CN113412588B

CN113412588B - 从飞行器上搭载的对象向连接对象的网络传输数据的方法

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Publication number: CN113412588B
Application number: CN201980079108.5A
Authority: CN
Inventors: N·范东; P-J·蒂内; E·库蒂里耶
Original assignee: Safran Electronics and Defense SAS
Current assignee: Safran Electronics and Defense SAS
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2019-10-29
Publication date: 2022-12-30
Anticipated expiration: 2039-10-29
Also published as: WO2020089562A2; FR3087901B1; US11362731B2; FR3087901A1; US20220014260A1; WO2020089562A3; CN113412588A; EP3874619B1; EP3874619A2

Abstract

本发明涉及一种用于从飞行器(1)上搭载的对象(6)向连接对象的网络(4)的服务器(3)传输数据的方法，所述方法包括：如果检测出飞行器(1)在飞行，由对象(6)将数据发送(108)到用于与地面进行通信的飞行器(1)的航空无线电通信设备(10)，并由航空通信***(10)将数据传输到地面站(2)，以便随后由地面站(2)将数据再传输到服务器(3)；如果检测出飞行器(1)没有在飞行，在不通过飞行器(1)的航空无线电通信***(10)的情况下，由对象(6)将数据发送(116)到服务器(3)。

Description

从飞行器上搭载的对象向连接对象的网络传输数据的方法

技术领域

本发明涉及连接对象领域。

本发明具体涉及一种从飞行器上搭载的对象向连接对象的网络传输数据的方法，以及实现该方法的***。

背景技术

使用飞行器上搭载的连接对象已经变得普及。

一些连接对象具有获取数据的功能，所述数据提供关于飞行器的部件的状况的信息。该数据旨在传输到连接对象的网络。

连接对象通过发送与有关网络兼容的格式的无线电信号，将其数据传送到连接对象的网络，即，属于该网络的服务器可以获取这些信号并从中提取数据。

当包括连接对象的飞行器位于地面上时，这种到连接网络的传输一般不会产生任何问题。

然而，当飞行器在飞行时，如果对象在连接对象的网络的范围之外，则这种传输可能变得劣化，甚至变得不可能。

然而，非常重要的是，某些数据(例如，指示飞行器是否处于危急状态的数据)能够连续地传输到连接对象的网络，特别是当飞行器在飞行时。

发明内容

本发明的目的是确保从飞行器上搭载的对象到连接对象的网络的数据传输的连续性。

为此目的，根据本发明的第一方面，提供了一种用于从飞行器上搭载的对象向连接对象的网络的服务器传输数据的方法，所述方法包括以下步骤：

·如果检测出飞行器在飞行，由对象将数据发送到用于与地面进行航空无线电通信的飞行器的航空无线电通信设备，并由航空通信***将数据传输到地面站，以便随后由地面站将数据再传输到服务器，

