用于定位可由飞行器运输的元件的方法和装置与流程

1.本发明涉及用于定位可由飞行器运输的元件的方法和装置。


背景技术：

2.诸如飞机或直升机的飞行器可以运输大量设备。该设备例如可以是单元装载设备(uld)，例如集装箱或货盘，其用于货物的空中运输。负责运输货物的货运公司可能希望确保货物在其出发之前确实在飞行器中。
3.此外，安全标准定义了哪些设备必须无故障地在飞行器上，以及每种类型有多少物品。如果某些设备丢失，则可能不允许飞行器起飞。因此，必须在起飞之前检查设备是否确实在飞行器上。
4.为此，技术人员或飞行人员可以检查设备确实在飞行器上。这种干预是耗时、昂贵和枯燥的。它们也是错误的来源。
5.存在避免人为干预的解决方案。已知基于全球定位系统(gps)的解决方案。然而，这种解决方案消耗大量功率。
6.利用其低速网络，通过分析由物体发送并由三个不同天线接收的无线电信号的功率，使得可以在不使用gps的情况下地理定位所连接的物体。这种解决方案需要繁重的基础设施，特别对于服务器的使用。此外，这是不精确的。
7.lorawan是一种远距离广域网络。它由通过网关与应用服务器通信的低功率无线设备组成。这种网络可用于对可由飞行器运输的设备进行地理定位。这样的解决方案需要存在至少三个天线，或者对于物体的较精确地定位，需要甚至更多天线。
8.因此，需要克服现有技术的这些缺点。


技术实现要素：

9.描述了一种用于定位能够由飞行器运输的元件的方法。所述方法包括以下步骤，对于飞行器所位于的第一位置：a)从位于所述飞行器中的天线向能够运输的元件发送第一消息；
10.b)在所述天线上接收由所述能够运输的元件在接收到所述第一消息后发送的第二消息；
11.c)获得所述第一消息和第二消息的飞行时间；
12.d)基于所述飞行时间确定距离；
13.e)在所述距离小于一值的情况下确定所述元件在所述飞行器内，并且在所述距离大于所述值的情况下确定所述元件在所述飞行器外
14.根据一个实施方式，在所述距离小于所述值的情况下确定所述元件在所述飞行器内的步骤包括确定以所述天线为其圆心并以所确定的距离为其半径的圆是否与所述飞行器的机身相交。
15.根据一个实施方式，在所述元件被确定为在所述飞行器外的情况下，所述方法还
包括：针对所述飞行器所位于的至少两个其他位置重复步骤a)至d)，所述至少两个其他位置不同于所述第一位置并且彼此不同；并且基于所确定的三个距离来确定所述元件的位置。
16.根据一个实施方式，基于所确定的三个距离来确定所述元件的位置包括：确定所述元件的位置位于至少三个圆的交点处，各个圆将所述天线的位置作为其中心并且将所确定的距离中的一个距离作为其半径。
17.根据一个实施方式，该方法包括只要所述能够运输的元件的位置是以大于给定值的误差来确定的，就对于该飞行器的不同于先前位置的新位置重复步骤a)至c)。
18.根据一个实施方式，该方法还包括：从所述能够运输的元件接收表示其能够被定位的消息。
19.还描述了一种用于定位能够由飞行器运输的元件的定位装置，所述定位装置包括：
20.用于从位于所述飞行器中的天线向能够运输的元件发送第一消息的单元；
21.用于在所述天线上接收由所述能够运输的元件在接收到所述第一消息后发送的第二消息的单元；
22.用于获得所述消息的飞行时间的单元；
23.用于基于所述飞行时间确定距离的单元；
24.用于在所述距离小于一值的情况下确定所述元件在所述飞行器内，并且在所述距离大于所述值的情况下确定所述元件在所述飞行器外的单元。
25.根据一个实施方式，描述了一种用于定位能够由飞行器运输的元件的系统。所述系统包括上述用于定位能够由飞行器运输的元件的定位装置和附接到所述能够运输的元件的传感器。
