CN108449128A - 通信方法、通信***和飞行器/航天器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了通信方法、通信***和飞行器/航天器。本发明提供了一种用于飞行器/航天器(350)的基于卫星的通信的通信方法。该通信方法包括监视(S1)第一基于卫星的通信***(102,202,302)的可用性,以及根据第一基于卫星的通信***(102,202,302)的可用性,经由第一基于卫星的通信***(102,202,302)或第二基于卫星的通信***(103,203,303)来传输(S2)飞行器/航天器数据(120,220)。本发明进一步提供了对应的通信***(100,200,300)和对应的飞行器/航天器。
Description
技术领域
本发明涉及通信方法、通信***和飞行器/航天器。
背景技术
如今,飞行器/航天器通常具有存储飞行期间与飞行器/航天器有关的数据的选项。这种数据例如在事故之后被用于评估和根本原因分析。
为此,飞行器/航天器中通常使用存储飞行期间数据的飞行数据记录仪。在事故之后,所述飞行数据记录仪被定位和回收。在飞行数据记录仪被回收之后,能够对于所存储的数据进行提取和分析。
为了进行定位,飞行数据记录仪通常包括被称为水下***信标的定位工具,其发射频率接近37.5kHz的声学信号,使用基于声呐的技术能够对于该定位工具进行定位。这种声学信号的检测范围接近4000m。
为了改进定位这种飞行数据记录仪的过程,在现代飞行数据记录仪中也可以使用发射频率接近8.8kHz的声学信号的定位工具。频率为8.8kHz的所述声学信号可以在覆盖接近13km距离的范围内被定位。
例如在WO 2013 088 275 A1中公开了可行的定位工具。
例如通过尝试检测与定位该定位工具的声学信号的回收船可以在事故海域定位和回收特定的定位工具,因而飞行器/航天器被定位和回收。
发明内容
针对这种背景,本发明的目的是能够以简化的方式来捕获飞行数据。
根据本发明,该目的通过具有权利要求1的特征的通信方法和/或通过具有权利要求9的特征的通信***和/或通过具有权利要求15的特征的飞行器/航天器来实现。
因此,提供了用于飞行器/航天器的基于卫星的通信的通信方法。通信方法包括监视第一基于卫星的通信***的可用性,以及根据第一基于卫星的通信***的可用性,经由第一基于卫星的通信***或第二基于卫星的通信***来传输飞行器/航天器数据。
此外,提供了一种通信***。通信***包括通信设备,该通信设备被设计为与第一基于卫星的通信***和第二基于卫星的通信***进行通信;以及控制设备,该控制设备被设计为监视第一基于卫星的通信***的可用性。该控制设备被进一步设计为:根据第一基于卫星的通信***的可用性,经由第一基于卫星的通信***或第二基于卫星的通信***来传输飞行器/航天器数据。
最后,提供了一种包括根据本发明的通信***的飞行器/航天器。在此上下文中,飞行器/航天器可以被理解为表示任何飞行器和航天器。
本发明基于以下认知:如果飞行器和航天器数据已经被输出到中央数据管理***,例如在飞行器/航天器的运行期间,则可以非常容易地对于所述数据进行评估。
本发明利用该认知并且提供了一种在飞行器/航天器中的***,该***在飞行器/航天器运行期间存储飞行器/航天器数据并且能够以基于卫星的方式输出所述数据。在此情况下,飞行器/航天器数据可以是飞行数据记录仪常规存储的数据。因此,这种数据包括例如飞行数据,诸如飞行器/航天器的位置和方位、来自飞行器/航天器的驾驶舱或客舱的音频数据、来自飞行器/航天器的驾驶舱或客舱的图像数据等。
本发明因此对于常规的飞行数据记录仪进行补充,例如补充之处在于飞行器/航天器数据能够已经在事故之前和/或期间被输出。如果事故期间已经输出所有的飞行数据,甚至可以不需要回收飞行数据记录仪。
在此情况下,本发明进一步考虑基于卫星的通信***的各种性质。因此,当第一基于卫星的通信***的可用性减少时,可以经由第二基于卫星的通信***来继续飞行器/航天器数据的传输。
在附加的从属权利要求并且从参考附图的描述中可以发现有利的实施例和发展。
根据发展,第一基于卫星的通信***可以包括对地静止卫星。另外或者可替换地,第二基于卫星的通信***可以包括非对地静止卫星。
