestrutura celular terrestre existente, largura de banda pode ser adquirida a um custo, substancialmente, mais baixo comparado a elos de comunicação de satélite que tem uma capacidade comparável. Conectividade celular confiável para assegurar operação segura e comunicação eficaz para uma aeronave pode ser fornecida pelo menos em parte através de múltiplas trajetórias de comunicação redundante.

[015] Os sistemas e métodos revelados também podem ter uma eficácia técnica em resolver problemas em potencial que poderíam ser encontrados por um sistema que tenta utilizar infraestrutura de telefone de célula comercial de um veículo aéreo em alta velocidade escalar. Provisão de uma antena de feixe conduzida direcionalmente, para reduzir propagação de sinal de múltiplas trajetórias que chegam nos componentes transmissores e/ou receptores de um nó de comunicações de aeronave, pode ser fornecida para a abordagem de problemas em potencial devido à redução Rician. Tanto os múltiplos canais de comunicação redundante quanto os dados que definem obstáculos e terreno em tomo de torres celulares selecionadas dentro de uma trajetória de comunicação aérea, para confirmar comunicação de linha de visão, pode auxiliar na abordagem das questões da redução Rayleigh em potencial devido aos obstáculos e ao terreno. Múltiplos canais de comunicação redundante também podem auxiliar na abordagem de preocupações de bloqueio em potencial em que um transmissor de alta potência pode bloquear alcances inteiros de canais de comunicação. Trajetórias de comunicação redundante de uma aeronave para múltiplas torres de célula, acopladas com intensidade de transmissão aumentada, ganho de antena e/ou sensibilidade receptora, podem auxiliar no alívio de problemas em potencial que surgem com a perda de um sinal celular. Correções computacionais podem ser aplicadas para sinais recebidos e/ou transmitidos para compensar efeitos de mudança de frequência Doppler nas comunicações que ocorrem devido à velocidade escalar alta da velocidade vetorial de uma aeronave em relação a um ou mais nós terrestres.

[016] A Figura 1 representa um sistema de comunicação aviônico 100 exemplificativo para fornecer comunicação celular entre uma aeronave e uma infraestrutura de nós de comunicação terrestres. A infraestrutura de nós de comunicação terrestres pode incluir componentes de um sistema celular, que incluem mas não são limitados a uma pluralidade de estações terrestres 102 e a torres (de célula) celulares 104. Estações terrestres 102 podem incluir componentes de sistema tais como mas não limitados a transceptores configurados para permitir a transmissão e a recepção de sinais de rádio, amplificadores de sinal, combinadores e controles de sistema. Uma ou mais torres celulares 104 podem ser, comunicativamente, acopladas a cada estação terrestre 102 e podem ser configuradas para elevar antenas para transmitir e receber sinais de rádio frequência (RF) de outros nós de comunicação, que incluem telefones e dispositivos móveis. A infraestrutura celular com base em terra inclui estações terrestres 102, e se supõe que torres celulares 104 sejam um sistema existente e disponível comercialmente que é projetado para funcionar, primariamente, para coordenar comunicação celular com base em terra entre nós móveis.

[017] O sistema de comunicação aviônico 100 é projetado para adaptar um nó de comunicação aéreo móvel tal como um a bordo de uma aeronave que opera de alcances mais longos e altitudes e velocidades vetoriais mais altas que a maioria dos nós móveis com base em terra para uso com a infraestrutura celular de estações terrestres 102 e torres celulares 104. Deve ser observado que algumas realizações de um sistema de comunicação aviônico 100 podem ser projetadas para funcionar com infraestrutura celular personalizada que é, especificamente, projetada para comunicações aéreas. No entanto, modificações a uma infraestrutura celular existente não são necessariamente exigidas para operação eficaz de realizações exemplificadoras da tecnologia revelada.

[018] O sistema de comunicação aviônico 100 pode incluir uma pluralidade de componentes integrados, que inclui um ou mais sensores de navegação 106, um ou mais sensores de velocidade vetorial de aeronave 108, um ou mais bancos de dados 110 a 116, um ou mais dispositivos de computação que hospeda uma plataforma computacional 120 para a execução de operações com base em software, um ou mais rádios transmissores 130, uma ou mais antenas 140, um ou mais portões de comunicação digitais 150 e sistemas de aeronave 160.

[019] O sensor ou mais sensores de navegação 106 podem incluir componentes tais como mas não limitados a acelerômetros, giroscópios, dispositivos de Sistema de Posicionamento Global (GPS) ou outro sensor de movimento ou dispositivos de sensor de localização configurados para determinar informações posicionais para uma aeronave. O sensor ou mais sensores de velocidade vetorial de aeronave podem incluir sensores de velocidade escalar, dispositivos de radar, tubos piloto, sensores de velocidade vetorial Doppler ou outros dispositivos configurados para determinar velocidade vetorial relativa de uma aeronave enquanto a mesma está em operação. Dados obtidos de um sensor ou mais sensores de navegação 106 e de um ou mais sensores de velocidade vetorial de aeronave 108 podem ser retransmitidos para a plataforma computacional 120 a fim de determinar vários parâmetros tais como posição de aeronave, velocidade vetorial em relação e seleção de uma ou mais torres de célula ou outros nós de comunicação terrestres com os quais a aeronave planeja se comunicar em vários períodos de tempo.

[020] Uma pluralidade de bancos de dados 110 a 116 pode ser fornecida localmente a bordo da aeronave ou pode ser acessível de uma localização remota pelo sistema de comunicação aviônico 100. Nós de comunicação terrestres com os quais uma aeronave planeja se comunicar podem ser selecionados pelo menos em parte com base em dados disponíveis da pluralidade de bancos de dados 11 a 116, que inclui mas não é limitado a dados que definem proximidade, disponibilidade de linhas de visão, intensidade, protocolo e disponibilidade de vários nós de comunicação terrestres localizados em relação à aeronave. Mesmo que quatro bancos de dados separados 110 a 116 estejam representados como parte do sistema de comunicação aviônico 100, os dados armazenados em tais bancos de dados podem ser armazenados em configurações diferentes tais como em um único banco de dados armazenado em uma única localização ou distribuído por múltiplos locais e/ou por múltiplas localizações remotas.

