CN105934894B - 用于与飞行器无线通信的***和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于在机场无线连接飞行器的方法。例如，用于与飞行器无线通信的方法可包括：确定用于无线通信的定向天线***与飞行器的邻近度；确定用于与飞行器无线通信的定向天线***的可用性；基于确定的邻近度和可用性选择定向天线***；并且为定向天线***提供指令以与飞行器通信。

Description

用于与飞行器无线通信的***和方法
技术领域
本发明涉及用于与飞行器无线通信的***和方法。
背景技术
商业和非商业的飞行器可以下载或上传各种类型的数据。例如，飞行器上的各种电子器械和设备包括可被更新的储存信息，如导航图和导航数据文件。此外，可以存在下载或上传的其他类型的数据，如在其他事物之中的电影、电视节目、音乐和诊断数据。
按照惯例，为了无线连接机场地面上的飞机，机场管理局通常要求机场航站楼(airport terminal)和飞机跑道区域处于无线覆盖之下，以在受限的区域中减少不需要的RF能量。事实上，由于在忙碌的民用机场处多种无线频率(RF)的干扰，每种当前工业标准的无线数据吞吐量已经显著减少。
发明内容
已经讨论的特征、功能和优点能够在多种实施方式中独立实现或可与其他实施方式合并，参考下面的描述和附图能够看到进一步的细节。
本文中所公开的是用于在机场处无线连接飞行器的方法和***。在实例中，用于与飞行器无线通信的***可包括定向天线***(directional antenna system)、与天线通信连接的处理器和与处理器通信连接的存储器(memory)。存储器可包括可执行指令(executable instruction)，当由处理器执行该可执行指令时使处理器完成包括下列项的操作：确定所述飞行器与用于无线通信的所述定向天线***的邻近度(proximity)；确定用于与飞行器无线通信的定向天线***的可用性(availability)；基于所确定的邻近度和可用性选择定向天线***，并且为定向天线***提供指令以与所述飞行器通信。
在另一个实例中，用于与飞行器无线通信的方法可包括：确定飞行器与用于无线通信的定向天线***的邻近度；确定用于与飞行器无线通信的定向天线***的可用性；基于所确定的邻近度和所述可用性选择所述定向天线***；并且为定向天线***提供指令以与飞行器进行通信。
在另一个实例中，计算机可读存储介质可包括用于与飞行器无线通信的指令，该指令包括：确定所述飞行器与用于无线通信的定向天线***的邻近度；确定用于与飞行器无线通信的定向天线***的可用性；基于确定的邻近度和可用性选择定向天线***；并且为定向天线***提供指令以与飞行器进行通信。
附图说明
图1示出了在机场航站楼处与多架飞机相连接的定向天线；
图2示出了在飞机到达建立在机场处的机场航站楼之前与飞机相连接的定向天线；
图3是示出了可被用于实施所公开的***和方法的定向天线***的框图；
图4示出了用于使用定向天线无线连接飞行器的示例方法；
图5示出了用于使用定向天线无线连接飞行器的示例方法；以及
图6是示出了可结合本文中所公开的方法和***的方面或其部分的通用计算机***的框图。
具体实施方式
当飞行器降落时，大量数据可通过无线或有线的方式上传或下载。该数据可涉及任何数量的事物，如飞行数据、维护数据、导航数据、销售点交易等。按照惯例，在商业机场处因成本高昂而禁止使用产生不需要的能量并且与其他天线相互干扰的全向天线(omni-directional antenna)以及相控阵天线(phased array antenna)。本文中公开了用于无线连接飞行器的方法和***。示例***包括使用低成本的缝隙天线(slot antenna)，缝隙天线具有在机场处无线连接飞行器的固定波束中的高增益和可选择的特性。当飞机在机场环境中停靠或滑行时可以形成连接。