对于包括对地静止卫星的基于卫星的通信***,由于物理相关的原因,对地静止卫星需要垂直位于赤道上方。对地静止卫星在赤道上的同一位置保持不变。因此,对于位于地球表面上的固定点的观察者而言,对地静止卫星总是出现在天空中的相同位置。
为了与这种基于卫星的通信***的卫星通信,需要精确地对准该卫星。例如当在建筑物中调整天线时,这种情况通常只会发生一次。然而,如果飞行器/航天器经由包括对地静止卫星的基于卫星的通信***来使用基于卫星的通信,则飞行器/航天器中的天线需要在飞行期间进行重新调整。
由于包括对地静止卫星的基于卫星的通信***的卫星为了保持它们相对于地球的位置需要垂直位于赤道上方,所以极地冰盖上无法与这种基于卫星的通信***进行通信。由于包括对地静止卫星的基于卫星的通信***通常用于静止的应用,所以可用性在海洋上方也同样有限。
经由包括对地静止卫星的基于卫星的通信***的通信进一步增大了能量需求。在故障或难题的事件中,用于以下通信的通信***通常很快断开,其中的通信经由包括对地静止卫星的基于卫星的通信***。
然而,包括对地静止卫星的基于卫星的通信***的数据传输速率高并且能够用于低成本地从飞行器/航天器传输飞行器/航天器数据。
可以引用INMARSAT***作为包括对地静止卫星的基于卫星的通信***。
由于第一基于卫星的通信***所提供的高带宽,飞行器/航天器数据例如还可以被存储并且作为分组来进行传输。在此情况下,可以根据所期望的飞行器/航天器数据的时效性来选择分组的大小。通过选择较大的分组,可以进一步减小数据传输过程的间接(overhead)成本。
对于包括非对地静止卫星的基于卫星的通信***,卫星围绕地球运行。在此情况下,卫星相对地球运动。在此情况下,使用需要进行精确对准的单个卫星不会发生经由包括非对地静止卫星的这样的基于卫星的通信***的通信。然而,使用在任何给定时刻通过通信设备能够达到的交替卫星来进行经由包括非对地静止卫星的这样的基于卫星的通信***的通信。相应地省去例如引导天线和对准单独的卫星的步骤。
对于包括非对地静止卫星的基于卫星的通信***,可以将多个天线分组为单独的参与者,例如该天线照射单独的“小区(cell)”或区域,或者可以使用对应的具有多瓣特性的相控阵天线。在此情况下,区域或小区被调整为使得能够对准足够数量的卫星用于通信。
在这种基于卫星的通信***中,卫星可以形成它们自己的数据传输网络。由卫星接收的数据因此能够从卫星传输到卫星,例如直至卫星中的一个卫星将该数据传输到地球站为止。
由于非对地静止卫星不是处于相对于地球表面的固定位置,而是围绕地球运行,所以例如卫星还可以飞行在极地冰盖和海洋上方。由于足够密的卫星网络,能够在全球提供永久或者几乎永久的可用性。
由于与包括对地静止卫星的基于卫星的通信***相比具有基本不同的数据传输原理,包括非对地静止卫星的基于卫星的通信***实现较低的数据传输速率。然而,天线不需要指向卫星。因此,例如如果飞行器/航天器的当前方位或位置未知或者无法检测,数据传输仍然可以进行。
可以引用IRIDIUM***作为包括非对地静止卫星的基于卫星的通信***。
根据发展,当第一基于卫星的通信***完全可用时,飞行器/航天器数据可以经由第一基于卫星的通信***来传输,而当第一基于卫星的通信***的可用性有限时,飞行器/航天器数据可以经由第二基于卫星的通信***来传输。
如上面已经说明,通过包括对地静止卫星的基于卫星的通信***进行的通信只能以有限的方式进行,具体地,如果卫星覆盖飞行器/航天器的当前位置并且能够引导天线。
相比之下,通过包括非对地静止卫星的基于卫星的通信***进行的通信能够遍及几乎全球进行。另外,不必引导天线。在此考虑潜在较低的数据速率。
根据发展,可以基于与第一基于卫星的通信***102、202、302的连接质量的测量来确定第一基于卫星的通信***的可用性。
连接质量的测量可以包括例如信噪比、数据速率、信号功率等的测量。该测量例如可以是绝对测量或相对测量。如果连接质量落入预定阈值以下,可以切换到第二基于卫星的通信***用于进一步的通信。
根据发展,可以基于飞行器/航天器的当前位置来确定第一基于卫星的通信***的可用性。为此,可以提供例如描述第一基于卫星的通信***的覆盖范围的信息或卡片。如果飞行器/航天器靠近边缘区域,即从第一基于卫星的通信***的覆盖区域到非覆盖区域的过渡,作为预防措施,通信已经被切换到第二基于卫星的通信***。为此,例如还可以考虑飞行器/航天器的飞行方向。
根据发展,当飞行器/航天器处于异常状况时,飞行器/航天器可以经由第二基于卫星的通信***来传输。