[021] O banco de dados de terreno 110 pode incluir informações de identificação e/ou caracterização de características de terreno entre a aeronave e o um ou mais nós de comunicação terrestres identificados (por exemplo, estações terrestres 102 e torres de célula 104). Características de terreno incluem um modelo de elevação digital que consiste em uma matriz de amostragem de alta resolução de elevações para posições terrestres a intervalos espaçados regulares. Tal modelo de elevação digital pode armazenar pontos de dados de terreno em uma latitude, longitude, formato de altitude/elevação ou qualquer outra maneira para correlação adequada de localizações de terreno laterais com elevações de terreno verticais correspondentes. Características de terreno também podem incluir dados que identificam vários obstáculos naturais ou feitos pelo homem ao longo de uma superfície terrestre, que inclui dados que definem a localização lateral e a elevação vertical de qualquer um dos tais obstáculos. Ao fornecer informações detalhadas sobre características de terreno, trajetórias de comunicação propostas entre uma aeronave e nós de comunicação terrestres identificados podem ser analisados para confirmar trajetórias de comunicação de linha de visão e identificar instâncias em que outras trajetórias de comunicação podem ser necessárias para a comunicação celular eficaz.

[022] O banco de dados de plano de voo 112 pode incluir informações que rastreiam a localização planejada e/ou atual de uma aeronave entre uma localização de início e uma localização final, que inclui dados de posição lateral e vertical que definem localização ou posição de aeronave. Para rotas planejadas, o banco de dados de voo pode incluir dados de posição de aeronave em relação a um ou mais pontos de passagem entre localizações de início e localizações finais. Para rotas atuais, banco de dados de plano de voo podem armazenar dados recebidos de um computador de controle de voo que, entre outras coisas, pode automatizar as tarefas de pilotagem e rastreamento do plano de voo de uma aeronave.

[023] O banco de dados de rede celular 114 e o banco de dados de estação terrestre 116 podem fornecer informações detalhadas sobre os nós de comunicação terrestres dentro de uma infraestrutura celular existente. O banco de dados de rede celular 114 pode fornecer informações sobre nós de comunicação terrestres tais como torres de célula 104, enquanto o banco de dados de estação terrestre 116 pode fornecer informações sobre nós de comunicação terrestres tais como estações terrestres 102. Em geral, os dados fornecidos dentro do banco de dados de rede celular 114 e do banco de dados de estação terrestre 116 podem incluir uma localização de cada nó de comunicação terrestre, um nível de capacidade associado a cada nó de comunicação terrestre, um tipo de protocolo de comunicação associado a cada nó de comunicação terrestre (por exemplo, bandas de frequência específicas, especificações CDMA, etc.) e um estado de disponibilidade de cada nó de comunicação terrestre.

[024] Ainda em referência à Figura 1, os dados disponíveis dos sensores de navegação 106, dos sensores de velocidade vetorial de aeronave 108, do banco de dados de terreno 110, do banco de dados de plano de voo 112, do banco de dados de rede celular 114 e do banco de dados de estação terrestre 116 podem ser fornecidos a um ou mais dispositivos de computação que hospeda a plataforma computacional 120 para a execução de várias operações com base em software incluídas nas realizações reveladas. Por exemplo, a plataforma computacional 120 pode incluir um primeiro algoritmo computacional 122 para determinar a posição de aeronave, a velocidade vetorial relativa de aeronave e seleções de nó terrestre. A plataforma computacional 120 também pode incluir um segundo algoritmo computacional 124 para determinar a direção de antena ou outros aspectos de comandos de direcionamento de feixe de antena, os níveis de intensidade de sinal, os níveis de ganho e/ou os níveis de sensibilidade. A plataforma computacional 120 também pode incluir um terceiro algoritmo computacional 126 para determinar valores de mudança de frequência para a modificação de sinais comunicados para contabilizar efeitos Doppler esperados associados aos sinais comunicados devido a uma velocidade vetorial da aeronave em relação ao um ou mais nós de comunicação terrestres identificados. A plataforma computacional 120 pode incluir algoritmos computacionais adicionais ou alternativos ou componentes modulares para computar vários parâmetros específicos, de acordo com a tecnologia revelada.

[025] Os sinais de comunicação podem ser retransmitidos entre uma aeronave e várias torres de célula ou outros nós de comunicação terrestres selecionados com a utilização de um ou mais transceptores 130, uma antena direcional 140, um portão de rede de comunicações digitais 150 e sistemas de aeronave 160. O sinal de transmissão e recepção pode ser implantado com base nos parâmetros de comunicação diferentes determinados pela plataforma computacional 120, que inclui mas não é limitada ao um ou mais nós de comunicação terrestres identificados, comando de direcionamento de feixe de antena determinado, nível de intensidade de sinal determinado e valor de mudança de frequência determinado.

[026] O transceptor ou mais transceptores 130 podem ser configurados para estabelecer uma ou mais trajetórias de comunicação 132, 134, 136 e 138 para a transmissão e recebimento de sinais celulares. Em alguns exemplos, transceptores 130 podem ser rádios de comunicação digital que operam no espectro RF de 800 MHz a 5,5 GHz e podem ter intensidade de transmissão suficiente e sensibilidade de recepção para suportar elos de comunicação por um alcance de linha de visão de 160,93 quilômetros (100 milhas). Isso pode permitir com que os transceptores 130 estabeleçam trajetórias de comunicação com nós de comunicação terrestres que estão 160,93 quilômetros (100 milhas) de uma aeronave enquanto a aeronave viaja a uma altitude de 7.620 metros (25.000 pés). Cada trajetória de comunicação 132 a 138 pode representar comunicação com um nó de comunicação terrestre diferente ou trajetórias diferentes a um mesmo nó com a utilização de protocolos diferentes. Provisões de múltiplas trajetórias de comunicação paralelas 132 a 138 utilizam múltiplas conexões a diversas torres de célula ou diversos serviços não similares hospedados na mesma torre de célula física que pode auxiliar a evitar interrupção em potencial de comunicações por perda de sinal aleatória independente ou outras falhas de equipamento de comunicação. Em alguns exemplos, múltiplas trajetórias de comunicação 132 a 138 podem ser projetadas para funcionar com a utilização de diferentes protocolos celulares e bandas de sinal (por exemplo, Wi-Fi, WiMax, CDMA (3G), LTE (4G), etc.).

[027] A antena direcional 140 pode incluir uma antena de feixe conduzida tal como uma antena de matriz faseada ou outra antena que pode ser orientada em direções particulares (por exemplo, ângulos de afastamento e guinada específicos) com base nos nós de comunicação terrestres selecionados com os quais a aeronave planeja se comunicar. A antena direcional 140 pode ser configurada para irradiar múltiplos padrões de antena por força e direção de sinal respectivos em um dado período de tempo para múltiplas trajetórias de comunicação. Por exemplo, a Figura 1 representa a antena direcional 140 configurada para irradiar quatro padrões de antena diferentes 142 para estabelecer trajetórias de comunicação com quatro torres celulares respectivas 104. A antena direcional 140 pode, dessa forma, ter a capacidade de direcionamento de múltiplos feixes concomitantemente e conduzir comunicações digitais por elos paralelos com múltiplas torres de célula. Mesmo que apenas uma única antena direcional seja representada na Figura 1, o sistema de comunicação aviônico também pode incluir antenas adicionais, tais como uma antena omnidirecional para se comunicar com nós de comunicação terrestre quando a aeronave está em terra ou em outro alcance curto, em baixa altitude ou em ambientes de comunicação celular tradicionais.