图1示出了在机场航站楼12处与多架停靠飞机相连接的定向天线14。飞机22位于登机门(gate)16处，飞机24位于登机门18处并且飞机26位于登机门20处。定向天线14可位于机场航站楼12的顶部。多束波束28(即，电磁波或波瓣)可从天线14发出。波束30可指向飞机22的全向天线或定向天线(未示出)。波束32可指向飞机24的全向天线或定向天线(未示出)。此外，波束34可指向飞机26的全向天线或定向天线(未示出)。定向天线14可以与飞机22、飞机24和飞机26的天线无线连接。设备之间的无线通信可基于全球无线标准，如802.11a、802.11b、802.11g、802.11n、802.11ac或未来的全球标准。
在实例中，多束波束28可被配置为使用802.11b无线标准。在图1中，可使用十一条信道与外部设备进行数据通信，同时其他信道(如，信道12至14可在其他国家中使用，但在美国不能使用)可能是无法使用的。在图1中，波束30可与802.11b信道一相一致，波束32可与802.11b信道六相一致并且波束34可与802.11b信道十一相一致。信道之间的间隔有助于最小化干扰并且最大化用于上传或下载数据的带宽。
图2示出了在飞机42到达机场处的机场航站楼40之前定向天线46与移动中的飞机的连接。在实例中，因为飞机42沿路线48向登机门44移动，飞机42最初可通过波束50与定向天线46通信连接。因为飞机42沿路线48向登机门44行进，定向天线46可在波束50、波束52、波束54和波束56之间切换以持续与飞机42通信。计算设备45可追踪飞机42(如，通过GPS、无线传感器或视频摄像机)并且向定向天线46提供指令以从一束波束切换至另一束波束，从而方便与飞机42相通信。定向天线46可以是任意的定向天线类型，如本文中所讨论的那些。例如，定向天线46可以是抛物面天线并且可以物理地沿轴转向以与飞机42通信。
图3示出了可被用于实施所公开的可连接至多架(如，三架)飞机的***和方法的定向天线***60的框图。定向天线***60可以是扇区波束天线，其中电磁波穿过位于天线62前端处的缝隙阵列的开口。框A 77、框B 78和框C 79是所选择的可以与定向天线一起使用的信道。例如，如果使用前述802.11标准，框A 77可以是信道一，框B 78可以是信道六以及框C 79可以是信道十一。当使用802.11标准进行通信时，信道一、信道六和信道十一可被用于最小化无线干扰。
发送放大器74和接收放大器76是与环行器(circulator)72通信连接的信号放大器。环行器72可帮助将发送放大器74的发送信号与接收放大器76的接收信号分离。环行器72与单刀三掷开关(SP3T)80通信连接，单刀三掷开关80控制波束(电磁波)的方向。如在图3中所示，连接81与天线62的端口63相连接。由沿路径67穿过端口63的电磁波携带的信号耦合至缝隙阵(slot array)并且在来自缝隙阵的方向(主波瓣)上发出。SP3T 80还可以切换并且连接至端口64或端口65。当由SP3T 80选择时，可在端口64或端口65中发送或接收耦合的电磁波穿过与框A 77的信道相对应的缝隙阵的方向。如在图3中所示，端口61和端口66能够被适当地终止以抑制旁波瓣。与缝隙阵耦合的端口86被选择为对应于框B 78的信道。与缝隙阵耦合的端口88被选择为对应于框C 79的信道。由电磁波沿路径82和路径83携带的信号穿过相应的端口86和端口88而被发送或接收。端口86和端口88耦合至整个缝隙阵并且从相同缝隙阵在它们自身的方向(各自的主波瓣)上发出。定向天线***60可具有附加的与天线62的缝隙相对应的开关。可存在任何数量的细分的开关或对应的缝隙。
图4示出了在机场处使用定向天线与到达的飞行器通信的示例方法。在框405处，在飞行器着陆后检测可以是沿着滑行跑道(taxiway)或机场跑道的飞行器的位置。基于飞行器轮触碰地面或通过一些其他方法，飞行器可开始通信。在框410处，可选择适当的终端天线用于与飞行器通信。可基于天线与飞行器的邻近度、天线的可用性(例如，不在使用中的端口)、基于待上传至或待下载至飞行器的数据量确定的所需的预期带宽、飞机待停靠的位置、飞行器的预期起飞时间(例如，短时间中转停留可能不希望等待以抵达登机门)等选择终端天线。在框415处，数据可通过最初选择的在航站楼或其他建筑上的天线的(第一)端口发送。在框420处，基于飞行器的位置或速度，可通过最初选择的天线的另一个端口(或完全不同的天线)发送数据。在实例中，在确定选择哪个天线之前，可以将飞行器的位置和检测出的速度或投影的速度(例如，投影在滑行期间在交叉口处的低速)考虑进去。天线的可用端口可以重复循环发送数据，直到飞机完成完整的停靠。如本文中所描述的方法还可被替换为用于离港飞机离开停靠位置并且在起飞前沿跑道移动。