飞行器/航天器的异常运行被理解为飞行器/航天器未处于正常运行的任何飞行状况。在飞行器/航天器的异常运行期间,例如可以发生紧急情况,该紧急情况使得更难控制飞行器/航天器或者无法进行控制,或者以另外的方式来限制飞行器/航天器。
根据发展,当飞行器/航天器处于异常状况时,只能够传输飞行器/航天器数据的选择。然而,这也可以总体上适用于经由第二基于卫星的通信***的数据传输。
如果通信切换到第二基于卫星的通信***,与第一卫星的通信***相比,所述***可以传输较少的数据是可能发生的。飞行数据的选择因此能够使得数据的子集经由第一基于卫星的通信***进行传输。在飞行器/航天器的紧急事件中,重要的是能够评价最新的数据。例如,选择因此可以尤其包括已存储的飞行器/航天器数据和来自飞行器/航天器的实时数据的混合。在此情况下,实时数据本质上与已存储的飞行器/航天器数据对应。然而,实时数据不被收集和存储,而是在捕获之后直接被传输。尽管如此,飞行数据记录仪中的存储当然可以进行。
根据发展,通信方法可以包括在飞行器/航天器的运行期间存储飞行器/航天器数据并且根据飞行器/航天器数据的时效性来传输飞行器/航天器数据。在此情况下,尤其首先传输最新的飞行器/航天器数据。
对于经由基于卫星的通信***的通信,飞行器/航天器数据对于可用的数据速率而言可能太大。因此,并不能传输所生成的所有飞行器/航天器数据。在这种情况下,有利地是首先传输最新的飞行器/航天器数据。例如,如果由于中央收集点请求较少的飞行器/航天器数据或者可用带宽增大,所生成的飞行器/航天器数据的数量减少,则也可以另外传输冗余数据。例如,如果天气状况对于基于卫星的通信有利,则可以提高可用带宽。
如果适当的话,上面提及的实施例和发展可以以任何方式进行组合。即使没有明确指示,本发明的其他可能的实施例、发展和实施方式也包括先前已经描述过的或者在关于实施例描述的本发明的特征的组合。特别地,本领域技术人员还将添加各个方面作为对本发明的特定基本形式的改进或补充。
附图说明
下面参考示意性的附图中所示的实施例来更详细地描述本发明,其中:
图1是根据本发明的通信方法的实施例的流程图;
图2是根据本发明的通信方法的另一实施例的流程图;
图3是根据本发明的通信***的实施例的框图;
图4是根据本发明的通信***的另一实施例的框图;以及
图5是根据本发明的飞行器/航天器的另一实施例的框图。
附图旨在便于进一步理解本发明的实施例。所述附图示出实施例并且与说明书共同用于说明本发明的原理和概念。参照附图可以发现其它实施例和所提及的许多优点。附图中的要素不一定相对彼此按比例示出。
在附图中,除非另有指示,在各种情况下,相同的元件、特征和组件具有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1和图2涉及方法的描述中,为了提供更好的理解提到图3至图5的附图标记。
图1是根据本发明的通信方法的实施例的流程图,该方法用于飞行器/航天器350的基于卫星的通信。
在该方法中,监视S1第一基于卫星的通信***102、202、302的可用性。
然后根据检测到的第一基于卫星的通信***102、202、302的可用性,经由第一基于卫星的通信***102、202、302或者第二基于卫星的通信***103、203、303来传输飞行器/航天器数据120、220。
如果第一基于卫星的通信***102、202、302的可用性有限,因而可以使用第二基于卫星的通信***103、203、303来传输数据。
飞行器/航天器数据120、220例如可以对应于飞行器/航天器中飞行数据记录仪通常存储的数据或者可以至少包括这种数据的选择。这种数据包括例如飞行数据,诸如飞行器/航天器的位置和方位、来自飞行器/航天器的驾驶舱或客舱的音频数据、来自飞行器/航天器的驾驶舱或客舱的图像数据等。
第一基于卫星的通信***102、202、302例如可以包括对地静止卫星205、305。当飞行器/航天器350的位置改变时,飞行器/航天器350中的天线212需要重新调整以便仍然对准相关的卫星。经由第一基于卫星的通信***102、202、302的通信在同时具有较高数据速率时能耗增加。第一基于卫星的通信***102、202、302例如可以是INMARSAT(国际海事卫星)***。