[028] O portão de comunicações de rede digital 150 pode fornecer componentes de hardware e/ou software de rede para fazer interface dos sistemas de aeronave 160 e transceptores 130 com a rede celular incorporada por nós de comunicação terrestres tais como estações terrestres 102 e torres de célula 104. O portão de comunicações de rede digital 150 pode incluir um ou mais dispositivos tais como mas não limitado a tradutores de protocolo, dispositivos de combinação de impedância, conversores de ritmo, isoladores de falha, ou tradutores de sinal como necessário para fornecer interoperabilidade de sistema celular para sistema de comunicação aviônico 100.

[029] A Figura 2 e a Figura 3 fornecem vistas complementares de dados de localização exemplificativos para uma aeronave, para nós de comunicação terrestres e para terreno utilizados por um sistema de comunicação aviônico 100 tal como representado na Figura 1. A Figura 2 representa uma vista plana enquanto a Figura 3 representa uma vista vertical de uma aeronave 200 que viaja em uma trajetória de voo de uma localização de início através de um primeiro ponto de passagem 201, um segundo ponto de passagem e um terceiro ponto de passagem 206 em rota a uma localização final. A Figura 2 representa a trajetória de voo lateral 208 de aeronave 200, enquanto a Figura 3 representa uma trajetória de voo vertical 210 de aeronave 200, sendo que ambas correspondem ao mesmo plano de voo para aeronave 200. Dados de localização que definem a trajetória de voo lateral 208 e a trajetória de voo vertical 210 de aeronave 200 podem ser acessados do banco de dados de plano de voo 112, de sensores de navegação 106 ou de outra fonte de dados de posição de aeronave.

[030] Referindo-se ainda as Figuras 2 e 3, dados de localização acessados do banco de dados de rede celular 114 e/ou banco de dados de estação terrestre 116 da Figura 1 ou de outra fonte de localizações de nó de comunicação terrestre podem identificar a localização de uma ou mais estações terrestres 212 e torres de célula 214a a 214h localizadas em relação à trajetória de voo 208/210 de aeronave 200. Dados de localização acessados do banco de dados de terreno 110 da Figura 1 ou de outras fontes de localizações de terreno podem identificar características de terrenos tais como representadas pela disposição posicionai de terreno 216 representada na Figura 3 ou qualquer obstáculo localizado no ou associado ao terreno 216. Baseado nas localizações em relação entre a aeronave 200, identificadas próximas aos nós de comunicação terrestres que incluem estação terrestre 212, torres de célula 214a a 214h e terreno 216 no representado dado período de tempo ou instância, um ou mais nós de comunicação terrestres podem ser identificados com os quais a aeronave 200 planeja se comunicar. Em um exemplo, torres de célula 214c, 214g e 214 h são identificadas como os nós de comunicação terrestres com os quais a aeronave 200 planeja se comunicar no dado período de tempo representado nas Figuras 2 e 3. Isso estabelece pelo menos três trajetórias de comunicação para comunicação de aeronave simultânea que inclui a primeira trajetória de comunicação 218a entre a aeronave 200 e a torre de célula 214c, a segunda trajetória de comunicação 218b entre a aeronave 200 e a torre de célula 214g e a terceira trajetória de comunicação 218c entre a aeronave 200 e a torre de célula 214h.

[031] A Figura 4 representa componentes de um sistema de computação exemplificativo implantado a bordo de uma aeronave, de acordo com as realizações exemplificativas da presente revelação. O sistema de computação pode incluir um ou mais dispositivos de computação 300 para a realização de funções implantadas pela plataforma computacional 120 da Figura 1. Cada dispositivo de computação 300 pode incluir um ou mais processadores 302 e o um ou mais dispositivos de memória 304. O um ou mais processadores 302 podem incluir qualquer dispositivo de processamento adequado, tal como um microprocessador, microcontrolador, circuito integrado, dispositivo lógico ou outro dispositivo de processamento adequado. O um ou mais dispositivos de memória 304 podem incluir uma ou mais mídias legíveis por computador, que incluem, mas sem limitação, mídias legíveis por computador não transitórias, RAM, ROM, discos rígidos, unidades flash ou outros dispositivos de memória.

[032] O um ou mais dispositivos de memória 304 podem armazenar informações acessíveis pelo um ou mais processadores 302, que incluem instruções legíveis por computador 306 que podem ser executadas pelo um ou mais processadores 302. As instruções 306 podem ser qualquer conjunto de instruções que, quando executadas pelo um ou mais processadores 302, fazem com que o um ou mais processadores 302 realizem operações. As instruções 306 podem ser escritas em qualquer língua de programação adequada ou podem ser implantadas em hardware. Em algumas realizações, as instruções 306 podem ser executadas pelo um ou mais processadores 302 para fazer com que o um ou mais processadores realizem operações, tais como as operações para fornecer comunicações celulares aéreas descritas com referência as Figuras 5 e 6. Os dispositivos de memória 304 podem, adicionalmente, armazenar dados 308 que podem ser acessados pelos processadores 302. Os dados 308 podem incluir, por exemplo, dados armazenados dentro de bancos de dados 110 a 116 obtidos por sensores de navegação 106 e/ou sensores de velocidade vetorial de aeronave 108, computações pela plataforma de computação 120 e semelhantes.

[033] Cada dispositivo de computação 300 também pode incluir uma ou mais interfaces de rede 310 para fazer o elo com o dispositivo de computação a um ou mais sistemas de navegação, sistemas de aeronave, computadores de controle de voo ou outros componentes de aeronave eletrônicos por trajetória de um barramento de dados ou uma combinação de elos de comunicação com fio e/ou sem fio. Um computador de controle de voo acoplado ao dispositivo de computação 300 pode, entre outras coisas, automatizar as tarefas de pilotagem e rastreamento do plano de voo da aeronave 102. O computador de controle de voo 130 pode incluir ou ser associado a inúmeros microprocessadores individuais, fonte de alimentação, dispositivos de armazenamento, cartões de interface, sistemas de voo automáticos, computadores de gerenciamento de voo e outros componentes padrões adequados. O computador de controle de voo 130 pode incluir ou cooperar com inúmeros programas de software (por exemplo, programas de gerenciamento de voo) ou instruções projetadas para conduzir vários métodos, tarefas de processo, cálculos e funções de controle/tela necessárias para a operação da aeronave 130. Em alguns exemplos, um computador de controle de voo também pode ser incluído aos ou implantado pelos dispositivos de computação 104.