26.根据一个实施方式，所述传感器被配置成向所述定位装置发送表示所述能够运输的元件能够被定位的消息。
27.还描述了一种计算机程序，所述计算机程序可以被存储在介质上和/或从通信网络下载，以由装置读取。所述计算机程序包括指令，所述指令用于当所述程序由装置的计算单元执行时，根据其变型例中的一项实现上述方法。本发明还涉及包括这样的计算机程序的存储装置。
附图说明
28.通过阅读以下对示例性实施方式的描述，本发明的上述特征和其他特征将变得更加清楚，所述描述是相对于附图给出的，其中：
29.图1示意性地例示了位于飞行器中的用于定位可由飞行器运输的元件的装置的硬件架构；
30.图2示意性地例示了用于定位可由飞行器运输的元件的方法；
31.图3示意性地例示了在待定位的可运输元件中实现的通信方法；
32.图4是表示搭载有可运输元件的航空器的图；
33.图5例示了飞行器和位于飞行器外的可运输元件；
34.图6示意性地例示了用于在可运输元件在飞行器外的情况下确定可由飞行器运输
的元件的位置的方法；以及
35.图7例示移动的飞行器和位于飞行器外的可运输元件。
具体实施方式
36.图1示意性地例示了用于定位可由飞行器运输的元件的设备的硬件架构。飞行器例如是飞机、直升机或无人驾驶飞行器。定位装置位于飞行器中。其被配置成执行图2所例示的方法a10的全部或一些步骤。
37.因此，定位装置200包括一个或更多个处理器201，例如cpu(中央处理单元)，gpu(图形处理单元)和/或dsp(数字信号处理器)。定位装置200还包括ram(随机存取存储器)、rom(只读存储器)和/或eprom(可擦除可编程只读存储器)类型的存储器mem 202。定位装置200可以可选地包括一个或更多个输入/输出接口203，例如键盘、鼠标、触摸板、网络摄像头等，其均都被配置成显示信息和/或允许用户输入命令或数据。定位装置200还可以包括也可以在定位装置外部的电源204。定位装置200还包括一个或更多个通信接口205。通信接口通常允许定位装置200与待定位的元件之间的通信。为此，通信接口例如可以包括用于与待定位的设备建立通信信道的无线电天线。根据一个特定实施方式，天线被配置成使得其波瓣尽可能小地覆盖飞行器的整个机身和飞行器的外部。该解决方案使得可以在位于机身中的所有元件上优化天线的增益。然而，可以选择其他天线模式。
38.定位装置200还可以包括存储模块stck 204，其可以是磁介质、闪存、光盘、hdd(硬盘驱动器)或ssd(固态驱动器)类型，或者外部存储介质读取器类型，例如sd(安全数字)卡读取器。这些不同的元件通过通信总线210彼此连接。
39.处理器cpu 201可以将数据或信息存储在存储器mem 202或存储模块stck204中。处理器cpu 201可以读取存储在存储器mem 202或存储模块stck 204中的数据。这些数据可以对应于配置参数。
40.处理器cpu 201能够执行例如从存储模块stck 204加载到存储器mem 202中的指令。当定位装置200通电时，处理器cpu 201能够从存储器mem 202读取指令并执行它们。这些指令形成计算机程序，使处理器cpu 201实现下面描述的所有或一些定位方法和步骤，特别是图2中描述的方法。因此，下面描述的所有或一些方法和步骤可以通过借助于诸如dsp(数字信号处理器)或微控制器的可编程机器执行指令集而以软件形式实现。下面描述的所有或一些方法和步骤也可以由机器或专用组件以硬件形式实现，例如fpga(现场可编程门阵列)或asic(专用集成电路)。
41.根据一个变型例，计算机程序被存储在定位装置200外部的非暂时数字数据介质上，例如诸如hdd、cd-rom、dvd或usb类型的存储设备的外部介质。定位装置200因此可以被配置成读取计算机程序。