·如果检测出飞行器没有在飞行，在不通过飞行器的航空无线电通信***的情况下，由对象将数据发送到服务器。

根据本发明的第一方面的方法还可以包括以下特征，所述特征单独地或以组合的形式(当在技术上可行时)采用。

优选地，该方法包括由飞行器上搭载的运动传感器获取飞行器相对于地面的运动测量值，当运动测量值超过预定阈值时，检测出飞行器在飞行。

优选地，所述阈值S具有适于在飞行器的滑行阶段内越过的值。

优选地，运动传感器包含在对象中。

优选地，运动传感器包括加速度计和/或陀螺仪和/或线速度传感器。

优选地，当检测出飞行器在飞行时，对象以第一无线电信号将数据发送到飞行器上搭载的接收器，并且接收器经由诸如有线类型的飞行器的局域网将数据传输到航空无线电通信设备。

优选地，以如下信号发送数据：

·当检测出飞行器在飞行时，以第一频率的第一无线电信号发送数据，

·当检测出飞行器没有在飞行时，以第二频率的第二无线电信号发送数据，所述第二频率不同于第一频率。

优选地，当检测出飞行器在飞行时：

·如果数据的值超过了预定阈值，则将数据发送到航空无线电通信设备,

·否则，由对象将数据存储在存储器中，然后一旦检测出飞行器不再在飞行，就在不通过飞行器的航空无线电通信***的情况下将数据发送到连接对象的网络的服务器。

优选地，所述数据由连接对象的传感器获取，并且是：

·飞行器的部件中的温度或压力，该部件例如为起落架的轮胎、机舱或短舱，或者

·指示飞行器的设备是打开还是关闭的信息，所述设备例如是通向飞行器的发动机的整流罩，或者

·物理测量值，其使得能够监测设备的使用、状态或磨损状态，例如：液压、电压、安培数、飞行器的设备的元件的位置、飞行器的设备的元件的方向、飞行器的金属元件的偏斜。

优选地，连接对象的网络是LPWAN类型的，例如LoRaWAN或Sigfox。

根据本发明的第二方面，还提供了一种用于向连接对象的网络的服务器传输数据的***，所述***旨在搭载于飞行器上，所述***包括对象和航空无线电通信设备，其中：

·所述对象配置为如果检测出飞行器在飞行，则将数据发送到航空无线电通信设备，

·所述航空无线电通信设备配置为将由对象发送的数据传输到地面站，以便随后由地面站将数据再传输到服务器，

·所述对象进一步配置为如果检测出飞行器没有在飞行，则在不通过飞行器的通信***的情况下将数据发送到服务器。

附图说明

通过下面仅是说明性的而非限制性的、并且必须参照所附附图来阅读的描述，本发明的其它特征、目的和优点将变得明显，在所附附图中：

·图1示意性地示出了包括根据本发明的实施方案的传输***的飞行器以及地面站和连接对象的网络；

·图2是根据本发明的实施方案的用于传输数据的方法的步骤的流程图。

在所有附图中，相似的元件具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示意性地示出了飞行器1、地面站2、服务器3和连接对象的网络4。

飞行器1例如是飞机或直升机。

服务器3可以经由连接对象的网络4访问。服务器3能够接收来自不同连接对象的数据。

地面站2例如能够经由网络4或经由独立于网络4的链路(例如，经由因特网)向服务器3传输数据。

连接对象的网络4是LPWAN类型的，例如LoRaWAN或Sigfox。LPWAN类型的网络特别有利，因为其可以用于在非常大的范围内(例如，高达40公里)、以发射对象消耗非常低功率的方式发送和接收很小尺寸的消息。

飞行器1包括用于向连接对象的网络4传输数据的***。

用于传输数据的***包括对象6、无线电接收器8和航空无线电通信设备10。

无线电接收器8布置在飞行器1中，以接收由对象6发送的特定无线电信号。这些信号将在下文中讨论。

航空无线电通信设备10配置为飞行器1在飞行时与地面站2通信。航空无线电通信设备10本身是已知的。

航空无线电通信设备10例如配置为通过卫星(例如，Satcom、Gatelink)与地面站2通信。

航空无线电通信设备10例如配置为发送Ku频带(从12GHz到18GHz的微波频带)的无线电信号。

无线电接收器8经由飞行器1的局域网(例如，有线局域网，通常为ARINC类型)连接到航空无线电通信设备10。

对象6包括适于获取相对于地面的运动测量值的至少一个运动传感器12，例如加速度计和/或陀螺仪和/或线速度传感器。

对象6进一步包括至少一个第二传感器14，该第二传感器14适于获取旨在传输到连接对象的网络的数据。以下传感器可以用作第二传感器14：

·温度或大气压传感器，其提供关于飞行器1的部件(例如，起落架的轮胎、机舱或甚至存放在机舱中的容器)中的温度或压力的数据；

·传感器，其布置为提供指示飞行器1的设备是打开还是关闭的数据，所述设备例如是通向飞行器1的发动机的整流罩；

·GPS/GNSS接收器，其基于由卫星发送的导航信号而提供关于对象6的位置的数据，并且因此，如果假定对象6附接到飞行器1或其相对于飞行器1的运动是可忽略的，则必然提供关于飞行器1的位置的数据；

