专利名称：具有需求模式的自动航空器飞行数据传输和管理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及自动航空器飞行数据传输和管理系统，更特别地，涉及可在包含但不限于航空器处于潜在的或经确认的紧急情况的情况的情况期间在自启动或手动启动需求 (demand)模式中操作的数据获取、存储和传送系统。
背景技术：
现代的航空器配有产生被机组人员和航空器的飞行和引擎控制系统用于操作航空器的数字数据和计算机产生的消息的广泛的感测和自诊断能力。该数据对于飞行后分析也是有用的，因此被存储于一般称为飞行数据记录器(FDR)的电子装置中，该电子装置包含称为迅速存取记录器(QAR)的一类FDR。大多数的商用航空器和许多的军用航空器具有在飞行数据记录器(FDR)上记录飞行数据的管理要求。存储于FDR中的飞行数据可被用于回顾评价飞行操作，并且还尝试确定异常飞行条件或事故的原因。在所有的情况下，仅通过与FDR (或QAR)物理连接或从中取下记录介质、或者通过短程无线数据传送在完成飞行之后进行存储的FDR数据的检索。 当出现事故时，调查组尝试恢复FDR并分析存储于FDR中的飞行数据。一般认为，记录到 FDR的数据足以允许再现事故前的事件。但是，在一些情况下，FDR会在物理上受损，从而导致不能从FDR检索记录的飞行数据。如果航空器在诸如大的水域或遥远的陆地区域的不可接近的位置坠毁，或者，如果航空器已在坠毁中粉碎，那么可能不能定位或检索物理FDR。如果FDR受损到不能从FDR检索飞行数据的程度，或者，如果FDR自身不能被定位，则没有给事故调查者留下用于理解事故周围的环境的飞行数据。由于存储于物理FDR上的数据仅在飞行之后物理地检索所述装置或其数据存储元件之后才是可用的，因此，在航空器仍处于飞行中时，它对于分析、相关机组人员指导和紧急响应计划没有价值。在共有的美国专利No. 7206630中，描述了允许在普通的事件过程中获取飞行数据的飞行数据传送系统。飞行数据被格式化并被加入通过使用诸如卫星调制解调器的通信系统传送的电子邮件中。但是，没有提供紧急情况或希望与特定时间段有关的更详细的数据的情况下的数据累积和传送。
发明内容
应当理解，对于本领域技术人员来说，从以下的详细的描述，本发明的其它方面将变得容易想得到，其中，通过示例表示和描述本发明的各种实施例。在一个方面中，本发明可包含通过使用包含数据表和指令组的机载(airborne) 数据处理单元从航空器向地面站点服务器传送飞行数据的方法，该方法包括(a)在正常状态的操作中，获得并分析来自航空器的飞行数据并且周期性地产生并向地面站点服务器传送包含飞行数据的概要的概要文件；以及(b)响应于预先定义的触发事件，进入需求状态并且获得来自航空器的飞行数据和周期性地向地面站点服务器传送飞行数据，其中，数据传送速率比在正常状态中大。
在一个实施例中，触发事件可以被自启动，或者触发事件可被手动激活。在一个实施例中，所述方法是自动的。在一个实施例中，在需求状态中，与在正常状态中相比，数据的传送更频繁并且/或者更多的数据被传送。在一个实施例中，在需求状态中传送的数据被更有效地配置以允许在有限的带宽使用中传送更多的数据，或者使传送更大量的数据时的带宽使用最小化。 在另一方面中，本发明可包含用于向地面服务器站点传送数据的航空器数据传送系统，该系统包括具有以下方面的机载数据处理单元(a)操作为获得来自航空器的飞行数据的数据获取模块；(b)操作为向地面服务器站点传送数据的通信模块；(c)包含数据表和指令组的存储器；(d)处理单元，所述处理单元在操作上与所述数据获取模块、所述通信模块和所述存储器连接并且根据指令组操作为i.当在正常状态中时，获得、分析和存储来自航空器的飞行数据并且周期性地产生并通过使用通信模块向地面站点服务器传送包含多个飞行数据的概要的概要文件；和ii.当在需求状态中时，响应于预先定义的或用户启动的触发事件，自动获得来自航空器的飞行数据并且通过使用通信模块向地面站点服务器周期性地传送飞行数据。在一个实施例中，所述系统还包含接收并识别数据传送的兼容的预先编程的地面服务器站点。在又一方面中，本发明可包括上面具有用于被数据处理单元执行以实施上述的方法的语句和指令的计算机可读存储器。
参照附图，其中，类似的附图标记在这几个图中表示类似的部分，在附图中详细地作为例子而不是限制示出本发明的几个方面，其中图1是第一实施例中的飞行数据获取、处理和通信系统的示意图；图2是本发明的一个实施例中的卫星网络的示意图；图3是在飞行数据获取系统的一个实施例中使用的数据处理的框图；图4是在一个实施例中使用的地面服务器配置的框图；图5是表示数据处理单元的操作的两个模式的状态图；图6是正常状态期间系统的操作的方法的流程图；图7是样本飞行数据报告；图8是样本引擎趋势数据报告；图9是需求状态期间系统的操作的方法的流程图；以及图10是在需求状态情况期间接收飞行数据之后的地面站点的操作的方法的流程图。
具体实施例方式以下关于附图阐述的详细的描述意图作为本发明的各实施例的描述，而不是要表示发明人仅设想了所述实施例。详细的描述包含用于提供本发明的全面理解的具体细节。 但是，本领域技术人员可以理解，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明。本发明提供航空器数据传输和管理系统。在一个实施例中，所述系统是完全自动的并且是用户可配置的。当描述本发明时，这里定义的所有术语具有它们的通常的本领域认可的含义。如这里使用的那样，“飞行数据”意味着可在航空器的操作期间感测或记录的任何操作或性能参数、或者变量。飞行数据可包含但不限于日期和时间、位置、压力、海拔高度、 空速或地速、垂直加速度、磁航道、控制栏位置、脚蹬位置、控制轮位置、控制表面位置和移动、燃油流动、由机上系统产生的故障消息、摄影图像、以及视频或音频记录。飞行数据还可包含飞行数据的衍生和表现。