与第一基于卫星的通信***102、202、302相比,第二基于卫星的通信***103、203、303包括非对地静止卫星206、306。第二基于卫星的通信***103、203、303例如可以是IRIDIUM(铱星)***或IRIDIUM NEXT(铱星次代)***。
为了与非对地静止卫星进行通信,相关天线213被设计为同时覆盖多个区域。在此情况下,所覆盖的区域适合于特定***中的卫星分布。另外,这种天线213还可以用于例如与ELT(紧急定位发射器)***通信,该ELT***在紧急情况下用于确定或者传输位置并且经由被称为COSPAS-SARSAT(国际搜索与营救)卫星***的***进行通信。
图2是根据本发明的通信方法的另一实施例的流程图。
根据图2,在监视S1期间,可以基于与第一基于卫星的通信***102、202、302的连接质量的测量S5来确定第一基于卫星的通信***102、202、302的可用性。另外,可以基于飞行器/航天器350的当前位置来确定S6第一基于卫星的通信***102、202、302的可用性。在此情况下,例如不但可以使用飞行器/航天器350的当前位置,而且可以考虑飞行器/航天器的飞行方向和速度。
如果确定在OR运算O1所提供的两种方式中的一种方式中第一基于卫星的通信***102、202、302的可用性有限,则决策分支从E1到S4,其中使用第二基于卫星的通信***103、203、303来传输飞行器/航天器数据120、220。
相反,当第一基于卫星的通信***102、202、302完全可用时,飞行器/航天器数据120、220能够经由第一基于卫星的通信***102、202、302来传输S3。
在图4中,进一步存储S8飞行器/航天器数据120、220。在此情况下,飞行器/航天器数据120、220可以存储在飞行数据记录仪中,例如此飞行数据记录仪还可以输出该飞行器/航天器数据120、220用于传输。
在图2中,进一步监视E2飞行器/航天器的状况。如果在E2中确定飞行器/航天器350处于异常状况,则经由第二基于卫星的通信***103、203、303来传输S7飞行器/航天器数据120、220。不管在S5和S6中的评价如何,仅仅基于飞行器/航天器350的当前状况来做出这个决策。
图3是根据本发明的通信***100的实施例的框图,该通信***100用于飞行器/航天器的基于卫星的通信。
通信***100包括耦接到控制设备104的通信设备101。
通信设备101能够与第一基于卫星的通信***102通信并且能够与第二基于卫星的通信***103通信。另外,控制设备104能够监视第一基于卫星的通信***102的可用性。控制设备104然后根据第一基于卫星的通信***102的可用性,经由第一基于卫星的通信***102或第二基于卫星的通信***102来传输飞行器/航天器数据120。
图4是根据本发明的通信***200的另一实施例的框图。通信***200基于通信***100并且补充所述***。
根据图4,第一基于卫星的通信***202可以包括对地静止卫星205。使用这种***的通信只能在一定程度上进行,即无法遍布全球可行。相比之下,第二基于卫星的通信***203可以包括非对地静止卫星206。另外,在图4中提供了第三基于卫星的通信***207。第三基于卫星的通信***207是包括对应卫星208的ELT***。第一基于卫星的通信***202例如可以是INMARSAT***。第二基于卫星的通信***203例如可以是IRIDIUM(铱星)***或IRIDIUM NEXT(铱星次代)***。
通信***200包括两个天线212、213,用于与上述基于卫星的通信***202、203、207的通信。
第一天线212被设计为与第一基于卫星的通信***202进行通信。由于第一基于卫星的通信***202包括对地静止卫星,当飞行器/航天器的位置改变时,第一天线212需要进行重新调整以便仍然对准相关的卫星205。经由第一基于卫星的通信***202的通信在具有较高数据速率的同时能耗增加。
第二天线213用于与第二基于卫星的通信***203通信和第三基于卫星的通信***207通信。为了与非对地静止卫星206、208进行通信,天线213被设计为同时覆盖多个区域。在此情况下,所覆盖的区域适合于特定***中的卫星分布。在此情况下,第二天线213可以被设置为能够达到第二基于卫星的通信***203和第三基于卫星的通信***207两者的卫星206、208。