·物理测量传感器，其使得能够监测设备的使用、状态或磨损状态：液压、电压、安培数、设备的元件的位置、设备的元件的方向、金属元件的偏斜。

对象6进一步包括记录器16，所述记录器16配置为在其存储器中存储由第二传感器14或每个第二传感器14提供的数据。

对象6进一步包括用于与同样搭载在飞行器1上的无线电接收器8通信的第一通信接口18。第一通信接口18例如包括无源RFID标签。例如，RFID标签允许对象6的参数化。

第一通信接口18配置为发送第一频率F1的无线电信号。

第一频率优选为国际频率。第一频率例如为2.4GHz或包含在4.2至4.4GHz范围内的频带中。

对象6进一步包括用于通过无线电与网络4通信的第二通信接口20，假设该网络在范围内。第二通信接口20包括无线电天线和用于以第二频率F2调节要经由天线发送的信号的频率的天线上游的频率滤波器。

第二频率F2与第一频率F1不同。

第二频率F2通常包含在ISM频段中。第二频率F2例如包含在863MHz至928MHz范围内的频带中；例如，第二频率F2等于868MHz。

第二通信接口20配置为发送符合EUROCAE ED-14E/RTCA DO-160E规范(任何版本)第21节、H类的无线电信号。

对象6还包括处理单元22。处理单元22例如包括至少一个处理器。

处理单元22的一个功能是基于将在下文描述的逻辑来控制通信接口18和20。

对象6还包括用于向对象6之前的部件供电的电池(未示出)。优选地，电池是根据ETSO C142a(欧洲技术标准规定，非充电锂单体电池和锂电池组)规范的非充电锂电池。

参考图2，一种方法包括以下步骤。

对象6的第二传感器14获取数据(温度、压力等)，该数据旨在传输到连接对象的网络4的网络(步骤100)。

获取的数据存储在记录器16的存储器中(步骤102)。

处理单元22执行旨在确定传输***所搭载的飞行器1是否在飞行的测试。

为了执行该测试，运动传感器12获取相对于地面的运动数据M(步骤104)。

处理单元22将该运动数据与例如由记录器16存储在其存储器中的预定阈值S进行比较(步骤106)。

当运动数据M大于预定阈值S时，处理单元22认为飞行器1在飞行。

当运动数据M不大于预定阈值S时，处理单元22认为飞行器1没有在飞行。

与第二传感器14相关的阈值S选择为大于该传感器14的测量噪声。

当阈值S为加速度时，其值大于传感器的测量噪声(以g为单位)。

当阈值S为角速度时，其值大于传感器的测量噪声(以弧度/秒为单位)。

此外，优选地，阈值S具有适于在飞行器1的滑行阶段内越过的值。例如，对于阈值S，可以选择在10km/h与50km/h之间的速度值，或者可以选择在0.4G与0.7G之间的加速度值。

所执行的测试可以使用分别与不同传感器14相关的多个阈值，在这种情况下，针对所涉及的每个第二传感器14执行比较步骤，根据所进行的比较的相应结果来做出关于飞行器是否在飞行的决策。即使传感器14的其中一个发生故障，使用多个传感器也可以使测试能够正常进行。

例如，有利的是，使用陀螺仪和加速度计作为传感器14，将陀螺仪获取的速度与速度阈值进行比较，将加速度计获取的加速度与加速度阈值进行比较，并根据这两个比较来做出关于飞行器是否在飞行的决策。

如果飞行器处于水平飞行状态，则仅用加速度计无法感知到任何运动。因此，最好也检查没有横滚运动，以避免传感器在飞行途中不适时地进入地面模式。

如果检测出飞行器1在飞行，则执行以下步骤(图2的左侧部分)。

处理单元22命令对象6经由第一通信接口18发送第一无线电信号(该信号携带存储在记录器16的存储器中的数据)，第一无线电信号的频率等于先前定义的第一频率F1(步骤108)。