如这里使用的那样，“机载数据”或“机载数据处理单元”指的是一般但总不是包含于单个物理封装中的集成航空电子系统，该集成航空电子系统包含用于飞行数据的监视和获取(捕获)、飞行数据的机上存储、飞行数据的选择性处理的电子部件和软件，以及用于通过卫星通信链接或其它的空对地通信方法发送飞行数据和消息的子集并且通过这种链接从基于地面的服务器接收消息、数据和其它的指令的通信模块。如这里使用的那样，“电邮”或“电子邮件”指的是通过计算机网络从一个计算装置向另一个传送的离散的消息。电子邮件可包括可包含简单文本(ASCII)文件或具有其它标准或专用格式的计算机可读文件的附件。电子邮件客户机和服务器的结构和功能在现有技术中是公知的。如这里使用的那样，“SMS”指的是可在无线电、蜂窝、陆线和其它的网络上实现的一般称为“文本消息”的短消息系统。概括而言，如图1和图2所示，本发明的系统包括安装于航空器(10)中的航空器数据处理单元(1 。还与系统相关的是有效和安全地与数据处理单元(1 通信并且还可用作信息门户的地面站点服务器(14)以及可位于远程的至少一个用户工作站(16)。 在一个实施例中，地面站点服务器(14)以确保数据传送的安全性、通过减少消息开销 (overhead)增加数据传送的效率并且验证各传送的接收以增加总体系统可靠性的方式与机载数据处理单元耦合。数据处理单元(1 包含数据表和指令组，与各种航空器数据总线和/或其它数据源连接，并且累积飞行数据。如常规上在商用航空中实施的那样，该飞行数据中的一些或全部可被并行存储于航空器(10)中的飞行数据记录器中。地面站点服务器(14)接收飞行数据并将其存档，并且优选可自动向系统的指定用户提供数据报告。被授权的用户可通过具有优选为安全连接的因特网访问的工作站(16)通过使用包含一般包含于界面中的数据分析软件的工具查询(query)数据。并且，被授权的用户(16)可通过处于适当位置的适当的安全措施向机载处理单元(12)发送指令，以通过修改掌控原始数据、经处理的数据或来自其它机上系统的消息的获取、处理和传送的数据表和/或指令组来重新配置该单元。但是，基于地面的用户在任何时候都不能向机载系统发送可被中转到航空器上的其它系统的指令。换句话说，所述系统将不允许基于地面的用户控制或修改航空器的操作或性能的任何方面。在一个实施例中，如图1和图2所示，数据处理单元(1 和远程服务器(14)之间的通信方法包含使用包含于作为数据单元(1 的一部分的通信模块(36)中的卫星调制解调器(18)、由对于与网关06)和因特网08)或其它的计算机网络链接的地面卫星接收器04)的卫星群构成的卫星网络0 的卫星链接系统。卫星群可包含多个地球同步卫星或低地球轨道卫星。在一个实施例中，尽管可以使用任何适当的卫星网络，但是，卫星网络 (22)可以是Iridium 系统。在一个实施例中，设置多个天线以在航空器的任何取向中向选择的通信网络提供适当的链接。在航空器处于稳定但异常的海拔高度或者处于不稳定状态下的情况下，这会是重要的。在陆地地面接收站点处于航空器的范围内的情况下，通信模块(36)还可包含适当的无线电(诸如但不限于VHF)，并且具有检测这种通信信道的可用性的手段以及可导致它选择这种信道以用于数据通信的内含的规则。如图3所示，在一个实施例中，作为数据处理单元(12)的一部分，包含全球定位系统(GPQ接收器(52)。在本领域中，众所周知，GPS接收器(5 从GPS卫星(3 接收无线电信号并且计算航空器(10)的位置、海拔高度和速度。在一个实施例中，数据处理单元(1 包含三个物理互连模块。数据获取模块(34) 是与航空器系统的主要接口，并且允许通过数据处理单元(12)获得飞行数据，包括记录于飞行数据记录器上的所有数据。通信模块(36)包含诸如卫星或蜂窝调制解调器的通信装置(18)，并且任选地包含诸如VHF无线器收发器的其它的无线电收发器。控制模块(38)控制数据获取模块(34)和通信模块(36)并且处理飞行数据并将其存储于存储器(6 。单元(12)还包含接收航空器电力并且如果必要的话将其转换成低电压以供给到数据获取单元的电路的电源单元GO)。在一个实施例中，电源单元GO)与数据获取模块(34)组合并且向数据处理单元 (12)的部件提供适当的条件电力。电源单元GO)可与任何航空器电力总线(未示出)连接。任选地，与航空器主要或紧急总线(未示出)连接的备用电力输入可在航空器在数据操作或传送步骤期间停电的情况下提供备用电源。第二输入可被配置为在设定的时间段之后暂停(timeout)以防止航空器电池的消耗(draining)。数据处理单元(12)还可由与航空器(10)的电气系统无关的自备式电源(未示出)供电，以允许在可在紧急情况下出现的失去航空器电力的事件中实现系统的延续和连续的操作。数据获取模块(34)包含至少一个与航空器的FDR总线接口的数据读取器模块 02)。优选地，数据读取器模块G2)能够读取诸如在现有技术中公知的ARINC 573或717 格式、用于现有的航空电子设备单元之间的通信的ARINC 4 的标准航空格式的数据。可以实现诸如军用标准或专用格式的其它的数据格式。另外，所述单元可包含离散的输入模块(44、46)和服务于数据总线以外的独立GPS数据源。如这里使用的那样，离散的输入是来自不是现有的数据总线的一部分的源的任何输入。离散输入传感器(44、46)的例子可包含手动触发按钮或开关、舱门开关、诸如检测襟翼的升降的各单个仪表或飞行控制换能器。 并且，优选的实施例可包含允许连接诸如膝上型计算机、手持或平板计算机的计算装置、电子飞行包等的串行端口接口 G8)或类似的连接(诸如以太网)。在一个实施例中，设置 RS-422或RS232或具有RS 232适配器接口和多个以太网端口的RS 422，以允许与另一计算装置连接。另外，可以使用诸如Bluetooth 或Zigbee 的无线个人局域网络，以在单元(12)和其它计算装置之间提供连接。航空器识别模块(50)提供航空器特有的标识符型号。标识符信号可包含关于航空器的制造商、型号和系列的信息以及序列号或识别所涉及的特定的航空器的其它信息。