CN101156468B - 飞机通信系统和在便携式无线通信装置与地之间通信的相关方法 - Google Patents

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Abstract

一种飞机通信系统，包括：放置在飞机内的无线局域网(LAN)接入点，该无线局域网(LAN)接入点从至少一个便携式无线通信装置接收无线通信信号并向所述至少一个便携式无线通信装置发送无线通信信号。控制面板与所述无线局域网接入点可操作地连接并且被放置在飞机的驾驶舱内。通信收发器可利用所述控制面板和无线局域网接入点操作，并且可操作地在无线局域网接入点与地面收发器之间接收和发送信号。在一个非限制性的示例中可以使用所述控制面板从驾驶舱控制所述便携式无线通信装置与地面收发器之间的通信。

Description

飞机通信系统和在便携式无线通信装置与地之间通信的相关方法
技术领域
本发明涉及飞机通信领域，更具体地，涉及飞机空地通信系统和相关方法。
背景技术
2001年9月11日发生的悲惨事件引起了对航空执法的新认识。在2001年9月11日之前，大多数政府机构认为国内劫机是过去的事情。仅仅雇用了三十三名武装并受训的联邦空警(FAM)，主要保护选定的国际航班。由于缺少在不干扰现有通信设备或飞机操作的情况下可使用的标准执法通信设备，联邦空警是在无法与外界资源通信的情况下行动的。在这种认知下，9月11日的恐怖分子将目标对准了提供最少抵抗的国内航班。
目前，派遣了数千名联邦空警来通过保护商业航线以提高航空安全。令人遗憾的是，这些联邦空警依然在飞行期间保持孤立，并且不具备彼此、与机组人员或任何地面任务操作中心(MOC)(例如航线操作控制中心或联邦空警服务操作中心)进行无线且隐蔽通信的能力。保证联邦空警航空通信的一些尝试集中于使用SATCOM(卫星通信)链路，该链路包括Inmarsat(Aero-I和Aero-H)和Iridium。由于估计的每架飞机约250000美元的置购和安装费用，这些SATCOM解决方案的费用高得惊人。在将近8000架飞机的美国商用航线机群上安装这样的系统将非常昂贵。然而即使有着如此高的投资，这些解决方案中的一些也不能提供隐蔽的通信。
存在其它提议——使用AirFoneTM的空地电话系统以便在联邦空警的空地通信中为他们提供帮助，但是这种类型的通信系统是不可靠的而且不是无线的。其还要求将联邦空警束缚于座椅靠背电话，这危及联邦空警在航班中保持隐蔽的能力。其它提议的卫星通信和蜂窝系统需要昂贵的基础结构并且不是隐蔽和无线的。
美国专利6,676,078；6,725,035；和6,816,087中提出了其它提议。例如，′078专利公开了用于向座舱(cockpit)人员告警恐怖分子活动的方法和系统。FOB由航班乘务员佩戴。天线发送单元(ASU)位于客舱内，并且驾驶舱显示单元(CDU)位于飞机的驾驶舱内。航班乘务员可以经由ASU向CDU发送编码信号来向座舱发送告警信号，向座舱人员提供告警指示。CDU也可以向地面单元发送应答器(transponder)码和ACARS消息。该系统的操作与无线蜂鸣器系统相似。它由航班乘务员激活，甚至允许在驾驶舱(flight deck)人员的促使下将警报发送到地面。
在′087专利中，警告信号由航空服务员佩戴的便携式发射器发出，航空服务员驱使该发射器发送不干扰任何飞机的现有航空电子设备和导航设备的频率。位于驾驶舱内的接收器具有向机组人员告警的可听和可视的报警器，机组人员可以驱使无线电设备以预先选择的频率向地面发送告警信号，例如劫机码。
专利′035针对位于飞机中的蜂窝系统中继器(repeater)。垂直极化的信号从蜂窝基站(cell tower)发出以用于操作飞机。
与这些系统相关的一个共同问题是它们仅限于主要与驾驶舱通信，而不与航空资源连接以实现令人满意的空地通信或与ICE“紧急起飞(scrambling)”的飞机的通信，该飞机可能已紧急起飞以便拦截被劫持的商用客机。如果紧急起飞的飞机的驾驶员认为应当瞄准被劫持的飞机以防止诸如2001年9月11日发生的进一步灾难，则联邦空警与地面收发器或“紧急起飞”飞机之间的这样的通信对于防止灾难可能是重要的。