42.定位装置200还可以连接到图1中未示出的航空无线电通信设备。航空无线电通信设备例如被配置成经由飞行器的通信装置(例如satcom、acars(飞行器通信寻址和报告系统)等)与地面站通信。例如，航空无线电通信设备使得有可能通知地面站要位于飞行器中的物体的存在或不存在，并且在适用的情况下，通知其精确位置。定位装置200经由飞行器1的局域网(例如以太网类型的有线局域网或wi-fi类型的无线局域网)连接到航空无线电通信设备。
43.在一个特定实施方式中，定位装置200是接入网关。
44.图2示意性地例示了用于定位可由飞行器运输的元件的方法a10。定位方法a10由定位装置200在飞行器中实现。飞行器的位置是已知的，例如借助于飞行器配备的gps系统。定位装置200与可运输元件e进行无线通信。为此，可运输元件配备有传感器，例如配备有天线的无线电收发器，其消耗非常少的功率并且能够与定位装置200通信。可运输元件还配备有至少一个电池和处理器。构成可运输元件的元件在功耗方面被优化，以具有足够的电池寿命。可运输元件e的传感器与定位装置200(例如接入网关)交换数据。其能够发送和接收信息。
45.在一个特定实施方式中，定位装置200和可运输元件e根据lorawan类型的协议彼此通信，该协议允许所连接的对象以低速度交换小尺寸数据。lora网络是针对具有有限资源的设备而优化的低功率、低速、远距离无线网络。这些网络特别适合于不需要高速的应用。然而，下面描述的实施方式不限于使用lorawan协议。可以使用允许配备有传感器的连接对象与天线之间的无线通信的其他协议。
46.图3示意性地例示了在可运输元件e中实现的通信方法e10。在图2和图3中，可选的步骤以虚线示出。
47.在可选步骤e100期间，可运输元件检测是否满足条件。如果满足条件，则可运输元件宣布其自身准备好被定位。为此，其可以经由它的传感器以无线电信号的形式发送表示其可以被定位的消息。例如，条件是可运输元件的压力(或温度)与预定压力(或温度)值(例如地面压力)的比较。如果压力等于或大于预定压力值，则可运输元件准备好被定位。根据一个变型例，该可运输元件可以检测其是否被紧固，例如借助于束带，并且如果它被捆扎则声明其自身是可定位的。根据另一变型例，可运输元件与振动检测器相关联。振动检测器使得可以检测由可运输元件经受的振动。在连续的振动周期之后没有振动的情况下，可运输元件可以声明其自身准备好被定位。事实上，为了节省电池，可运输元件e的传感器不是永久开启的。
48.在一个变型例中，不实施步骤e100，例如因为无线网络知道可运输元件可被定位的日期。
49.在步骤a90期间，定位装置200以无线电信号的形式向可运输元件发送消息m1。该消息例如向传感器指示提供一种或更多种类型的信息，例如压力测量结果、温度测量结果、振动水平、附着状态、关于接收到的振动的信息、关于可运输元件的空或装载状态的信息、或关于可运输元件的打开或关闭状态的信息。在接收到(e112)该消息m1时，在步骤e114期间，可运输元件将立即向定位装置200发送消息m2。消息m2包括由定位装置200请求的一条或更多条信息。消息m2可以可选地给出上下文信息，例如表示可运输元件已经受到振动，从而表示其已经移动。该上下文信息也可以由可运输元件在任何其他时间发送。该上下文信息例如可用于重新初始化定位过程。如果可运输元件已经被移动，并且再次静止，则定位装置200可以重新初始化定位过程。
50.在步骤a100期间，定位装置200以无线电信号的形式从可运输元件接收消息m2。
51.在步骤a110期间，定位装置200获得飞行时间tof。tof对应于在步骤a90期间由定位装置200发送的消息m1到达传感器(位于可运输元件中或可运输元件上)的飞行时间，加上在步骤e112期间由传感器发送的消息m2到达定位装置200的飞行时间。换句话说，tof等