除了包含卫星调制解调器(18)或其它的无线电频率通信装置以外，通信模块 (36)还可包含GPS接收器(52)，用于在航空器不具有GPS接收器的情况下使用或者用于在航空器GPS接收器失效或丢失包含GPS数据的数据总线上的电力的情况下提供独立的GPS 数据源。该自包含的GPS数据源可由处理器和通信模块的备用电池支撑，并且可在导致坠毁的无可挽救的坠毁事件中唯一地提供航空器的连续跟踪和精确定位。在一个实施例中，通信模块并入包含GPS接收器的卫星调制解调器(18)。可在商业上得到适当的卫星调制解调器。虽然使用Iridium 的实现对于在其它卫星和视线无线电通信系统的地理覆盖极限外面操作的航空器提供全球覆盖并可因此是希望的用于通信的实现方式，但是，由通信模块(36)实现的特定通信模式不是本发明必不可少的。数据获取模块(34)和通信模块(36)均与用作对于数据获取模块(34)的主控制器的数据存储和控制模块(38)通信。数据存储和控制模块(38)被配置为控制和监视数据获取模块(34)，执行任何需要的计算或转换、将数据格式化为报告并且将报告、处理的数据和原始数据存储于存储器中。数据存储和控制模块还与后面描述的GPS和通信模块(36) 通信并且控制它，以处理定位信息并且传送报告和数据。在一个实施例中，在机上数据上操作的数据表和逻辑处理指令(指令组或ELA)均被预先编程并且驻留于数据存储模块(1 中或数据处理模块(1 的非易失性存储器中。 可通过从航空器数据源发送用于记录新的、附加的或不同的数据参数的指令通过地面站点 (14)由被授权的用户(16)修改数据表和ELA。并且，或者作为替代的方案，被授权的用户可改变处理或传送航空器数据或者实现这两个方面的方法(逻辑)。可以在航空器飞机时执行该远程重新编程，对于基于地面的个人正帮助机组人员检修故障的情况，或者当希望关于特定的异常问题的广泛的数据时，这会是特别有益的。注意，重要的是，在优选的实施例中，这种对于数据和逻辑表的访问必须限于机载数据单元(12)，并且，不允许超出所述单元而影响航空器上的其它系统。在图3所示的一个实施例中，微处理器子系统包含具有非易失性只读存储器的处理单元(60)和随机存取存储器(6 。逻辑器件(64)提供附加的存储器和周边解码电路。 另一逻辑器件(66)提供与诸如Compact Flash 存储器或其它的类似的存储器介质的外部存储器卡的缓冲和连接。场可编程门阵列(FPGA) (68)提供将用于处理器(60)的信息解码的ARINC总线信息。维护访问端口(70)是用于软件更新和数据传送的外部串行接口。在一个实施例中，维护访问端口可包括标准RS232端口以及可在RS 232,RS 422和RS 485模式之间选择的端口。也可以使用诸如以太网的高速协议。可通过用适当的软件编程的通用计算机、固件、微处理器或多个微处理器、可编程逻辑器件或本领域技术人员已知的其它的硬件或者硬件和软件的组合，实现数据存储和控制模块(38)或者数据单元(12)模块中的任一个。本发明也可采用诸如光盘(即，DVD、 CD-ROM等)、硬盘、便携式存储器设备(即，闪存USB键等)的计算机可读存储器或具有可被诸如通用计算机的数据处理单元(1 使用以实施这里描述的方法的语句和指令的其它适当的计算机可读存储器的形式。图3所示的模块的框图是本发明的实施例的例子，并且不欲以任何方式限制要求保护的本发明。数据处理单元(12)能够获得来自航空器的飞行数据以及来自GPS接收器(52)的位置信息，并且以对于卫星网络02)的数据传送或一系列的数据传送或其它的空对地数据传送模式发送该信息。一般地，数据传送采取电子邮件、SMS消息或一系列的电子邮件或 SMS消息的形式。从数据处理单元(12)到卫星网络02)的数据传送从卫星网络02)被传送到卫星地面站点(M)，通过因特网( )、私人计算机网络、虚拟私人网络(VPN)或者通过公共交换电话网络通过网关(26)被路由到地面站点服务器(14)。当可以使用诸如VHF无线电或Ku Band stacom的空对地通信的替代形式时，例如，控制模块(38)可对于某时间段选择替代模式作为所选择数据的优选路由，可事先将其准则编程。图4示出本发明的一个实施例中的地面站点服务器(14)的框图。地面站点服务器(14)可包含多个模块以及甚至用于接收和管理从数据处理单元(1 接收的信息的甚至单独的处理器和计算机设备。来自数据处理单元(1 的数据文件传送可通过一般接收模块(200)被接收，并且进入地面站点服务器(14)中。所述一般接收模块(200)可以是允许输入到基于地面的服务器(14)的细的接口，并且可被用于通过地面卫星接收器04)和网关06)以及其它的源从数据处理单元(1 接收数据。一般接收模块(200)可操纵与机载数据处理单元(12)和其它系统的通信协议和握手信息交换(handshaking)，操纵所接收的消息的初步处理并且提供用于基于地面的服务器(14)的单个接口。在一个实施例中，一般接收模块(200)可驻留于与在基于地面的服务器(14)上运行的其它应用无关的其自身的硬件平台上。—旦由地面站点服务器(14)通过一般接收模块(200)接收信息，则可以提供数据分析和动态存储模块(20 ，以分析从数据处理单元(1 接收的数据并将数据转换成其它用户限定的格式。数据分析和动态存储模块(20 可利用描述如何在从数据处理单元(12) 接收的文件内构建所有的飞行数据和从数据处理单元(1 接收的其它数据的标准航空器配置数据库。数据分析和动态存储模块(20 还可将这些值分解成一系列的工程参数，从而应用任何逻辑和数学运算以产生可用形式的有意义的数据。另外，数据分析和动态存储模块Q02)能够动态地基于预先定义的类别在适当和预先定义的类别和位置中存储数据。被数据分析和动态存储模块(20 分析和分类的数据可被存储于数据库009) 中，以供存储和后面的检索。应用软件(204)可驻留于地面站点服务器(14)上，或者处于远程用户工作站(16) 上，该远程用户工作站(16)然后可被用于从概要数据产生数据报告。这些报告可然后被传送到适当的用户(诸如通过电子邮件或安全文件传输协议(FTP(S))。应用软件(204)还可包含用于调度并产生报告、验证产生的报告的内容、完成并格式化报告等的软件。如本领域技术人员公知和使用的那样，它还可包含用于误差处理、安全管理、监视服务、系统管理等的软件。地面站点服务器(14)还可包含可被用于构建、格式化消息并通过使用各种不同的传输技术(例如，电子邮件、文本消息、预记录电话呼叫等)向第三方路由各种不同格式的消息的传输模块(209)。传输模块(209)可允许地面站点服务器(14)通过使用各种网络和无线技术向第三方传送概要报告、紧急警告和其它的报告或通知。可以设置任选的文本消息模块008)以配置由传输模块(209)传输的专用或非标准格式的消息。