发明内容
鉴于上述背景，因此本发明的目的是提供一种飞机通信系统，该飞机通信系统可以提供空与地或者与“紧急起飞”飞机之间的隐蔽无线通信。
其它目标、特点和优点由本发明的不同非限制实施方案提供。依照一个非限制性的示例，在飞机内放置至少一个便携式无线通信装置，其典型地包括用于发送和接收通信信号的收发器，例如语音和/或数据无线通信信号。在一个非限制性的示例中，该装置可以是个人数字助理。无线局域网(LAN)接入点被放置在飞机内，并且利用所述至少一个便携式无线通信装置来接收和发送无线通信信号。控制面板与该无线LAN接入点有效连接并且位于飞机的驾驶舱内。通信收发器利用控制面板和无线LAN接入点进行操作，并且可操作地在无线LAN接入点与地面收发器之间接收和发送信号。在一个非限制性的示例中，至少一个便携式无线通信装置与地面收发器之间的通信信号典型地从驾驶舱使用控制面板来控制。
依照另一方面，无线LAN接入点可以形成为集成在所述控制面板内的通信模块。通信收发器也可以可操作地与紧急起飞的ICE飞机通信。该通信收发器还可以在由驾驶舱人员选择的频率下操作，以及在HF、VHF或UHF频带中操作。该通信收发器也可以用于卫星通信。
在又一方面，任务操作中心(MOC)，例如航线操作控制中心，可以向放置在飞机上的通信接收机发送通信信号并从其接收通信信号。MOC可以是联邦空警服务操作中心，其可以在与飞机或者航线操作控制中心的通信中操作，以便与放置在飞机内的便携式无线通信装置的用户进行通信。控制面板典型可以包括音频或视频告警，该音频或视频告警指示来自便携式无线通信装置的无线传输，以便将通信告警给机组人员。
在另一方面，便携式无线通信装置和无线LAN接入点可操作地发送和接收加密的基于因特网协议的语音(VoIP)无线通信信号。该便携式无线通信装置也可以包括仅当用户被正确识别时才允许操作通信装置的识别安全电路。例如，该识别安全电路可操作地利用生物测量学、智能卡ID或个人识别号码(PIN)来识别合法用户。该通信收发器还可操作地在约118-约135MHz(典型在飞机为空对地通信所使用的范围内)的VHF信道上发送和接收。
附图说明
当参照附图考虑本发明的详述时，本发明的其它目标、特点和优点将变得显而易见。
图1是飞机内部的示意平面图，显示了联邦空警和航班乘务员的位置，每个联邦空警和航班乘务员都具有与作为驾驶舱内的控制面板一部分的无线局域网(LAN)接入点通信的便携式无线通信装置。
图2是作为本发明的非限制性示例的飞机通信系统的方框图，显示了便携式无线通信装置、无线局域网(LAN)接入点、控制面板、通信收发器、航线操作控制中心和联邦空警服务操作中心这些基本部件。
图3是个人数字助理(PDA)的正视图，其包括用于显示飞机内部的显示器，和仅当用户被正确识别时才允许操作便携式无线通信装置的识别安全电路。
图4是作为本发明的非限制性示例的个人佩戴诸如PDA的便携式无线通信装置的示例。
具体实施方式
在下文中将参照附图更完全地描述本发明，其中显示了本发明的优选实施方案。然而，可以以许多不同形式实施该发明，并且不应认为本发明局限于本文所述的实施方案。相反，提供这些实施方案以便本公开变得详尽和完备，并且将向本领域的技术人员充分传达本发明的范围。在全文中相同的数字指代相同的要素，并且在可选的实施方案中，使用符号“′”来指示相似的要素。
图1显示了具有客舱12和驾驶舱14的飞机10的内部，并且显示了由参考标记FAM或FA指示的若干联邦空警和航班乘务员的位置。每个所例示的联邦空警和航班乘务员都随身携带有便携式无线通信装置16，该装置具有用于发送和/或接收无线通信信号的收发器17。在一个非限制性示例中，便携式无线通信装置16可以是个人数字助理(PDA)，例如作为非限制性示例的Hewlitt Packard IPAQ 6300系列装置。作为非限制性的示例，这些和相似的PDA装置可以利用无线局域网(WLAN)系统、全球移动通信系统(GSM)和通用无线分组业务(GPRS)进行操作。可以使用其它网络和系统。