第一无线电信号由飞行器1搭载的无线电接收器8获取。然后，无线电接收器8经由飞行器1的局域网将数据传输到航空无线电通信设备10(步骤110)。

然后，航空无线电通信设备10例如经由Satcom、Gatelink或其他***向地面站2传输数据(步骤112)。

这里可以观察到，当检测出飞行器在飞行时，数据在飞行器的局域网内传输。这样做的优点是由对象1发送的数据的值可以立即通知给机组人员(例如，飞行器1的飞行员)。如果机组人员注意到数据具有异常值，则机组人员可以因此尝试对其进行补救。例如，如果由对象1传输的数据是飞行器机舱中的温度，该温度的结果过高，则飞行员可以立即命令降低所涉及机舱的温度。

此外，当检测出飞行器1在飞行时，处理单元22命令禁用第二通信接口20，使得其不以频率F2发送任何无线电信号。

该禁用的目的是避免违反与飞行器的信号发送有关的某些规定。例如，每当飞行器在飞行时，就不再知道其地理位置。例如，不再允许飞行器以868MHz频率(ISM欧洲频率)发送，该频率在美国领土上被禁止使用。

然后，地面站2将地面站2已经接收到的信号中包含的数据传输到服务器3。为此，地面站2例如发送与连接对象的网络4兼容的LPWAN无线电信号，例如LoRaWAN或Sigfox格式的无线电信号(步骤114)，使得该信号通过连接对象的网络4到达服务器3。在一个变型中，地面站经由另一个链路(例如，因特网类型的链路)将该数据传输到服务器3。

根据前面的描述，由地面站2发送的该无线电信号的频率是第二频率F2。

当设备在飞行时，对象6可能位于连接对象的网络4的范围之外。这就是为什么当飞行器1在飞行时，通过飞行器1的航空无线电通信设备10传输的数据能够确保至连接对象的网络4的数据传输的连续性。

如果检测出飞行器1没有在飞行，则处理单元22命令经由第二通信接口20发送第二无线电信号(该信号携带存储在记录器16的存储器中的数据)，第二无线电信号的频率等于先前定义的第二频率F2(步骤116)。

第二无线电信号与连接对象的网络4兼容，使得该网络的元件能够感测到该信号，而不需要通过飞行器1的无线电通信设备传输数据，并且使得其内容传输到服务器3。

对于要传输到连接对象的网络4的多个数据重复上述步骤。优选地，通信接口18或20在持续时间不超过3秒的周期内连续发送携带由对象6连续获取的数据的无线电信号。

应当注意，步骤108至114的执行可以以要传输的数据的值为条件。

因此，处理单元22可以对数据进行分析(步骤107)，并在数据具有已超过预定阈值的值的条件下触发步骤108，以第一频率F1发送无线电信号中的数据。

这种数据发送的条件使得可以在不消耗航空无线电通信设备10与地面站2之间的链路的大量带宽的情况下向服务器3通知飞行器内部发生的异常现象。

用作数据发送的条件的阈值通常是获取数据的可接受值的区间的边界值。

例如，5℃至20℃的范围是飞行器某些部件的可接受温度范围。

如果数据具有包含在可接受值的区间中的值(换句话说，该值还没有超过由该区间的边界值之一形成的阈值)，则该数据被保存在记录器16中，并且一旦检测出飞行器没有在飞行中，才进行该数据的传输。因此，即使该数据是在飞行器飞行期间由对象6获取的，也经由步骤116传送该数据。将数据发送到地面站2消耗航空无线电通信设备处的带宽，该航空无线电通信设备当然用于携带除来自对象6的数据之外的其他数据。因此，为触发步骤108设置该条件的优点在于，其使得可以在航空无线电通信设备处的带宽消耗与安全性之间获得良好的折衷。

在前述方法中使用的阈值S具有适于在飞行器的滑行阶段内越过的值这一事实具有几个优点。首先，该值使所述方法符合称为CTD(货物跟踪设备)的FAA AC 91.21-1C§8法规。

本发明不限于附图中所示和前面描述的实施方案。具体地说，本发明可以是其他实施方案的主题。

在图1所示的实施方案中，使用两个单独的通信接口分别以第一频率(第一通信接口18)和第二频率(第二通信接口20)发送无线电信号。在一个变型中，对象6可以仅包括一个用于发送这两种类型的信号的通信接口。这种共享通信接口可以包括联接到频率调制器的天线，所述频率调制器配置为以第一频率或第二频率调节由天线发送的无线电信号的频率。例如，STM公司销售的SX1280型号可以用作频率调制器。