在一个实施例中，传输模块(209)还可被配置为传输指令以修改或改变驻留于机载单元(1 上的数据参数或指令组。用户(16)可通过站点(21 访问应用软件(204)和 /或存储于数据库O09)中的之前填好的数据表，并且，导致存储于数据库O09)中的指令被传输到机载单元(12)。地面站点服务器(14)也可执行网络服务器012)的功能。网络服务器(21 可提供客户和第三方界面可借以访问地面站点服务器(14)的网络站点014)。例如，用户(16) 可通过网络站点(214)在因特网08)上从数据处理器件(1 访问通过地面站点服务器 (14)获得的数据。用户(16)还可通过网络站点(214)观察各种概要报告和其它的信息并且执行各种服务。还可设置网络服务模块011)以允许客户和第三方界面安全地从地面站点服务器(14)取得数据。数据处理单元(12)被配置为在至少两种模式中操作。在一个实施例中，图5示出状态图，所述状态图示出数据处理单元(1 的操作的不同的模式或状态。在航空器不处于潜在需求情况的正常条件下，数据处理单元(12)在正常状态(302)中操作。在正常状态 (302)中，数据处理单元(1 获得飞行数据和数据处理单元(1 可从航空器接收的其它的数据，分析/解释该飞行数据并且存储/收集飞行数据。该收集/存储的飞行数据可被编辑成文件并以用户限定的周期性间隔或者按命令被发送到地面服务器(14)。当出现需求触发事件(306)时，数据处理单元(1 可进入其数据传送速率和强度被增加的需求状态 (304)。数据传送的增加可以是包含更多的数据、多频繁的数据传送、或者更多数据和更频繁传送的组合。触发事件(306) —般指示航空器(10)处于用户限定或用户命令的需求状态、或者潜在紧急情况或实际紧急情况，并且，数据处理单元(1 可因此在需求状态(304) 中改变其操作。如果紧急情况被解决或者用户不再希望需求模式操作，则可以使用解除触发(308)以使数据处理单元(1 回到正常状态(302)。图6示出一个实施例中的由处于正常状态(302)中的数据处理单元(12)实现的方法(100)的流程图。当数据处理单元(12)通电(101)时，GPS接收器被初始化(102)， 并且，数据处理单元(1 进入待机/监视模式。在待机/监视模式中，所有的输入被监视 (104)并与存储于非易失性存储器中的规则数据库相比较。规则数据库限定触发数据处理单元(12)的某些功能的航空器数据条件或事件。规则数据库可被存储于数据存储和控制模块(38)中的存储器中。可通过通信链接(18)向机载数据处理单元(1 的数据处理和存储模块(38)发送适当的指令的被授权的地面用户可更新所述规则数据库；例如，事件可导致数据处理单元(1 创建数据文件(106)。另一事件可导致数据处理单元(1 开始将数据(108)记录到新创建的文件或者将数据附加到现有的文件。数据文件可包含飞行数据记录器文件(FDR文件，所述飞行数据记录器文件包含所有相关飞行数据)或仅包含某些输入的概要数据的概要文件。另一事件可导致数据处理单元(1 关闭数据文件(110)，然后， 可以在可去除的存储器介质(11 上存储所述文件的拷贝。又一事件可指示数据处理单元 (12)创建包含有限的一组飞行数据的关键参数或随时间记录的飞行数据的参数的概要的概要文件(114)。然后，可通过卫星网络02)或其它无线传送技术立即或在随后的时间通过电子邮件(116)将概要文件传送到地面站点服务器(14)。本领域技术人员可以理解，规则数据库中的规则的定义使得能够定制要被存储和传送的数据文件以及可由用户产生和操纵的概要报告。例如，规则可被配置，使得对于飞行时间、块时间(block time)和航空器位置、引擎开始和关闭时间、在用于趋势监视的各种条件下的引擎性能数据、引擎性能限制和超过报告、辅助电力单元(APU)使用(循环和运行时间)的标准报告、用于趋势监视的APU性能数据、以及每次飞行每个引擎的燃料使用等创建概要报告。另外，报告可对于Out、Off、On、^i(OOOI)时间产生，提供用于各种操作和质量保证程序的操作数据，或者对于用于用户限定的限制监视特定航空器系统和报告超过。如上所述，被授权的用户(16)可通过基于地面的服务器(14)向航空器单元(14) 发送修改指令来修改在数据处理单元(1 中操作的规则数据库或指令组。“创建文件”事件可与监视模式同时发生，并且可在向单元(1 施加电力时立即被触发。可通过航空器引擎的开始或另一飞行前事件限定“记录数据”事件。“关闭文件”事件将导致数据以FDR文件或概要文件或两者的形式被写入可去除存储器介质或者通过无线传送被传送。“关闭文件”事件可被通知诸如跑道触陆或航空器引擎关闭的飞行结束的事件触发。作为替代方案，“关闭文件”事件可通过航空器机组人员的手动选择或者通过地面人员或者例如通过指示异常航空器条件的一组数据条件在飞行期间出现。根据希望的数据，概要文件的创建和传送可在飞行期间的任何时间或者在飞行终止时发生。以上的“事件”的例子中的每一个仅是要例示规则数据库的应用，不是要限制可在本发明中实现的可能的规则和事件。另外，这些事件可与将数据处理单元(12)置于需求状态(304)中的触发事件(306)不同。在一个实施例中，概要数据文件是诸如二进制文件或文本文件的机器可读文件。 