[034] Interface de rede 310 também pode permitir com que o dispositivo de computação 300 esteja em comunicação com vários sistemas de aeronave, que incluem mas não são limitados a sistemas de propulsão de aeronave, sistemas de controle digitais, sistemas de aceleração, sistemas de referência inerte, sistemas de instrumento de voo, sistemas de controle de motor, sistemas de energia auxiliar, sistemas de monitoramento de combustível, sistemas de monitoramento de vibração de motor, sistemas de comunicações, sistemas de controle de aba, sistemas de aquisição de dados de voo e outros sistemas. Os sistemas de aeronave podem fornecer vários parâmetros de operação ao (aos) dispositivo (dispositivos) de computação 300 para uso em determinadas computações de sinal de comunicação, de acordo com as realizações exemplificativas da presente revelação.

[035] Cada dispositivo de computação também pode incluir um ou mais dispositivos de entrada 312 e um ou mais dispositivos de saída 314. Um dispositivo de entrada 312 pode incluir um teclado, uma tela sensível ao toque, um painel de interface, um microfone, um controlador ocular ou outro dispositivo que tem a capacidade de receber instruções de um operador de uma aeronave. O dispositivo de saída pode incluir uma tela, um alto-falante ou outro dispositivo configurado para fornecer informação gerada ou recebida pelo dispositivo de computação 300. Em alguns exemplos, o dispositivo de saída 314 pode incluir uma primeira tela de voo, uma unidade de tela de controle para propósitos múltiplos ou outra tela de voo adequada comumente incluída dentro de uma cabine de comando de uma aeronave. A título de exemplo não limitante, um dispositivo de saída 314 pode ser utilizado para a exibição de informação de comunicação tal como nós de comunicação terrestres selecionados, parâmetros de comunicação determinados, tipos de trajetórias de comunicação planejadas ou estabelecidas e semelhantes.

[036] As Figuras 5 e 6 representam fluxogramas de aspectos respectivos de um método (400) exemplificativo para fornecer comunicação celular entre uma aeronave e uma infraestrutura de nós de comunicação terrestres, de acordo com as realizações exemplificativas da presente revelação. As Figuras 5 e 6 podem ser implantadas por um ou mais dispositivos de computação, tais como o (os) dispositivo (dispositivos) de computação 300 representado na Figura 4. Além disso, As Figuras 5 e 6 representam etapas realizadas em uma ordem particular para propósitos de representação e discussão. As pessoas de habilidade comum técnica, que usam as revelações fornecidas no presente documento, irão entender que as várias etapas de qualquer um dos métodos revelados no presente documento podem ser modificadas, adaptadas, expandidas, reorganizadas e/ou omitidas de várias maneiras sem que haja afastamento do escopo da presente revelação.

[037] A Figura 5 representa um fluxograma de um método (400) exemplificativo para fornecer comunicação celular entre uma aeronave e uma infraestrutura de nós de comunicação terrestres. O método (400) pode incluir a identificação (402) de um ou mais nós de comunicação terrestres com os quais a aeronave planeja se comunicar em um dado período de tempo. Os nós de comunicação terrestres identificados em (402) podem incluir uma ou mais torres de célula tais como representadas nas Figuras 1 a 3. Em alguns exemplos, a identificação de um ou mais nós de comunicação terrestres em (402) inclui identificar uma pluralidade de nós de comunicação terrestres com a qual a aeronave planeja se comunicar em um dado período de tempo de tal modo que múltiplas trajetórias de comunicação redundante sejam dispostas entre a aeronave e o nó ou mais nós de comunicação terrestres. Um exemplo disso pode envolver uma aeronave que estabelece múltiplas trajetórias de comunicação com múltiplas torres de célula como representado na Figura 1 com trajetórias de sinal diferentes para as quatro torres de célula 104 respectivas ou como representado nas Figuras 2 e 3 com trajetórias de sinal 218a, 218b e 218c diferentes para torres de célula 214c, 214g e 214h diferentes. Em outros exemplos, a identificação de um ou mais nós de comunicação terrestres em (402) inclui identificar pelo menos um nó de comunicação terrestre com o qual múltiplas conexões serão estabelecidas com a utilização de um ou mais protocolos de comunicação celular diferentes de tal modo que múltiplas trajetórias de comunicação redundante sejam dispostas entre a aeronave e um nó ou mais nós de comunicação terrestres. Um exemplo dessa abordagem pode envolver a identificação de uma dada torre de célula para estabelecer uma primeira trajetória de comunicação por um primeiro protocolo tal como CDMA (3G) e uma segunda trajetória de comunicação por um segundo protocolo tal como LTE (4G). Mesmo que a aeronave possa apenas se comunicar com uma única torre de célula em um dado período de tempo, múltiplas trajetórias de comunicação redundante podem ser estabelecidas com a utilização de protocolos de comunicação diferentes e conexões de sinal com a mesma torre de célula. Aspectos mais específicos de identificação de um nó ou mais nós de comunicação terrestres em (402) são discutidos com referência à Figura 6.

[038] O método (400) da Figura 5 também pode incluir a determinação (404) de um nível de intensidade de sinal para a comunicação entre a aeronave e o um ou mais nós de comunicação terrestres identificados. A determinação de um nível de intensidade de sinal em (404) pode ter base pelo menos em parte em uma ou mais dentre uma distância determinada entre a aeronave e cada um do um ou mais nós de comunicação terrestres identificados com os quais a aeronave planeja se comunicar no dado período de tempo, um tipo de tecnologia celular utilizada em comunicação e uma quantidade estimada de ganho de antena estimada devido a posição relativa da aeronave as antenas de torre de célula selecionadas e seus respectivos padrões de radiação de antena previstas. A determinação apropriada do nível de intensidade de sinal em (404) pode adaptar um sistema de comunicação aviônico para que seja adequado para o alcance específico entre o veículo aéreo e os nós de comunicação terrestres selecionados. Isso pode, vantajosamente, auxiliar o sistema de comunicação aviônico a evitar interferência com operações normais das torres de célula.