通信设备201对应地包括三个不同的卫星调制解调器209、210、211。第一调制解调器209用于经由第一基于卫星的通信***202进行通信。第二调制解调器210用于经由第二基于卫星的通信***203进行通信。最后,第三调制解调器211用于经由第三基于卫星的通信***207进行通信。在此情况下,由于第三调制解调器211不传输飞行器/航天器数据220,所以该解调器未耦接到控制设备204。
除了飞行器/航天器数据220以外,控制设备204还从存储器214接收紧急信号216。紧急信号216例如可以由飞行器/航天器***来生成,该飞行器/航天器***能够识别飞行器/航天器中是否存在紧急事件。例如,在正常飞行情况下,即不存在紧急事件,控制设备204可以经由第一基于卫星的通信***202来输出飞行器/航天器数据220。然而,如果存在紧急事件,转换(change-over)开关215可以将控制设备204转换到第二基于卫星的通信***203。由于与第二基于卫星的通信***203的通信能量密集型性较低,因此能够减少能耗。另外,不必重新调整天线212。如果飞行器/航天器的位置或方位以不受控制的方式改变,则也可以同时保持通信。
存储器220例如可以是飞行数据记录仪。
图5是根据本发明的飞行器/航天器350的框图,该飞行器/航天器350包括根据本发明的通信***300。通信***300只是示意性地被示出为存储器314、控制设备304和通信设备301。通信设备301能够与第一基于卫星的通信***302和第二基于卫星的通信***303以及ELT***307进行通信。
应当清楚的是,参考图3和图4所描述的根据本发明的通信***的每个实施例可以使用在飞行器/航天器350中。
在此情况下,控制设备尤其可以集成在ELT(紧急定位发射器)***中,并且对应的天线可以是ELT***的天线。
附图标记列表
100,200,300 通信***
101,201,301 通信设备
102,202,302 第一基于卫星的通信***
103,203,303 第二基于卫星的通信***
104,204,304 控制设备
205,305 对地静止卫星
206,208,306,308 非对地静止卫星
207,307 第三基于卫星的通信***
209,210,211 调制解调器
212,213 天线
214、314 存储器
215 转换开关
216 紧急信号
120、220 飞行器/航天器数据
350 飞行器/航天器
S1-S8 方法步骤
E1,E2 决策
O1 OR运算
Claims (15)
1.一种用于飞行器/航天器(350)的基于卫星的通信的通信方法,所述方法包括如下方法细节:
监视(S1)第一基于卫星的通信***(102,202,302)的可用性,以及
根据所述第一基于卫星的通信***(102,202,302)的可用性,经由所述第一基于卫星的通信***(102,202,302)或第二基于卫星的通信***(103,203,303)来传输飞行器/航天器数据(120,220)。
2.根据权利要求1所述的通信方法,其中所述第一基于卫星的通信***(102,202,302)包括对地静止卫星(205,305)和/或所述第二基于卫星的通信***(103,203,303)包括非对地静止卫星(206,208,306,308)。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的通信方法,其中当所述第一基于卫星的通信***(102,202,302)完全可用时,经由所述第一基于卫星的通信***(102,202,302)传输所述飞行器/航天器数据(120,220),并且当所述第一基于卫星的通信***(102,202,302)的可用性有限时,经由所述第二基于卫星的通信***(103,203,303)传输所述飞行器/航天器数据(120,220)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的通信方法,其中基于所述第一基于卫星的通信***(102,202,302)的连接质量的测量(S5)来确定所述第一基于卫星的通信***(102,202,302)的可用性。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的通信方法,其中基于所述飞行器/航天器(350)的当前位置来确定(S6)所述第一基于卫星的通信***(102,202,302)的可用性。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的通信方法,其中当所述飞行器/航天器(350)处于异常状况时,经由所述第二基于卫星的通信***(103,203,303)传输所述飞行器/航天器数据(120,220)。