此外，无线电接收器8是可选的。对象6可以经由飞行器1的有线局域网连接到无线电通信设备，或者换言之，对象6可以是飞行器1的有线局域网的一部分。然而，这将对对象6施加严格的制造限制，因为飞行器1的局域网是严格管制的。这就是为什么使用无线电接收器8作为对象6与航空无线电通信设备10之间的网关的原因，其优点是避免这种限制成为对象6本身的负担。

对于使用对象中包括的运动传感器来实现对飞行器1是否在飞行的检测不是强制性的。

运动传感器可以被设想为在对象外部，但这将使传输***的结构复杂化。

此外，对飞行器是否在飞行的检测可以使用除运动传感器以外的其他手段来实现，例如高度计。然而，运动传感器的优点在于其可以在加压环境(例如，飞行器1的机舱)工作，而高度计并非如此。

Claims

1.一种用于从飞行器(1)上搭载的对象(6)向连接对象的网络(4)的服务器(3)传输数据的方法，所述方法包括以下步骤：

由对象(6)中包含的运动传感器(12)获取(104)飞行器(1)相对于地面的运动测量值(M)，当运动测量值(M)超过预定阈值(S)时，检测出飞行器(1)在飞行，

如果检测出飞行器(1)在飞行，由对象(6)将数据发送(108)到用于与地面进行航空无线电通信的飞行器(1)的航空无线电通信设备(10)，并由航空无线电通信设备(10)将数据传输到地面站(2)，以便随后由地面站(2)将数据再传输到服务器(3)，

如果检测出飞行器(1)没有在飞行，在不通过飞行器(1)的航空无线电通信设备(10)的情况下，由对象(6)将数据发送(116)到服务器(3)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阈值(S)具有适于在飞行器(1)的滑行阶段内越过的值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述运动传感器(12)包括加速度计、陀螺仪和线速度传感器的至少一个。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，当检测出飞行器(1)在飞行时，对象(6)以第一无线电信号将数据发送到飞行器(1)上搭载的接收器(8)，并且接收器(8)经由飞行器(1)的有线局域网将数据传输(110)到航空无线电通信设备(10)。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，当检测出飞行器(1)在飞行时，以第一频率(F1)的第一无线电信号发送(108)数据，或者当检测出飞行器(1)没有在飞行时，以第二频率(F2)的第二无线电信号发送(116)数据，所述第二频率不同于第一频率。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，当检测出飞行器在飞行时：

-如果数据的值超过了预定阈值，则将数据发送到航空无线电通信设备(10)，

-否则，由对象(6)将数据存储在存储器中，然后一旦检测出飞行器不再在飞行，就在不通过飞行器(1)的航空无线电通信设备(10)的情况下将数据发送(116)到连接对象的网络(4)的服务器(3)。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述数据由连接对象(6)的传感器获取，并且所述数据为：

飞行器(1)的部件中的温度或压力，该部件为起落架的轮胎、机舱或短舱，或者

指示飞行器(1)的设备是打开还是关闭的数据，或者

物理测量值，其使得能够监测设备的使用或状态。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，连接对象的网络(4)是LPWAN类型的。

9.一种用于向连接对象的网络(4)的服务器(3)传输数据的***，所述***旨在搭载于飞行器(1)上，所述***包括对象(6)和航空无线电通信设备(10)，其中：

所述对象(6)包括运动传感器(12)，所述运动传感器(12)配置为获取飞行器(1)相对于地面的运动测量值(M)，当运动测量值(M)超过预定阈值(S)时，检测出飞行器(1)在飞行，

所述对象(6)配置为如果检测出飞行器(1)在飞行，则将数据发送到航空无线电通信设备(10)，

所述航空无线电通信设备(10)配置为将由对象(6)发送的数据传输到地面站(2)，以便随后由地面站(2)将数据再传输到服务器(3)，

所述对象(6)配置为如果检测出飞行器(1)没有在飞行，则在不通过飞行器(1)的航空无线电通信设备(10)的情况下将数据发送到服务器(3)。