[039] O método (400) também pode incluir a determinação (406) de um valor de mudança de frequência para a modificação de sinais comunicados para contabilizar efeitos Doppler esperados associados aos sinais comunicados devido a uma velocidade vetorial da aeronave em relação ao um ou mais nós de comunicação terrestres identificados. Tal como, o sistema de comunicação aviônico revelado pode compensar pelos efeitos de mudança de frequência Doppler nas comunicações que ocorrem devido à velocidade vetorial relativa da aeronave a um nó terrestre causado pelo movimento de alta velocidade escalar do veículo aéreo. A velocidade vetorial relativa da aeronave em relação as torres de célula selecionadas será calculada e a mudança de frequência Doppler será aplicada aos sinais RF transmitidos. Efeito Doppler nas trajetórias de sinal recebidas também pode ser antecipado e aplicado aos sinais recebidos para permitir o uso do trajeto em alta velocidade vetorial (por exemplo, 833,4 km/h (450 nós) de velocidade escalar no solo).

[040] O método (400) também pode incluir a determinação (408) de um comando de direcionamento de feixe de antena para uma antena direcional, tal como a antena direcional 140 representada na Figura 1 ou a antena de matriz faseada 476 da Figura 7. O comando de direcionamento de feixe de antena determinado em (408) pode ter base pelo menos em parte tanto na posição relativa da aeronave a antenas montadas no um ou mais nós de comunicação terrestres identificados, com os quais a aeronave planeja se comunicar no dado período de tempo, quanto na posição atual relativa da antena direcional. As posições relativas da aeronave, da antena direcional e das antenas de nó de comunicação terrestre podem ser descritas em relação aos ângulos de orientação, que incluem um ângulo de afastamento e um ângulo de guinada respectivos para cada componente. O comando de direcionamento de feixe de antena determinado em (408) pode corresponder a um ângulo de afastamento de antena exigido e a um ângulo de guinada de antena exigido determinados em relação aos ângulos de orientação atuais conhecidos, à aeronave e a antenas de torre de célula. Aspectos mais particulares para determinar um comando de direcionamento de feixe de antena em (408) são discutidos em relação a uma unidade de controle de antena 470 da Figura 7.

[041] O método (400) também pode incluir a retransmissão de sinais de comunicação celular em (410). Os sinais de comunicação de retransmissão em (410) podem, mais particularmente, incluir transmissão ou recepção de sinais de comunicação celular entre a aeronave e o um ou mais nós de comunicação terrestres identificados em (402). O formato de sinais transmitidos e recebidos em (410) pode ser estruturado em conformidade com um ou mais do nível de intensidade de sinal determinado em (404), valor de mudança de frequência determinado em (406) e/ou comando de direcionamento de feixe de antena determinado em (408).

[042] Agora com referência à Figura 6, aspectos mais particulares para a identificação (402) de um ou mais nós de comunicação terrestres com os quais a aeronave planeja se comunicar em um dado período de tempo são descritos. Identificar um ou mais nós de comunicação terrestres em (402) pode incluir a determinação (412) de uma posição da aeronave durante o dado período de tempo. A posição de aeronave pode ser definida em termos de uma posição lateral e vertical de uma aeronave, tal como representado pela trajetória de voo lateral 208 da Figura 2 e pela trajetória de voo vertical 210 da Figura 3. Em alguns exemplos, a determinação (412) de uma posição da aeronave durante um dado período de tempo pode incluir o recebimento de sinais de posição de aeronave de um sistema de navegação de aeronave, tal como dos sensores de navegação 106 representados na Figura 1. Em outros exemplos, a determinação (412) de uma posição da aeronave durante um dado período de tempo pode incluir determinar a posição de aeronave ao acessar um plano de voo pré-determinado para a aeronave, tal qual pode estar disponível nos dados de plano de voo nos bancos de dados de plano de voo 112 representados na Figura 1.

[043] A identificação de um ou mais nós de comunicação terrestres em (402) também pode incluir determinar uma velocidade vetorial relativa da aeronave em (414), determinar localização e outros parâmetros de dados associados aos nós de comunicação terrestres em (416) e/ou determinar características de terreno em (418). Em alguns exemplos, a velocidade vetorial pode ser determinada nos sensores de velocidade vetorial de aeronave 108 tais como representados na Figura 1. Em outros exemplos, uma velocidade vetorial de aeronave esperada pode ser determinada nos dados de plano de voo disponíveis do banco de dados de plano de voo 112. Um banco de dados de nós de comunicação terrestres conhecido, tal como torres de célula e estações terrestres pode ser acessado em (416) a fim de identificar dados associados aos nós de comunicação terrestres, que incluem mas não são limitados a uma localização de cada nó de comunicação terrestre, nível de capacidade associado a cada nó de comunicação terrestre, tipo de protocolo de comunicação associado a cada nó de comunicação terrestre, estado de disponibilidade de cada nó de comunicação terrestre e orientação atual para antenas localizadas em cada nó de comunicação terrestre. Ângulos e padrões de radiação de antena podem ser identificados exatamente pelas informações disponíveis de um provedor de nó de comunicação, ou tais dados podem ser determinados com base em informações que são disponíveis pelo equipamento instalado em cada nó de comunicação terrestre. Dados de nó de comunicação terrestre acessados em (416) podem inclui informações armazenadas em banco de dados de rede celular 114 e/ou banco de dados de estação terrestre 116 da Figura 1. A identificação de características de terreno em (418) pode incluir análise de terreno e obstáculos relacionados entre uma aeronave e um ou mais nós de comunicação com os quais a aeronave pode, potencialmente, se comunicar em um dado período de tempo a fim de determinar se uma trajetória de comunicação de linha de visão existe ou se terreno e obstáculos poderiam bloquear essa trajetória potencial. Características de terreno determinadas em (418) podem incluir informações armazenadas no banco de dados de terreno 110 da Figura 1.