对于处于滑行动作中的飞行器(如图2)，根据沿机场跑道的已知的或预设的滑行路线，可从天线可用的固定波束中选择和切换波束。图5示出了在机场处使用定向天线与飞行器通信的示例方法450。在框455处，选择与飞行器位置相对应的定向天线的第一端口。在框460处，接收信号强度。信号强度是飞行器与第一端口之间的信号强度。接收器信号强度指示(RSSI)可用于追踪飞行器。在框465处，基于在第一端口与飞行器之间的信号强度选择第二端口以服务于飞行器。在框470处，数据经由定向天线的第二端口发送至飞行器。图5中所示方法可具体应用于沿待定的路线移动的飞行器。在实例中，当第一端口的信号强度到达阈值水平时，可选择在第一端口的左侧和右侧的第二端口和第三端口的相邻波束。可比较第二端口和第三端口的RSSI信号，并且做出决定选择具有朝向飞机的更高的信号强度的端口。考虑到定向天线的气候条件或预期/非预期的移动，此处理可继续甚至直到飞机停靠后。方法可应用于起飞前沿跑道移动的飞行器。
用于无线连接飞行器的方法和***可使用任意数量和类型的定向天线。定向天线可以是扇区天线(sector antenna)、八木天线(Yagi antenna)、贴片天线(patchantenna)、四边形天线(quad antenna)、横列定向天线(billboard antenna)、抛物面天线(parabolic antenna)、螺旋天线(helical antenna)、多天线阵列(multiple antenna)或数字波束成形天线(digital beamforming antenna)。
通常，飞行器可在具有被强烈干扰的可能性或无线通信限制的环境中发送或接收大量数据。没有对本文中出现的权利要求的范围、解释和应用的过度限制，公开的主旨可与也能最大化用于下载数据至飞行器或从飞行器上传数据的带宽的便宜的天线一起使用。连接机场的地面上的飞机或其他飞行器可以不需要在极精细的步骤处持续的波束控制或精度控制。因此，代替机动化碟形天线或相控阵，例如，可使用表面集成的具有多束固定波束供选择的定向缝隙天线。如图3中所描述的那种定向缝隙天线可以以低成本部署。定向缝隙天线可被制造为使用商业的多层压层印制电路板，其中端口和缝隙的阵列、波导线和波导管、移相器、分路器和耦合器可集成在印制电路板的多个层中。可同时形成多束固定的波束而不转动天线组件。通过选择一束或多束天线的固定波束，可以建立单独的可切换的通信线路或多个非重叠线路。印制电路板的材料可在载波频率处具有低信号衰减(即，低损耗)。在这种情况中，其操作频率可在通用的IEEE 802.11频带中，该频带具有丰富的全球供应商。
图6和下面的论述旨在提供对适当的计算环境的简要的整体说明，其中可实施本文中所公开的方法和***和/或其部分。虽然不是必须的，但在计算机可执行指令的一般语境中描述本文中所公开的方法和***，诸如由如客户端工作站、服务器、个人计算机，或者移动计算设备如智能手机或平板电脑的计算机执行的程序模块。通常，程序模块包括例程、程序、对象、组件、数据结构等，其执行特定任务或实施特定抽象数据类型。而且，需要理解的是，本文中所公开的方法和***和/或其部分可与其他计算机***配置一起实践，包括手持设备、多处理器***、微处理器或可编程消费性电子产品、网络计算机、微型计算机、大型计算机等。处理器可在单片、多片或具有不同体系结构的多种电子组件上实施。本文中所公开的方法和***还可在分布式计算环境中实践，其中通过由通信网络连接的远程处理设备执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可位于局部和远程的存储器存储设备中。
图6是表示可结合本文中所公开的方法和***的方面和/或其部分的通用计算机***的框图。如图所示，示例性通用计算机***包括计算机520等，计算机包括：处理单元521、***存储器522和将包括***存储器的各种***部件耦接至处理单元521的***总线523。***总线523可以是任意的多种类型的总线配置，包括存储器总线或存储器控制器、***总线和使用任何多个总线配置的局部总线。***存储器包括只读存储器(ROM)524和随机存取存储器(RAM)525。基本输入/输出***526(BIOS)包括诸如在启动期间被储存在ROM524中帮助在计算机520中的元件之间传递信息的基本例程。