如图1所示，无线局域网(LAN)接入点18位于飞机内，并且利用便携式无线通信装置16接收和发送无线通信信号，并且还提供局域网(LAN)能力。在一个非限制性的示例中，控制面板20与无线LAN接入点18可操作地连接，并且位于飞机10的驾驶舱14内并由驾驶舱人员控制。
在一个非限制性的示例中，该控制面板20可以是作为位于驾驶员和副驾驶员之间的标准设备的音频控制面板的一部分，虽然驾驶舱14的其它区域可以具有放置于其中的控制面板。
空地通信收发器22，例如对于许多商用飞机常见的ARINC收发器，利用控制面板20和无线LAN接入点18进行操作，并且可操作地在无线LAN接入点和作为例如任务操作中心一部分的地面收发器23之间接收和发送通信信号。在一个非限制性的示例中，机组人员可以通过控制面板20从驾驶舱14控制飞机中的便携式无线通信装置16与地面通信接收器之间的通信，然而这种从驾驶舱的控制不是必需的。
在一个非限制性的示例中，该系统和方法提供隐蔽、无线的通信能力，并且可以使用加密且无线的基于因特网协议的语音通信从客舱12中的任何位置向其他机上联邦空警、航班乘务员或携带便携式无线通信装置的其他机务成员、或位于任务操作中心(例如航线操作控制中心30)的地面人员通信，而后者可以通过无线LAN线路、电话或者其它已知通信系统与联邦空警服务操作中心，例如该非限制性示例中的MOC 32(图2)进行通信。
无线LAN接入点18可以形成为集成在控制面板内的通信模块。典型地，利用这种结构，可以在定期夜间维护操作期间在飞机中安装该通信模块，而无需将飞机调离营运。无线LAN接入点18也可以形成为无线且隐蔽的收发器模块，并且可以包括如图2中所示的用于音频输入和输出的电路18a、中央处理单元18b和WLAN收发器18c。该通信模块也可以包括作为半双工通信装置操作的任何头戴式耳机连接、接地连接和可以利用便携式无线通信装置操作的麦克风按讲(PTT)电路。
应当理解的是，便携式无线通信装置16并不限于个人数字助理(PDA)，但PDA技术提供了诸如观察器屏幕(例如LCD屏幕16a)的优势，可以在该屏幕中显示飞机的内部布局，以及如图3所示的所显示的其它联邦空警的位置，示出了其它空警所在的行号和座位字母。此外，具有视频、声音或数据能力的个人数字助理可以准许在联邦空警和联邦空警服务任务操作中心32之间进行不同的通信。
在一个非限制的方面中，通信收发器22可以是在VHF下操作的ARINC收发器，但应当理解的是，收发器22可以在HF、VHF、UHF或其它频率下操作，并且可以在需要的SATCOM频率下操作。在一些实施方案中，可以存在两个允许插入头戴式耳机和麦克风插孔的抽头连接器。该通信收发器还可以在驾驶舱人员选择的频率下操作，以便联邦空警、航班乘务员或其它个人之间的使用便携式无线通信装置的通信不会干扰其它飞机通信。作为WLAN接入点18一部分的WLAN收发器18c可以与作为收发器22一部分的ARINC接口连接。在一个非限制性的示例中，可以利用约118.00至约135.00MHz的航空操作控制(AOC)VHF信道进行通信。
在一个方面，使用便携式无线通信装置16的任何联邦空警、航班乘务员或其它个人可以具有获悉态势，例如通过如图3所示的客舱布局显示器或者通过与其它空警或MOC的数据或语音通信。便携式无线通信装置16可以是蓝牙装置，并且可以包括用于隐蔽操作的无线耳塞。其可以在半双工模式下操作并且具有按讲(PTT)电路。便携式无线通信装置16的用户可以控制语音信道，将该装置设置在发送模式。所述的这些装置的示例可以是PDA，但也可以是在一端具有按钮的笔或者是袖子上的有线麦克风，并且甚至利用PDA装置操作。图4例示了具有便携式无线通信装置16的联邦空警50，该便携式无线通信装置安装在髋部并且连接到小型发射器16b中，该发射器向隐蔽耳塞16c发送信号。隐蔽麦克风插孔16d允许发送语音信号。
另外，如果要为航班乘务员配给任何便携式无线通信装置16，那么为安全性目的，每个装置可以包括识别安全电路16c(图3)，仅当用户被正确识别时该识别安全电路才允许操作装置16。该识别安全电路16e可以通过生物测量学、智能卡片ID 16f或个人识别号码(PIN)的输入来操作。