[044] Após determinar um ou mais fatores em (412), (414), (416) e (418), os fatores determinados podem ser utilizados pelo menos em parte para a seleção de um ou mais nós de comunicação terrestres em (420). A seleção em (420) pode ter base pelo menos em parte em uma ou mais da posição determinada da aeronave, velocidade vetorial relativa determinada da aeronave, localização de nós de comunicação terrestres e localização de características de terreno identificadas. Em geral, a seleção em (420) pode identificar nós de comunicação terrestres que estão mais perto em relação à localização geográfica da aeronave a cada dado período de tempo. Preferência pode ser dada para a seleção de nós de comunicação terrestres que estarão em uma localização proximal à luz do deslocamento da aeronave para que trajetórias de comunicação possam ser estabelecidas com os nós de comunicação terrestres selecionados que permanecerão em uma linha de visão da aeronave por algum período de tempo. Enquanto uma aeronave continua sua viagem ao longo de sua trajetória de voo destinada, novos nós de comunicação terrestres serão selecionados e trajetórias de comunicação para a transmissão e recebimento de sinais celulares podem ser estabelecidas com os novos nós de comunicação antes que a conectividade com os atuais nós de comunicação terrestres selecionados seja cessada. Isso fornece um protocolo de conectividade de “conectar antes de desconectar” que irá assegurar uma sobreposição das trajetórias de comunicação para auxiliar na minimização de interrupção em potencial ou disponibilidade de retransmissão de sinal celular. Enquanto nós de comunicação terrestres diferentes são selecionados em (42) para diferentes dados períodos de tempo, protocolos e usos de conexão rápida de múltiplos canais de comunicação podem ser utilizados para auxiliar na facilitação da transição entre torres de célula. Tecnologias de comunicação escalonadas que são constantemente avaliadas por qualidade, largura de banda, relação sinal/ruído e/ou outros parâmetros de sinal podem ser analisadas a fim de, consistentemente, selecionar nós de comunicação terrestres em (420) que pode resultar em trajetórias de sinal que provavelmente resultariam em conexão celular eficaz e confiável. Análise do uso destinado de uma trajetória de comunicação (por exemplo, para voz, dados, etc.) também pode ser considerada como um auxílio para a seleção de nós de comunicação terrestres em (420) desejados.

[045] Agora com referência à Figura 7, o sistema de controle de antena 470 exemplificativo inclui recursos para determinar um comando de direcionamento de feixe de antena para uma antena direcional, de acordo com as realizações exemplificativas da presente revelação. Os comandos de direcionamento de feixe de antena determinados pelo sistema de controle de antena 470 podem direcionar a transmissão e recepção de sinais celulares entre uma aeronave e um ou mais nós de comunicação terrestres com a utilização de uma antena direcional controlável/conducente eletronicamente montada a bordo da aeronave. Em alguns exemplos, tal antena direcional pode ser montada externamente na fuselagem da aeronave. O sistema de controle de antena 470 pode incluir o sistema de navegação e gerenciamento de voo 472, a unidade de controle de direção de antena 474, a antena de matriz faseada 476 e o banco de dados de rede celular 478. Em algumas realizações, componentes do sistema de controle de antena 470 correspondem a componentes selecionados do sistema de comunicação aviônico 100 e inclui aspectos similares descritos em relação à Figura 1. Por exemplo, a unidade de controle de direção de antena 474 da Figura 7 pode realizar algumas ou todas as funções do terceiro algoritmo computacional 124 na plataforma computacional 120 da Figura 1. A antena de matriz faseada 476 da Figura 7 pode realizar algumas ou todas as funções da antena direcional 140 da Figura 1. O banco de dados de rede celular 478 da Figura 7 pode incluir alguns ou todos os dados em períodos de tempo diferentes disponíveis dentro do banco de dados de rede celular 114 da Figura 1.

[046] A unidade de controle de direção de antena 474, geralmente, é configurada para coletar dados direcionais relevantes do sistema de navegação e gerenciamento de voo 472, da antena de matriz faseada 476 e do banco de dados de rede celular 478 a fim de determinar comandos de direcionamento de feixe de antena para a antena de matriz faseada 476 em períodos de tempo diferentes. Os comandos de direcionamento de feixe de antena determinados pela unidade de controle de direção de antena 474 pode ter base pelo menos em parte na posição relativa da aeronave identificada do sistema de navegação e gerenciamento de voo 472, na posição atual da antena de matriz faseada 476 e na posição relativa de antenas e outras localizações de componente de comunicação associados aos nós de comunicação terrestres identificados pelo banco de dados de rede celular 478.

[047] A posição direcional dos vários componentes representados no sistema de controle de antena 470 da Figura 7 pode ser descrita em termos de ângulos de guinada e rolamento. Por exemplo, espera-se que a antena de matriz faseada 476 tenha movimento ao longo de seus momentos de afastamento e guinada (Θ, Φ), respectivamente. O módulo de controle de direção de antena 474 pode manter registros da orientação de antena atual definida por um ângulo de afastamento de antena atual e um ângulo de guinada de antena atual (©atuai, Oatuai). A orientação de aeronave atual pode ser definida em termos de um ângulo de afastamento de aeronave atual e um ângulo de guinada de aeronave atual (©aeronave, Oaeronave), que podem ser rastreados por informações de trajetória de voo do sistema de navegação e gerenciamento de voo 472 a bordo. A orientação de antena atual pode ser definida em relação a uma aeronave, que pode ser, adicionalmente, traduzida em relação à terra ao transformar o sistema de coordenada da antena e da aeronave no sistema de coordenada da aeronave e da terra.

[048] O banco de dados de rede celular 478 pode incluir para cada torre de célula ou outro nó de comunicação terrestre, com o qual uma aeronave planeja comunicar, uma orientação de antena terrestre atual que inclui um ângulo de afastamento de antena terrestre e um ângulo de guinada de antena terrestre (©terrestre, Oterrestre) das antenas terrestres localizadas nas torres de células identificadas. A orientação de antena terrestre atual (©terrestre, Oterrestre) pode ser traduzida a uma orientação de antena alvo atual (©aivo, Oaivo) ao adicionar 180 graus ao ângulo de afastamento de antena terrestre e ao ângulo de guinada de antena terrestre, respectivamente: [049] Logo, a unidade de controle de direção de antena 474 pode determinar uma orientação de antena resultante (©resultante, Oresuitante) com base na orientação de antena atual (©atuai, Oatuai) e na orientação de aeronave atual (©aeronave, cpaeronave), como a seguir: onde a função Ti é dada [050] e onde d é a distância à antena do centro da aeronave e L é o comprimento da antena. Logo, a unidade de controle de direção de antena 474 pode determinar uma orientação de antena exigida (©exigida, Oexigida) com base na orientação de antena resultante (©resultante, Oresuitante) e na orientação de antena alvo (©aivo, Oaivo) como a seguir: [051] Logo, a orientação de antena exigida (©exigida, cpexigida) determinada pela unidade de controle de direção de antena 474 pode ser utilizada para controlar a direção da antena de matriz faseada 476 para retransmitir sinais transmitidos e recebidos entre a antena de matriz faseada 476 e os nós de comunicação terrestres identificados com os quais a aeronave planeja se comunicar em um dado período de tempo. Enquanto a aeronave transita sua comunicação a outros nós de comunicação terrestres e muda sua orientação atual durante o voo, os vários dados e os vários cálculos de orientação de antena determinados pelo sistema de controle de antena 470 podem ser, periodicamente, atualizados e recalculados.