可任选地通过使用任何适当的加密方法将概要数据文件加密。优选地，只能通过在文件的加密之上提供附加的安全层的驻留于地面服务器(14)上的唯一(unique)软件读取概要文件。概要文件优选限于航空器标识符、从更大的飞行数据组选择的数据值和可封装于小于约1千字节并且更优选小于约100字节的紧致(compact)文件中的数据标识符。概要文件可然后诸如通过附件被加入电子邮件消息中。重新参照图1，在优选实施例中，数据处理单元(12)包含可在选择的通信系统上通过使用常规的方法存储、发送或接收电子邮件的电子邮件客户机程序或电子邮件软件。 电子邮件客户机程序还可与移动计算连接，使得来自地面服务器(14)或来自与地面服务器(14)连接的任何电子邮件服务器的电子邮件可通过移动计算装置被转送到航空器机组人员。作为替代方案，或者，另外，数据处理单元可包含存储、发送或接收文本消息的SMS模块。以这种方式，可以向航空器机组人员传送建议和其它的消息。通过使用方法(100)，数据处理单元(120)可从航空器(10)接收飞行数据、自动分析该飞行数据以产生总结飞行数据的小部分的概要报告并且周期性或者按照命令向地面站点服务器(14)发送所述概要报告。周期性可意味着不时地以规则的速率或者不规则的速率。在一个实施例中，概要报告可以第一速率被发送。该概要报告可被存储于地面站点服务器(14)中，并且/或者诸如通过电子邮件被发送到可能关注的人以将航空器(10)的相关参数通知给他们，或者将与飞行数据的参数的理想值或理想值的范围不同的飞行数据的参数通知给他们。从包含于电子邮件传送中的数据产生的样本飞行数据报告可如图7所示的那样被格式化。在图8中示出样本引擎趋势数据报告。本领域技术人员可以理解，可以实现数据呈现的许多其它的形式和格式。如在本领域中公知的那样，来自数据处理单元(12)的数据传送从卫星网络02)被传送到卫星地面站点(M)，并且通过因特网( )、私人计算机网络、虚拟私人网络(VPN) 或者通过公共交换电话网络通过网关06)被路由到地面站点服务器(14)。在一个实施例中，捕获、处理和存储机上数据、周期性或基于规则的数据和消息传送、地面接收、记录、处理和对于最终用户的分发的整个过程被完全一体化和自动化，从而不需要人的介入，并且在从端到端地例如15秒或更少的相对较短的时间段中被实施。重新参照图5，如数据处理单元(12)在正常状态(302)中操作并且出现需求触发事件(306)，则数据处理单元(1 将进入需求模式(304)。需求触发事件(306)可源自可指示航空器(10)处于异常状态或潜在紧急情况的任何多个条件。例如，需求触发事件(306) 可以是通过航空器上的机组人员的成员或其它人员的需求模式(304)的手动激活、通过监视航空器(10)的操作的地面用户(16)的需求模式(304)的手动激活、或者数据处理单元 (12)在分析收集的飞行数据的同时对需求准则或潜在紧急情况的自动检测。需求触发事件(306)可以是航空器(10)上的手动激活触发。机组人员的成员或航空器上的其它被授权的人员可诸如通过按压按钮或者激活位于飞行甲板上或航空器的其它区域的开关启动需求触发事件。以这种方式，当航空器上的人员获知在航空器(10)上出现的包含航空器的疑似问题或劫机的潜在的紧急情况时，即使数据处理单元(1 没有基于飞行数据的分析确定出现潜在紧急情况，需求状态的手动触发也可将数据处理单元(12) 的操作转换成需求状态(304)。需求触发也可以是在地面上从地面服务器(14)出现并且通过卫星网络02)被传送到数据处理单元(1 的手动激活指令。登录到地面服务器(14)的被授权的用户可识别目标航空器(10)并且向航空器(10)中的数据处理单元(12)传送激活需求状态命令，从而从地面将数据处理单元(12)置于需求状态(304)。类似地，在一个实施例中，一旦已通过上述的手段中的任何手段激活，则就只有地面上的被授权的人员可去活需求模式。作为替代方案，可在从航空器源(10)获得的飞行数据的检索和分析期间由数据处理单元(1 自动确定需求状态触发事件(306)。当数据处理单元(1 从航空器(10) 接收飞行数据时，它可同时根据存储于机载处理单元上的内含的规则分析该飞行数据。如果该飞行数据中的任一个的定量值(包含参数的组合)落在基于规则的阈值之外或为指示航空器(10)处于异常或潜在紧急状态的值，则数据处理单元(10)将其视为需求状态触发事件(306)，并且，数据处理单元(1 的状态将变为需求状态(304)。以这种方式，数据处理单元(1 可在没有人的介入的情况下基于被分析的飞行数据自动地检测可能的紧急情况，并自动进入需求状态(304)。这些导致需求状态的启动的自动检测的条件可包含被数据处理单元(1 分析的飞行数据的任何参数指示航空器(10)存在异常或潜在紧急情况的情况。例如，可被用作需求触发事件(306)的典型的飞行数据参数可包含对于选择的时间段高于或低于选择的温度的引擎排出气体温度(EGT)；对于预先定义的时间段高于预先定义的温度的涡轮间温度 (ITT)；对于选择的时间段高于或低于选择的阈值的引擎低压转子速度(Ni)；对于选择的时间段低于选择的速率的燃料流速(FF)；对于选择的时间段高于或低于选择的阈值的引擎压力(EPR)；或者可指示诸如引擎失效的严重的故障的参数的一些其它的变化；或海拔高度、姿态、空气速度或机舱压力的突然改变。上述的列表仅提供例子，而不意欲以任何方式构成限制。