计算机520可进一步包括：硬盘驱动器527，用于从硬盘(未示出)读取或写入硬盘；磁盘驱动器528，用于从可移除磁盘529读取或写入可移除磁盘；以及光盘驱动器530，用于从诸如CD-ROM或其他光学介质的可移除光盘531读取或写入可移除光盘。硬盘驱动器527、磁盘驱动器528和光盘驱动器530分别通过硬盘驱动器接口532、磁盘驱动器接口533、光盘驱动器接口534连接至***总线523。虽然在图6中没有示出，但任何可应用的通信天线驱动器接口可附接至***总线523，以处理用于波束控制和与飞机进行数据交换的命令。驱动器和其相关的计算机可读介质向计算机520提供计算机可读指令的非易失性存储、数据结构、程序模块和其他数据。如本文所述，计算机可读介质是有形的、物理的和具体的制品，并且因此本身不是一个信号。
虽然本文中所描述的示例性环境采用了硬盘、可移除磁盘529和可移除光盘531，需要理解的是其他类型的能够存储计算机可读取的数据的计算机可读介质也可在该示例性操作环境中使用。这些其他类型的介质包括但不限于盒式磁带、闪存卡、数字视频或多用盘、柏努利盒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。
包括操作***535、可包括但不限于前述天线波束控制算法的一个或多个应用程序536、其他程序模块537和程序数据538的多个程序模块可被储存在硬盘、磁盘529、光盘531、ROM 524或RAM 525上。用户可通过诸如键盘540和定点设备542的输入设备向计算机520输入命令或信息。其他输入设备(未示出)可包括麦克风、操纵杆、游戏手柄、圆盘式***天线(satellite disk)、扫描仪等。这些和其他的输入设备通常通过与***总线耦合的串行口接口546与处理单元521连接，但还可通过诸如并行端口、游戏端口或通用串行总线(USB)的其他接口进行连接。监视器547或其他类型的显示设备还通过诸如视频适配器548的接口与***总线523连接。除监视器547外，计算机可包括诸如扬声器和打印机的其他***输出设备(未示出)。图6的示例性***还包括主机适配器555、小型计算机***接口(SCSI)总线556和与SCSI总线556连接的外部存储设备562。
为连接机场处的航空公司运行控制中心及它们的机队(fleet)，计算机520包括合适的防火墙，并且在其他数据保护方法中，计算机520可在使用逻辑连接一个或多个远程计算机(诸如远程计算机549)的安全网络环境中操作。远程计算机549可以是个人计算机、服务器、路由器、网络计算机、具有大容量存储器的基于云的计算机、对等设备或其他常用网络节点，并且虽然在图6中仅示出了存储器存储设备550，远程计算机549可包括上文中所描述的关于计算机520的多个或全部的元件。图6中所示出的包括所有版本的有线网络和无线网络的逻辑连接包括局域网(LAN)551和广域网(WAN)552。这样的网络环境在办公室、企业范围计算机网络、内联网和因特网中是常见的。
当在LAN网络环境中使用时，计算机520通过网络接口或适配器553连接至LAN551。当在WAN网络环境中使用时，计算机520可包括调制解调器554或其他用于在广域网552(诸如因特网)上建立通信的方法。可以是内部的或外部的调制解调器554经由串行端口接口546连接至***总线523。在网络环境中，所描述的与计算机520有关的程序模块或其部分可以被储存在远程存储器存储设备中。将理解的是，所示出的网络连接是示例性的并且可以使用在计算机之间建立通信线路的其他方法。