[052] Embora recursos específicos de várias realizações possam ser mostradas em algumas Figuras e não em outras, isso se dá somente por conveniência. Em conformidade com os princípios da presente revelação, qualquer recurso de uma Figura pode ser denominado e/ou reivindicado em combinação com outros recursos de qualquer outra Figura.

[053] Esta descrição escrita utiliza exemplos para revelar a invenção, que inclui o melhor modo, e também para possibilitar que qualquer pessoa versada na técnica pratique a invenção, que inclui produzir e usar quaisquer dispositivos ou sistemas e realizar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorram àqueles versados na técnica. Tais outros exemplos estão destinados a serem abrangidos pelo escopo das reivindicações caso incluam elementos estruturais que não sejam diferentes da linguagem literal das reivindicações ou caso incluam elementos estruturais equivalentes com diferenças não substanciais em relação à linguagem literal das reivindicações.

Lista de Componentes 100 sistema de comunicação aviônico 102 estação terrestre 104 torre celular 106 sensor de navegação 108 sensores de velocidade vetorial de aeronave 110 banco de dados de terreno 112 banco de dados de plano de voo 114 banco de dados de rede celular 116 banco de dados de estação terrestre 120 plataforma computacional 122 primeiro algoritmo computacional 124 segundo algoritmo computacional 126 terceiro algoritmo computacional 130 transceptor (ou transceptores) 132 trajetória de comunicação 134 trajetória de comunicação 136 trajetória de comunicação 138 trajetória de comunicação 140 antena direcional 150 portão de comunicações de rede digital 160 sistemas de aeronave 200 aeronave 202 primeiro ponto de passagem 204 segundo ponto de passagem 206 terceiro ponto de passagem 208 trajetória de voo lateral 210 trajetória de voo vertical 212 estação terrestre 214aa214h torres celulares 218a primeira trajetória de comunicação 218b segunda trajetória de comunicação 218c terceira trajetória de comunicação 300 dispositivo de computação 302 processador 304 dispositivo de memória 306 instruções 308 dados 310 interface de rede 312 dispositivo de entrada 314 dispositivo de saída 400 método 402 etapa de método 404 etapa de método 406 etapa de método 408 etapa de método 410 etapa de método 412 etapa de método 414 etapa de método 416 etapa de método 418 etapa de método 420 etapa de método 470 sistema de controle de antena 472 sistema de navegação e gerenciamento de voo 474 unidade de controle de direção de antena 476 antena de matriz faseada 478 banco de dados de rede celular Reivindicações

Claims (20)

1. SISTEMA DE COMUNICAÇÃO AVIÔNICO LOCALIZADO EM UMA AERONAVE caracterizado pelo fato de que fornece comunicação celular entre a aeronave e uma infraestrutura de nós de comunicação terrestres, que compreende: uma antena direcional; um ou mais processadores e um ou mais dispositivos de memória, sendo que o um ou mais dispositivos de memória armazenam instruções que quando executadas pelo um ou mais processadores fazem com que o um ou mais processadores realizem operações, sendo que as operações compreendem: identificar um ou mais nós de comunicação terrestres com os quais a aeronave planeja se comunicar em um dado período de tempo; determinar um nível de intensidade de sinal para a comunicação entre a aeronave e o um ou mais nós de comunicação terrestres identificados; e determinar um valor de mudança de frequência para a modificação de sinais comunicados para contabilizar efeitos de Doppler esperados associados aos sinais comunicados devido a uma velocidade vetorial da aeronave em relação ao um ou mais nós de comunicação terrestres identificados; e um rádio transmissor/receptor configurado para transmitir e receber sinais de comunicação celular entre a aeronave e o um ou mais nós de comunicação terrestres identificados com a utilização da antena direcional, do nível de intensidade de sinal determinado e do valor de mudança de frequência determinado.

2. SISTEMA DE COMUNICAÇÃO AVIÔNICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as operações compreendem, adicionalmente, determinar um comando de direcionamento de feixe de antena para a antena direcional, em que o comando de direcionamento de feixe de antena tem base pelo menos em parte na posição relativa da aeronave ao um ou mais nós de comunicação terrestres identificados com os quais a aeronave planeja se comunicar no dado período de tempo.

3. SISTEMA DE COMUNICAÇÃO AVIÔNICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que identifica um ou mais nós de comunicação terrestres com os quais a aeronave planeja se comunicar em um dado período de tempo que compreende: determinar uma posição da aeronave durante o dado período de tempo; determinar uma velocidade vetorial relativa da aeronave; determinar uma localização dos nós de comunicação terrestres; e selecionar um ou mais nós de comunicação terrestres com base pelo menos em parte na posição determinada da aeronave, na velocidade vetorial relativa determinada da aeronave e na localização determinada dos nós de comunicação terrestres em relação à posição e à velocidade vetorial relativa determinadas da aeronave.

4. SISTEMA DE COMUNICAÇÃO AVIÔNICO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um ou mais sensores de navegação configurados para determinar a posição da aeronave durante o dado período de tempo.

5. SISTEMA DE COMUNICAÇÃO AVIÔNICO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que determina uma localização dos nós de comunicação terrestres que compreende acessar um banco de dados que contém uma localização de cada nó de comunicação terrestre, um nível de capacidade associado a cada nó de comunicação terrestre, um tipo de protocolo de comunicação associado a cada nó de comunicação terrestre e um estado de disponibilidade de cada nó de comunicação terrestre.

6. SISTEMA DE COMUNICAÇÃO AVIÔNICO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que identifica um ou mais nós de comunicação terrestres com os quais a aeronave planeja se comunicar em um dado período de tempo que compreende, adicionalmente, identificar características de teneno entre a aeronave e o um ou mais nós de comunicação terrestres identificados, e em que a seleção de um ou mais nós de comunicação tenestres tem, adicionalmente, base pelo menos em parte nas características de terreno.

7. MÉTODO IMPLANTADO POR COMPUTADOR caracterizado pelo fato de que fornece comunicação celular entre uma aeronave e uma infraestrutura de nós de comunicação terrestres, que compreende: identificar, por um ou mais dispositivos de computação, um ou mais nós de comunicação terrestres com os quais a aeronave planeja se comunicar em um dado período de tempo; determinar, por um ou mais dispositivos de computação, um nível de intensidade de sinal para se comunicar entre a aeronave e o um ou mais nós de comunicação terrestres identificados; determinar, por um ou mais dispositivos de computação, um valor de mudança de frequência para a modificação de sinais comunicados para contabilizar efeitos Doppler esperados associados aos sinais comunicados devido a uma velocidade vetorial da aeronave em relação ao um ou mais nós de comunicação terrestres identificados; e transmitir ou receber sinais de comunicação celular entre a aeronave e o um ou mais nós de comunicação terrestres identificados com a utilização do nível de intensidade de sinal determinado e do valor de mudança de frequência determinado.