通信收发器22和控制面板20可以如下方式操作，即，需要来自机组人员的人工干预。可以在控制面板20(图2)上使用听觉或视觉告警20a来通知机务成员，指示产生了来自便携式无线通信装置16的无线传输，从而将无线LAN接入点18连接到通信收发器22与通信装置16之间的通信中，并且选择合适的通信频率，例如VHF信道上的约118到约135 MHz的频率。应当理解的是，便携式无线通信装置的选定用户，例如联邦空警，可以具有自动系统控制，其允许自动实现便携式无线通信装置16和地面收发器之间的通信，例如，作为一个非限制性的示例，通过控制面板而无需机组人员驱动或其它干预。
在另一个非限制性的示例中，从便携式无线通信装置16通信的联邦空警可以要求驾驶舱内的机组成员调频到特定的频率，作为一个非限制性的示例，例如VHF频带中的128.15MHz。航班调度员可以在紧急通信信道上监视这些通信，和/或联邦航空管理局(FAA)监视这些通信。根据系统设计，可能要求机组人员进行人工干预以建立与飞机上的联邦空警的空地通信。在上文所述的其它实施方案中，为了获得语音路径这可能是不必需的。
还应当理解的是，与便携式无线通信装置16一起使用的任何头戴式耳机和麦克风，以及任何电接口可以由FAA技术标准规程(TSO)C57或C58定义，其阐述了期望飞机通信系统的阻抗、以及发送和接收元件。此外，每个便携式无线通信装置16可以具有选定的呼叫地址，例如PDA屏幕上显示的ID区块16g，其允许联邦空警被另一个联邦空警(或其它用户)或被MOC直接呼叫，这类似于呼叫传统的电话号码。可以将识别便携式无线通信装置的特定号码在地面通信网络上广播，并且飞机中的特定通信装置可以向用户发出可视或可听告警，指示期望与该用户通信。
在一个非限制性的示例中，通信收发器还可以操作以与紧急起飞的飞机(例如紧急起飞的移民与海关执法(ICE)飞机)通信，该飞机被派遣以拦截被劫持的飞机，在该被劫持的飞机上驻扎有便携式无线通信装置的联邦空警或航班乘务员。因此，隐蔽通信甚至变得更加必要，并且联邦空警与“紧急起飞”的ICE飞机之间的安全、高速的无线网络通信链路是期望的。应当理解的是，在大多数情况下，最小限度的隐蔽通信是期望的，但是与紧急起飞的飞机的通信要求更高的安全性。例如，在一个非限制性示例中，期望经安全类型1加密的无线网络通信，例如通过使用由Harris Corporation of Melbourne，Florida提供的SecNet 11系列产品。
SecNet 11装置可以包括用于无线基础结构支持和有线网络接入的无线桥接器，包括经类型1加密的安全无线LAN(SWAL)。可以使用的其它装置包括SecNet 11或者SecNet 11加PC卡，该PC卡可以连接到便携式或固定的计算机中。这些类型的卡是经类型1加密的无线网络接口卡，它们经NSA认证多达(up to)或包括任何类型的加密和秘密信息。例如，可以使用一些无线桥接器在飞机内提供独立的通信网络，或者作为单个网络操作并允许类型1的安全的点到无线通信。还可以将无线桥接器配置为无线接入点以便为不同的无线通信装置和其它SecNet 11无线站(例如转换至便携式计算机中的PC卡)提供连接性。这可以允许有线网络和其它用户和无线站之间的通信。
如果需要，无线网络还可以从飞机扩展，并且可以配置多个桥接器作为接入点并且放置于飞机各处。还可以使用无线网络漫游和10-based-T以太网(803.3)网络连接配置、不同登录配置、和利用基于网络的浏览器或SNMP的通信。一些装置可以利用PCMCIA形式因子(form factor)构成并且通过将数据(COMSAT)加密并使用源和目的地地址(NETSUC)来通信。通信也可以基于IEEE 801.11(b)标准和部分NSA商用COMSAT评估程序(CCEP)。另外，除用于传送秘密等级数据或基于IP的语音(VoIP)和视频的NSA类型1加密算法(如BATON)以外，系统可以结合有加密和展布频谱电路，例如Harris Sierra 1加密模块和Intersil Prism Chipset。该系统还可以在2.4GHz ISM频带下操作并且使用具有不同操作系统(OS)平台支持和Windows版本的自组织及基础结构模式。可以使用另外的操作系统驱动程序，例如Windows XP、Pocket PC和Linux。