计算机520可包括多个计算机可读存储介质。计算机可读存储介质能够是任何能够由计算机访问的可用介质，并且包括易失性和非易失性的介质、可移除和不可移除的介质。通过实例的方法并且不限于此，计算机可读介质可包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括易失性和非易失性的介质、可移除和不可移除的介质，在任何用于储存诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据的信息的方法和技术中实施。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储技术、CD-ROM、数字多用盘(DVD)或其他光盘存储器、盒式磁带、磁带盘、磁盘存储器或其他磁存储设备、或任何其他能够用于储存期望的信息并能够由计算机520访问的介质。任何上述的组合还应当包含在可用于储存实施本文中所描述的方法和***的源代码的计算机可读介质的范围内。可在一个或多个实施方式中使用本文中所公开的特征或元件的任何组合。
如在图中所示，在描述本公开的主题的优选实施方式中，为了表述清晰而采用专用术语。然而，所要求保护的主题并不旨在限制于所选择的专用术语，并且需要理解的是每个特定的元件包括以相似的方式实现相似的目的的所有技术等价物。
此书面描述利用示例公开了本发明，并且使本领域的技术人员能够实践发明，包括制造和使用任何设备或***并且执行任何结合的方法。由权利要求定义发明的专利权保护范围，并且可包括本领域技术领域人员想到的其他实例。如果这些其他的实例具有与权利要求中的字面语言没有区别的结构元件或者如果它们包括具有与权利要求的字面语言无实质区别的等价的结构元件，这些其他的实例旨在落入权利要求所要求保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种用于与飞行器无线通信的***，所述***包括：
定向缝隙天线，包括用于与所述飞行器通信的第一端口和第二端口；
处理器，与所述定向缝隙天线通信相连接；以及
存储器，与所述处理器通信连接，所述存储器包括可执行指令，当通过所述处理器执行该可执行指令时使所述处理器完成包括下列项的操作：
确定所述飞行器与用于无线通信的所述定向缝隙天线的邻近度；
确定用于与所述飞行器无线通信的所述定向缝隙天线的可用性；
基于确定的所述邻近度和所述可用性选择所述定向缝隙天线；
基于所述飞行器的速度或位置确定是否通过所述第一端口或所述第二端口进行通信；并且
经由确定出的所述定向缝隙天线的端口，为所述定向缝隙天线提供指令以与所述飞行器通信。
2.根据权利要求1所述的***，其中，所述定向缝隙天线是扇区天线。
3.根据权利要求1或2所述的***，其中，选择所述定向缝隙天线进一步包括：
基于待上传至或者待下载至所述飞行器的数据量来确定所需要的预期带宽。
4.根据权利要求1或2所述的***，其中，从所述第一端口发出的电磁波与从所述第二端口发出的电磁波使用不同的信道。
5.根据权利要求1或2所述的***，其中，所述飞行器使用全向天线与所述定向缝隙天线通信。
6.根据权利要求1或2所述的***，其中，所述定向缝隙天线使用802.11无线标准。
7.一种用于与飞行器无线通信的方法，所述方法包括：
确定所述飞行器与用于无线通信的包括第一端口和第二端口的定向缝隙天线的邻近度；
确定用于与所述飞行器无线通信的所述定向缝隙天线的可用性；
基于确定的所述邻近度和所述可用性选择所述定向缝隙天线；
基于所述飞行器的速度或位置确定是否通过所述第一端口或所述第二端口进行通信；并且
经由确定出的所述定向缝隙天线的端口，为所述定向缝隙天线提供指令以与所述飞行器进行通信。
8.根据权利要求7的所述方法，其中，所述定向缝隙天线是扇区天线。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，选择所述定向缝隙天线进一步包括：
基于待上传至或者待下载至所述飞行器的数据量来确定所需要的预期带宽。
10.根据权利要求7或8所述的方法，其中，从所述第一端口发出的电磁波与从所述第二端口发出的电磁波使用不同的信道。
11.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述飞行器使用全向天线与所述定向缝隙天线通信。
12.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述定向缝隙天线被分区，以通过第一分区与在第一方向上的所述飞行器通信并且通过第二分区与在第二方向上的第二飞行器通信。
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