8. MÉTODO IMPLANTADO POR COMPUTADOR, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que identifica um ou mais nós de comunicação terrestres que compreende identificar uma pluralidade de nós de comunicação terrestres com a qual a aeronave planeja se comunicar em um dado período de tempo de tal modo que múltiplas trajetórias de comunicação redundante estejam dispostas entre a aeronave e a pluralidade de nós de comunicação terrestres.

9. MÉTODO IMPLANTADO POR COMPUTADOR, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que identifica um ou mais nós de comunicação terrestres que compreendem a identificação de pelo menos um nó de comunicação terrestre com o qual múltiplas conexões estarão dispostas com a utilização de um ou mais protocolos de comunicação celular diferentes de tal modo que múltiplas trajetórias de comunicação redundante estejam dispostas entre a aeronave e o pelo menos nó de comunicação terrestres.

10. MÉTODO IMPLANTADO POR COMPUTADOR, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que identifica um ou mais nós de comunicação terrestres com os quais a aeronave planeja se comunicar em um dado período de tempo que compreende: determinar, pelo um ou mais dispositivos de computação, uma posição da aeronave durante o dado período de tempo; determinar, pelo um ou mais dispositivos de computação, uma velocidade vetorial relativa da aeronave; determinar, pelo um ou mais dispositivos de computação, uma localização dos nós de comunicação terrestres conhecidos; e selecionar, pelo um ou mais dispositivos de computação, um ou mais nós de comunicação terrestres com base pelo menos em parte na posição determinada da aeronave, na velocidade vetorial relativa determinada da aeronave e na localização determinada dos nós de comunicação terrestres conhecidos em relação a posição e velocidade vetorial relativa determinadas da aeronave.

11. MÉTODO IMPLANTADO POR COMPUTADOR, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que determina uma localização dos nós de comunicação terrestres conhecidos que compreende acessar um banco de dados que contém uma localização de cada nó de comunicação terrestre, um nível de capacidade associado a cada nó de comunicação terrestre, um tipo de protocolo de comunicação associado a cada nó de comunicação terrestre e um estado de disponibilidade de cada nó de comunicação terrestre.

12. MÉTODO IMPLANTADO POR COMPUTADOR, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que identifica um ou mais nós de comunicação terrestres com os quais a aeronave planeja se comunicar em um dado período de tempo que compreende, adicionalmente, identificar, pelo um ou mais dispositivos de computação, características de terreno entre a aeronave e o um ou mais nós de comunicação terrestres identificados, e em que a seleção de um ou mais nós de comunicação terrestres tem, adicionalmente, base pelo menos em parte nas características de terreno identificadas.

13. MÉTODO IMPLANTADO POR COMPUTADOR, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que determina uma posição da aeronave durante o dado período de tempo que compreende receber sinais de posição de aeronave de um sistema de navegação de aeronave.

14. MÉTODO IMPLANTADO POR COMPUTADOR, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que determina uma posição da aeronave durante o dado período de tempo que compreende acessar um plano de voo pré-determinado para a aeronave.

15. MÉTODO IMPLANTADO POR COMPUTADOR, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que determina uma posição da aeronave durante o dado período de tempo que compreende determinar uma posição lateral e vertical da aeronave em relação à localização determinada dos nós de comunicação terrestres conhecidos.

16. MÉTODO IMPLANTADO POR COMPUTADOR, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente determinar, pelo um ou mais dispositivos de computação, um comando de direcionamento de feixe de antena para uma antena direcional, em que o comando de direcionamento de feixe de antena tem base pelo menos em parte na posição relativa da aeronave ao um ou mais nós de comunicação terrestres identificados com os quais a aeronave planeja se comunicar no dado período de tempo, e em que transmitir ou receber sinais de comunicação celular entre a aeronave e o um ou mais nós de comunicação terrestres identificados é realizado em parte com a antena direcional.

17. MÉTODO IMPLANTADO POR COMPUTADOR, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o comando de direcionamento de feixe da antena para a antena direcional compreende um ângulo de afastamento de antena e um ângulo de guinada determinados em relação a um ângulo de afastamento de aeronave e um ângulo de guinada de aeronave.

18. MÉTODO IMPLANTADO POR COMPUTADOR, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que determina um nível de intensidade de sinal para a comunicação entre a aeronave e o um ou mais nós de comunicação terrestres identificados que tem base pelo menos em parte em uma ou mais dentre uma distância determinada entre a aeronave e cada um do um ou mais nós de comunicação terrestres identificados com os quais a aeronave planeja se comunicar no dado período de tempo, um tipo de tecnologia celular utilizada em comunicação e uma quantidade estimada de ganho de antena.

19. MÉTODO IMPLANTADO POR COMPUTADOR, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o um ou mais nós de comunicação terrestres compreendem uma ou mais torres celulares.

20. AERONAVE caracterizada pelo fato de que compreende: uma antena direcional; um ou mais processadores e um ou mais dispositivos de memória, sendo que o um ou mais dispositivos de memória armazenam instruções que quando executadas pelo um ou mais processadores fazem com que o um ou mais processadores realizem operações, sendo que as operações compreendem: identificar um ou mais nós de comunicação terrestres com os quais a aeronave planeja se comunicar em um dado período de tempo; determinar um nível de intensidade de sinal para a comunicação entre a aeronave e o um ou mais nós de comunicação terrestres identificados; determinar um valor de mudança de frequência para a modificação de sinais comunicados para contabilizar efeitos de Doppler esperados associados aos sinais comunicados devido a uma velocidade vetorial da aeronave em relação ao um ou mais nós de comunicação terrestres identificados; e determinar um comando de direcionamento de feixe de antena para a antena direcional, em que o comando de direcionamento de feixe de antena tem base pelo menos em parte na posição relativa da aeronave ao um ou mais nós de comunicação terrestres identificados com os quais a aeronave planeja se comunicar no dado período de tempo; e um rádio transmissor/receptor configurado para transmitir e receber sinais de comunicação celular entre a aeronave e o um ou mais nós de comunicação terrestres identificados com a utilização da antena direcional, do nível de intensidade de sinal determinado, do valor de mudança de frequência determinado e do comando de direcionamento de feixe de antena determinado.