显然，所描述的系统具有许多部件并且可以包括对联邦空警、航班乘务员或便携式无线通信装置的其它用户的选择性呼叫，并且允许地与空之间的通信，例如与作为航线操作控制中心一部分的任务操作中心(MOC)或与例如位于Reston，Virginia的联邦空警服务任务操作中心通信。该系统可以提供与Homeland Security SurveillanceDetection System(SDS)的连接，并且包括数据和视频应用。例如，即使利用更常规的低比特速率的VHF通信，也可以容易地上载驱动程序许可或其它更受限的信息。加密的基于因特网协议的语音(VoIP)通信是典型的，其提供了隐蔽通信。该系统还可作为频率转换器操作，并且可以使用与例如上文所述的任何现有的飞机通信系统的半双工基带音频接口，包括飞机上的任何HF、VHF、UHF和全球卫星通信系统。可以从任务操作中心选择性地呼叫联邦空警。

Claims (8)

1.一种飞机通信系统，包括：
位于飞机内的便携式无线通信装置，该便携式无线通信装置包括用于发送和接收无线通信信号的收发器；
放置在飞机内的无线局域网接入点，该无线局域网接入点利用所述便携式无线通信装置来接收和发送无线通信信号；
与所述无线局域网接入点可操作地连接并且放置在飞机的驾驶舱内并由驾驶舱人员控制的控制面板，其中所述无线局域网接入点被集成在控制面板内；和
通信收发器，其利用所述控制面板和无线局域网接入点进行操作，并且可操作地在无线局域网接入点和地面收发器之间接收和发送通信信号，其中所述控制面板进一步包括：可听或可视的告警电路，其指示便携式无线通信装置的用户正在发送信号到无线局域网接入点，并且希望与驾驶舱的机组成员进行通信；以及按讲电路，用于启动便携式无线通信装置的用户与驾驶舱之间的通信，其中，从驾驶舱使用所述控制面板对所述便携式无线通信装置与所述地面收发器之间的通信进行控制，并且该通信需要控制面板处的来自任何驾驶舱人员的人工干预，以及其中，便携式无线通信装置与通信收发器之间的通过无线局域网接入点的通信是在驾驶舱内的控制面板处激活可视告警电路之后驱动的。
2.根据权利要求1所述的飞机通信系统，其中所述无线局域网接入点包括集成在所述控制面板内的通信模块。
3.根据权利要求1所述的飞机通信系统，其中所述通信收发器可操作地与紧急起飞的ICE飞机通信。
4.根据权利要求1所述的飞机通信系统，其中所述通信收发器包括HF、VHF或UHF收发器之一。
5.根据权利要求1所述的飞机通信系统，进一步包括任务操作中心，其向放置在飞机上的通信收发器发送通信信号并从其接收通信信号。
6.根据权利要求1所述的飞机通信系统，其中所述无线局域网接入点可操作地发送和接收依照基于因特网协议的语音的通信信号。
7.一种在飞机与地面之间进行通信的方法，该方法包括：
在放置于飞机内的无线局域网接入点与放置在飞机内的便携式无线通信装置之间发送通信信号；
在地面通信收发器与飞机上的通信收发器之间发送通信信号，所述飞机上的通信收发器可操作地与所述无线局域网接入点连接；和
经由位于驾驶舱中的包括被集成在内的所述无线局域网接入点的控制面板来控制向所述便携式无线通信装置和地面收发器和飞机上的通信收发器发送通信信号以及从便携式无线通信装置和地面收发器和飞机上的通信收发器接收通信信号，其中所述控制面板进一步包括：可听或可视的告警电路，其指示便携式无线通信装置的用户正在发送信号到无线局域网接入点，并且希望与驾驶舱的机组成员进行通信；按讲电路，用于启动便携式无线通信装置的用户与驾驶舱之间的通信，其中，从驾驶舱使用所述控制面板对所述便携式无线通信装置与所述地面收发器之间的通信进行控制，并且该通信需要控制面板处的来自任何驾驶舱人员的人工干预，以及其中便携式无线通信装置与通信收发器之间的通过无线局域网接入点的通信是在驾驶舱内的控制面板处激活可视告警电路之后驱动的。
8.根据权利要求7的方法，进一步包括将所述无线局域网接入点作为通信模块集成在控制面板内。
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