作为自动需求状态触发条件(306)，也可使用表示航空器倾覆或异常飞行操作的参数或参数的变化或参数的组合。例如，可以被用作需求状态触发事件(306)的飞行数据的其它的参数可包含测量的大于规定度数的斜度或超过每秒规定度数的倾斜速度；大于规定的度数的测量翻转(measure roll)；大于每秒规定度数的测量偏航角速度(measure yaw rate)；大于规定速度的指示的空气速度(IAS)；小于规定的速度的指示的空气速度 (IAS)；停转(stall)警告激活；被激活的操纵杆震颤；机舱减压；和被数据处理单元(12) 分析的可能指示倾覆或异常飞行状态的飞行数据的任何异常值或指示。通过仅向地面服务器(14)周期性传送嵌入数据处理单元(12)中的规则对于各正常和异常状态指示的概要的数据处理单元(1 的飞行数据的连续的检索、分析、解释和存储可在航空器(10)的正常操作期间被用户视为足够。一般地，地面人员在航空器(10)的正常操作期间不需要航空器(10)的广泛的飞行数据。在正常状态(302)中，数据处理单元 (12)连续地检索、分析和存储要被编辑成特别相关飞行数据的概要报告的飞行数据或随时间的飞行数据的参数，并且以第一速率周期性将该概要报告传送给地面服务器(14)。信息的周期性传送和飞行数据的明显减少的部分的传送可减少所需要的卫星网络02)的带宽和相关的成本，同时在航空器经受正常操作条件时仍向地面人员提供足够量的信息。在所有的情况下都传送是处于正常模式还是需求模式、航空器的位置、海拔高度和空气速度。但是，在航空器处于潜在或确认紧急情况时，或者，出于可由地面或飞行人员确定的其它原因，地面人员尽可能快地具有可用的许多飞行数据常常是关键的。在航空器处于异常状态并且/或者飞行人员关于航空器功能或控制具有困难时，如果以及时的方式使得该数据可用，则该数据可向地面的人员提供可中转给机组人员的有价值的洞察，或者，在事故的情况下，可提供与航空器的位置相关的有价值的信息并且解释导致坠毁的事件。该能力允许前摄地警告地面人员航空器出现的潜在紧急情况。当传送数据的带宽和成本不是问题时，它还可允许他们在异常或潜在紧急情况期间从航空器接收更完整的飞行数据组，并且在需要时连续地从航空器接收该飞行数据。机组人员启动需求状态的其它的非紧急原因可包括飞行中故障检修、进行中的训练飞行的监视、或者评价出入特定的机场的替换的飞行简档(profile)。因此，当处于需求状态时，为了增加数据传送的总体强度，机载单元(12)操作以增加数据传送的频率或被传送的数据的量、或者数据传送的频率和被传送的数据的量。通过出现的需求状态触发事件(306)和在需求模式(304)中操作的数据处理单元(12)，数据处理单元(1 可收集尽可能多的飞行数据记录器数据并将其发送给地面站点服务器(14)。与正常状态(302)中的数据处理单元(12)的操作不同，在需求状态(304) 中，数据处理单元(1 可以不分析/解释飞行数据或它可从航空器获得的其它数据中的任一个，而是可简单地尽可能多地收集获得的信息并且将其传送到地面站点服务器(14)。在优选的实施例中，航空器的GPS位置、海拔高度和空气速度总是被传送。图9示出在数据处理单元(1 在异常或潜在紧急情况期间处于需求状态(304) 中时可由数据处理单元(1 执行以收集信息并将其传送到地面站点服务器(14)的方法 (400)的流程图。在一个实施例中，方法(40 可在步骤(40 开始，在步骤002)，数据处理单元 (12)将收集对于出现导致数据处理单元(1 进入需求状态(304)的触发事件(306)之前预先确定的时间收集和存储的飞行数据。恢复和传送在触发事件之前记录的数据的该能力对于分析会是非常有价值的。与紧挨着触发事件之前的时间段(“预览窗口”)相关的数据在这里被称作“预览数据”。在一个实施例中，预览数据被存储于易失性缓冲存储器中或非易失性存储器中、或者它们的组合中。在一个实施例中，从当前会话的开始记录所有的飞行数据，由此允许在触发需求模式的时间之前的飞行期间记录的任何数据被传送到航空器外。预览窗口的长度可以是诸如例如紧挨着需求状态触发之前的30分钟的任何希望的和实际的时间量。预览数据可包含由数据处理单元(1 在需求状态(304)期间发送的数据相同的数据，使得地面人员不仅在出现需求触发事件(306)之后具有更多的详细的数据，而且他们还对于需求状态(304) 开始之前的预先确定的预览时间接收相同的数据。预览数据允许分析该数据以确定导致异常或紧急情况的事件。通过传送该预览数据，实际的异常状态或其紧急情况可被分析为从相对正常操作过渡到异常状态的飞行。在理想情况下，在出现需求状态触发事件(306)之前捕获的数据将足以建立航空器的紧急前状态，并且，在理想情况下，将足以准确地描述从正常操作到需求状态的过渡。可以执行需求触发事件(306)是手动触发还是自动触发的步骤 407。在步骤010)中，可以选择收集的飞行数据的任意子集。由于带宽的限制或者在网络不是真正全球覆盖的情况下，由数据处理单元(1 从航空器(10)检索的飞行数据在一些情况下可包含要通过当前卫星网络被传送到地面站点服务器(14)的太多的信息。在有限的带宽网络的情况下，可对于向地面站点服务器(14)的传送选择从航空器(10)检索的总体飞行数据的重要的子集。出于可通过卫星网络02)传送的飞行后分析的目的，总体飞行数据的该子集可以是最具有代表性的数据。优选地，在所有的情况下，航空器的GPS位置、海拔高度和空气速度被传送。在步骤020)中，方法(400)可封装和压缩飞行数据以及添加的任何的附加的信息。在一个实施例中，数据可在被配置为以最小的体积被表现同时仍保持精度并避免含糊的程度被封装。为了实现这种效率，地面站点和数据处理单元必须被预先编程以在不需要与各消息或其一部分相关的解释性的字符的情况下识别数据和消息字符的次序。该技术与诸如广泛使用的通过附加于各传送上的明显的“开销”配置消息(这需要明显的附加的带宽和相关的成本)的ACARS (航空器通信和记录系统)的常规的一般接受的数据传送过程和设备不同。例如，一般测量为％ rpm值的引擎涡轮速度是在传送到航空器外面的典型的 FDR文件中记录的参数中的一个。通过使用诸如ACARS的现有的传送协议，它一般以ASCII 数据格式被编码和传送为“Engine 1 Nl :102% ”，从而需要传送17字节(136位)。这里描述的数据封装允许通过使用少至7位(二进制数字)来传送相同的值。在一个实施例中， 数据被封装以去除消息开销“Engine 1 Ni”和“ ％ ”以单独地表达数据值“ 102”。因此，通过使用这里描述的方法，值102可以以7位被表达，从而提高效率超过50 %。