7.根据权利要求6所述的通信方法,其中当所述飞行器/航天器(350)处于异常状况时,传输所述飞行器/航天器数据(120,220)的选择。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的通信方法,包括在所述飞行器/航天器(350)的运行期间存储(S8)所述飞行器/航天器数据(120,220),并且根据所述飞行器/航天器数据(120,220)的时效性来传输所述飞行器/航天器数据(120,220),其中首先传输最新的飞行器/航天器数据(120,220)。
9.一种用于飞行器/航天器(350)的基于卫星的通信的通信***(100,200,300),包括:
通信设备(101,201,301),其被设计为与第一基于卫星的通信***(102,202,302)和第二基于卫星的通信***(103,203,303)通信;以及
控制设备(104,204,304),其耦接到所述通信设备(101,201,301)并且被设计为监视所述第一基于卫星的通信***(102,202,302)的可用性;
其中所述控制设备(104,204,304)进一步被设计为根据所述第一基于卫星的通信***(102,202,302)的可用性,经由所述第一基于卫星的通信***(102,202,302)或所述第二基于卫星的通信***(103,203,303)来传输飞行器/航天器数据(120,220)。
10.根据权利要求9所述的通信***(100,200,300),其中所述第一基于卫星的通信***(102,202,302)包括对地静止卫星(205,305)和/或所述第二基于卫星的通信***(103,203,303)包括非对地静止卫星(206,208,306,308)。
11.根据权利要求9或10所述的通信***(100,200,300),其中所述控制设备(104,204,304)被设计为:当所述第一基于卫星的通信***(102,202,302)可用时,经由所述第一基于卫星的通信***(102,202,302)传输所述飞行器/航天器数据(120,220),并且当所述第一基于卫星的通信***(102,202,302)的可用性有限时,经由所述第二基于卫星的通信***(103,203,303)传输所述飞行器/航天器数据(120,220)。
12.根据权利要求9至11中的任一项所述的通信***(100,200,300),其中所述控制设备(104,204,304)被设计为基于所述第一基于卫星的通信***(102,202,302)的连接质量的测量来确定所述第一基于卫星的通信***(102,202,302)的可用性;和/或
其中所述控制设备(104,204,304)被设计为基于所述飞行器/航天器(350)的当前位置来确定所述第一基于卫星的通信***(102,202,302)的可用性。
13.根据权利要求9至12中的任一项所述的通信***(100,200,300),其中所述控制设备(104,204,304)被设计为当所述飞行器/航天器(350)处于异常状况时经由所述第二基于卫星的通信***(103,203,303)来传输所述飞行器/航天器数据(120,220),并且其中所述控制设备(104,204,304)尤其被设计为当所述飞行器/航天器(350)处于异常状况时传输所述飞行器/航天器数据(120,220)的选择。
14.根据权利要求9至13中的任一项所述的通信***(100,200,300),包括存储器(214,314),所述存储器(214,314)被设计为在所述飞行器/航天器(350)的运行期间存储所述飞行器/航天器数据(120,220),其中所述控制设备(104,204,304)被设计为根据所述飞行器/航天器数据(120,220)的时效性来传输所存储的飞行器/航天器数据(120,220),其中所述控制设备(104,204,304)被设计为首先传输最新的飞行器/航天器数据(120,220)。
15.一种包括根据权利要求9至14中的任一项所述的通信***(100,200,300)的飞行器/航天器(350)。
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