通过使用同步化机载单元(12)和地面站点(14)之间的通信的预先编程的协议，所述值的身份(即，引擎涡轮速度)可由于其在被传送的数据文件中的位置而被基于地面的服务器识别。在一个实施例中，当机载单元(12)在需求模式中操作时，它对于要被传送的FDR 文件中的每一个参数或参数的子集使用封装方法。逐个参数地，来自航空器的原始数据通过使用最少位数被尽可能紧致地封装以传送不损失精度或完整性的数据。除非反向地使用用于封装数据的指令来解码参数，否则，该数据封装的结果是在地面站点或服务器(14)看起来完全随机的二进制文件。因此，为了解封或解码二进制数据文件，在一个实施例中作为基于地面的服务器 (14)的接收系统必须理解和识别数据封装的方法。如果接收系统被编程为认识正在接收的格式和内容，则不需要传送注释或格式化信息。在一个实施例中，二进制数据文件的单个标题将标识封装数据的格式和内容。在传送到航空器外面之前，可然后通过使用本领域技术人员公知的常规的数据压缩技术进一步压缩封装的数据文件。通过在将信息传送到地面站点服务器(14)之前在数据处理单元(1 中封装然后压缩该信息，可在不增加带宽要求的情况下增加传送的信息量。如果与更频繁数据传送组合，那么，当单元(12)处于需求状态时，被传送的总数据量可实质增加。例如，通过使用当前可用的Iridium 数据传送链接，带宽限于每秒MOOBit。通过使用这里描述的封装和压缩方法、这里描述的与被预编程的地面站点(14)关联的处理单元，可通过Iridium在需求状态期间连续传送来自FDR的约240个参数连同四维GPS文件，而通过使用不封装数据的常规的方法，可比的参数的数量会限于每个通信信道30 40个参数。通过在步骤020)中封装和压缩的数据，数据可在步骤025)中被传送到地面站点服务器(14)。参照图1，数据可通过其通信模块(36)从数据处理单元(1 被传送到卫星网络0幻。从卫星网络(22)，数据可然后通过链接的网关06)被传送到地面卫星接收器04)并通过因特网0 或其它的网络被传送到地面站点服务器(14)。在一个实施例中，例如，卫星网络02)可以是Iridium 卫星网络，并且，数据可以以由Iridium 提供的短脉冲群格式(SBD)和/或通过与Iridium 卫星网络关联的直接拨号或通过替代性的宽带信道(如果它可用的话)在步骤(42 被传送。可以使用SBD传送格式而以选择的间隔(例如，20秒)传送数据的封装，同时可以启动直接拨号连接并且直接从数据处理单元(1 传送数据。在一个实施例中，可同时使用诸如与直接拨号连接同时出现的SBD传送的多个传送类型以增加可传送到地面服务器站点(14)的数据量。在方法(400)到达步骤(430)并且数据处理单元(1 还没有接收解除触发030) 之后，方法(400)可移动到步骤(43 并且检索数据处理单元(1 从航空器(10)获得的当前的飞行数据。步骤010)^415)^420)和025)然后可被一再重复，从而获得当前飞行数据、向飞行数据添加附加的信息、压缩数据并将该当前飞行数据传送到地面站点服务器(14)，直到数据处理单元(1 接收到解除触发(308)。以这种方式，远程服务器(14)可在数据处理单元(12)处于需求状态(304)并且航空器(10)处于潜在紧急情况下时重复接收更新的飞行数据和表示航空器的位置的附加的数据。在一个方面中，可以第二速率重复执行方法(400)，使得飞行数据被周期性获得并且以第二速率被传送到地面站点服务器 (14)。在一个实施例中，第二速率将比在数据处理单元(10)处于正常状态(302)中时向地面站点服务器(14)周期性传送信息的第一速率快。图10示出远程服务器(14)从航空器(10)收集接收的信息并且重新编辑它以重新创建飞行数据记录器和其它的飞行数据或者部分地重新创建飞行数据记录器和其它的飞行数据的方法(500)的流程图。在步骤(505)中，接收的信息被验证，并且通过地面站点服务器(14)被转换成原始飞行数据记录器格式或地面站点服务器(14)规定的其它格式。如果数据文件被封装，则数据然后可被解封或解码，以产生用于恢复在封装处理期间被去除的信息的数据文件。在步骤(510)中，可以在远程服务器(14)处存储接收的信息。如果希望的话，可以以多种格式存储飞行数据记录器数据。例如，在一个实施例中，能够以三种不同的格式存储数据通过卫星网络0 从航空器接收的单个数据传送可以在从数据处理单元(12) 被接收时以它们的原始格式(被压缩或未处理)被存档；来自原始封装的数据可被转换成工程单元并被存储；可根据从数据处理单元(1 接收的包含存储于航空器(10)上的飞行数据记录器中的飞行数据或飞行数据的大部分的信息重新创建飞行数据记录器镜像文件。 飞行数据记录器镜像文件有意将存储于航空器的飞行数据记录器中的飞行数据镜像化，结果，飞行数据记录器数据可被存储于飞行数据记录器中，并且，该数据的拷贝或该数据的大部分的拷贝可被存储于地面，诸如存储于地面站点服务器(14)处。万一航空器中的飞行数据记录器出现任何丢失或损伤，可对于潜在紧急情况期间或之后的航空器(10)的操作的分析和调查使用由地面站点服务器(14)创建的飞行数据记录器文件。在一个方面中，为了冗余，诸如飞行数据记录器镜像文件的被地面站点服务器 (14)接收并被进一步处理的所有数据可在步骤(510)中被存储于两个单独的地面位置。地面站点服务器(14)还可在它从数据处理单元(12)接收航空器(10)处于潜在紧急情况的传送时提供自动的第三方通知。可以触发对于各种个体的各种通知，从而向这些个体指示航空器(10)已进入需求状态或潜在紧急情况。这些通知可采取许多格式，诸如到选择的个人的电子邮件、对于诸如航空器情况显示(ASD)应用的其它软件应用的馈送、 或对于选择的个人的自动电话呼叫、文本消息或其它的消息。一旦地面站点服务器(14)从数据处理单元(12)接收指示它已进入需求状态 (304)的第一数据传送，就可尽快发送这些自动通知。另外，或者作为替代方案，这些通知也可被周期性地发送以保持指定的接受方被告知该情况，并且/或者，在飞行数据的参数出现潜在相关的变化时被发送。另外，诸如通过地面站点服务器(14)从地面访问的关于航空器(10)的任何界面 (例如，诸如由客户通过网络站点(214)等访问的网页)可清楚地表示航空器(10)的当前状态。在通过了潜在紧急情况的情况下，可从地面站点(14)的被授权的用户向数据处理单元(12)发送解除触发(308)。以这种方式，航空器(10)可重新继续其正常操作并且解除触发(308)可被传送到数据处理单元(12)以将其切换回正常操作。解除触发(308)将使数据处理单元(1 回复到其正常状态(302)，从而使它收集和分析飞行数据、周期性地向地面站点服务器(14)传送概括飞行数据的一些关键参数的概要报告。被授权的用户可登录到地面站点服务器(14)并且启动向数据处理单元(12)的解除触发(308)的传送。前面提供公开的实施例的描述是为了使得本领域技术人员能够实施或利用本发明。对于本领域技术人员来说，对于这些实施例的各种修改将是容易想到的，并且，这里限定的一般原理可被应用于其它的实施例，而不背离本发明的精神和范围。因此，本发明不是要限于这里表示的实施例，而应被赋予与权利要求一致的完全的范围，其中，除非特别指出，否则，诸如通过使用冠词“一种”或“一个”以单数形式提到的某要素不是要意味着“一个和仅仅一个”，而是“一个或更多个”。已知或者将在以后为本领域技术人员所知的与在本公开中描述的各种实施例的要素相当的所有结构和功能要被权利要求的要素包含。并且， 这里公开的内容都不是要献给公众，不管这种公开是否在权利要求中被明确地记述。
权利要求
1.一种通过使用包含数据表和指令组的机载数据处理单元从航空器向地面站点服务器传送飞行数据的方法，该方法包括(a)在正常状态的操作期间，获得并分析来自航空器的飞行数据并且周期性地产生和向地面站点服务器传送包含多个飞行数据的概要的概要文件；以及(b)响应于预先定义的触发事件，进入需求状态、获得来自航空器的飞行数据并且周期性地向地面站点服务器传送飞行数据，其中，数据传送速率比在正常状态中大。
2.根据权利要求1的方法，其中，在需求状态期间，飞行数据在传送之前被封装并且/ 或者被压缩。
3.根据权利要求1的方法，还包括存储来自触发事件之前的用户限定的时间段的预览飞行数据并且在需求状态期间向地面站点服务器传送所述预览飞行数据的步骤。
4.根据权利要求1的方法，其中，所述预先定义的触发事件包含用户命令或用户限定的范围之外的数据参数。
5.根据权利要求4的方法，其中，用户限定的范围之外的数据参数指示异常状态或潜在紧急状态。
6.根据权利要求1的方法，还包括从地面站点访问机载数据处理单元并且在触发事件之前或之后修改所述数据表或指令组的步骤。
7.根据权利要求1的方法，其中，第二速率包含与正常状态中相同的数据的更频繁的速率、或者更大数据量的传送、或者与正常状态中相比的更频繁的速率的更大量的数据的传送。
8.根据权利要求1的方法，还包括通过激活解除触发返回正常状态的步骤，其可以是自动的或用户命令。
9.根据权利要求1的方法，其中，在需求状态中传送的飞行数据在传送之前被封装和压缩。
10.根据权利要求9的方法，其中，通过最小化或消除数据注解和格式化信息并且以可由预先编程的用户系统识别的方式进行布置来封装飞行数据。
11.根据权利要求1的方法，其中，所有的步骤是自动的。
12.一种用于向地面服务器站点传送数据的航空器数据传送系统，该系统包括机载数据处理单元，所述机载数据处理单元具有(a)数据获取模块，所述数据获取模块操作为获得来自航空器的飞行数据；(b)通信模块，所述通信模块操作为向地面服务器站点传送数据；(c)存储器，所述存储器包含数据表和指令组；(d)处理单元，所述处理单元在操作上与所述数据获取模块、所述通信模块和所述存储器连接并且根据指令组操作为i.当在正常状态中时，获得、分析和存储来自航空器的飞行数据并且周期性地产生并通过使用所述通信模块向地面站点服务器传送包含多个飞行数据的概要的概要文件；和 .当在需求状态中时，响应于预先定义的或用户启动的触发事件，自动获得来自航空器的飞行数据并且通过使用所述通信模块向地面站点服务器周期性地传送飞行数据，其中，数据传送的速率在需求状态期间比在正常状态期间大。
13.根据权利要求12的系统，其中，在需求状态期间，与在正常状态期间相比，数据传送被更频繁地传送，或者，数据传送量更大，或者，数据传送被更频繁地传送并且数据传送量更大。
14.根据权利要求12的系统，其中，所述处理单元操作为以可被预先编程的用户系统解码的数据文件格式在需求状态期间封装数据。
15.根据权利要求14的系统，其中，所述处理单元操作为通过最小化或消除数据注解和格式化信息并且以可由预先编程的用户系统识别的方式进行布置来封装数据。
16.根据权利要求12、14或15的系统，还包括地面站点服务器，该地面站点服务器操作为接收来自所述数据处理单元的数据传送，并且，一旦在需求状态中接收到来自所述数据处理单元的数据传送，则如果必要就将所述数据传送解码，并且向至少一个用户发送通知或数据文件、或者通知和数据文件。
17.根据权利要求12的系统，其中，所述机载数据处理单元是完全自动的。
18.—种上面具有用于被数据处理单元执行以实施权利要求1 11中的任一项的方法的语句和指令的计算机可读存储器。
全文摘要
自动航空器飞行数据和传输管理系统和方法在正常状态和需求状态中操作。需求状态可以被自启动或手动启动，并且，可在包含但不限于航空器处于潜在或确认的紧急情况的情况的情况期间被触发。当所述系统处于需求状态中时，数据传送增加强度。
文档编号G07C5/00GK102483865SQ201080035710
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月11日 优先权日2009年8月11日
发明者A·麦金农, K·雅格布斯, M·布莱德利, M·苏米尔, R·哈伊登, Z·朱玛 申请人:航空力学服务有限公司