于定位装置200发送消息m1的日期和接收消息m2的日期之间的差。
52.在步骤a112期间，定位装置200基于飞行时间确定距离d。该距离d对应于定位装置200与可运输元件e之间的距离。通过将飞行时间乘以无线电信号的传播速度来获得距离d。定位装置200知道该速度。在无线电信号的情况下，速度例如等于300,000km/s。
53.在步骤a114期间，将在步骤a112中确定的距离d与一值d进行比较。如果距离d大于d，则元件e被认为在飞行器外(a118)。如果距离d小于d，则认为元件e在飞行器中(a116)。距离d例如等于飞行器长度的一半。在一个变型例中，距离d等于最小圆的半径，该最小圆的中心是定位装置200，更具体地说是其天线，并且该最小圆包围整个飞行器。
54.根据一个特定实施方式，当以定位装置200(更具体地，其天线)为其圆心并且以在步骤a112中测量的距离为其半径的圆与飞行器的机身相交时，元件e被认为在飞行器(a116)内。这种情况在图4中示出。在图4中，圆c0与飞行器的机身相交。当以定位装置200的天线为其圆心并且以在步骤a112中测量的距离为其半径的圆不与飞行器的机身相交时，元件e被认为在飞行器(a118)外，如图5所示。在图5中，圆c1不与飞行器的机身相交。
55.在起飞之前，飞行员需要检查飞行器的周围环境。在可运输元件在飞行器下面的特定情况下，飞行员将已经检测到其存在。
56.在步骤a116和步骤a118期间，关于可运输元件的位置的信息可以经由航空无线电通信设备传送到地面站。该信息也可以发送给飞行器的飞行员，例如在屏幕上。然后，在接收到向他/她表示必须在飞行器上的设备不存在的信息之后，飞行员可以决定不起飞。
57.图6示意性地例示了用于在方法a10已经确定可运输元件e在飞行器外的情况下确定可由飞行器运输的元件的位置的方法a11。方法a11由定位装置200在a116之后实现。
58.在图6中，与图2的步骤相同的步骤用相同的附图标记表示。如果可运输元件在飞行器外(a116)，则对于飞行器所位于的各个位置重复步骤a90、a100、a110和a112，直到满足停止标准(a120)。这种情况在图7中示出，其中对于飞行器所位于的三个不同位置重复步骤a90、a100、a110和a112。
59.停止标准例如是步骤a90、a100、a110和a112的重复次数。具体地，为了获得可运输元件e的精确位置，这些步骤必须应用至少三次。
60.步骤a90、a100、a110和a112的各次重复使得可以确定可运输元件e在以定位装置200或更具体地其通信天线为其圆心并且以在步骤a112中确定的距离(d1、d2或d3)为其半径的圆(c1、c2或c3)上。因此，可运输元件位于图7中的至少三个圆c1、c2和c3的交点i处。
61.根据一个特定实施方式，如果对于飞行器所位于的三个位置没有足够精确地确定可运输元件e的位置，则可以针对飞行器所位于的不同于先前位置的新位置重复步骤a90、a100、a110和a112、a90、a100、a110和a112。如果可运输元件e的位置是以大于给定值的误差确定的，则该位置不精确。如果可运输元件的位置的两个连续测量结果之间的距离e小于限定值，则位置被精确地确定。根据一个变型例，如果由定位装置200接收的无线电信号的信噪比大于给定值，则位置被精确地确定。
62.在该实施方式中，定位装置200可以要求可运输元件在给定时间内保持可定位。根据一个变型例，定位装置200可以要求可运输元件在一定时间之后再次可定位。
63.与可运输物体的位置有关的信息可以由航空无线电通信设备发送到地面站。该信息也可以发送给飞行器的飞行员，例如在屏幕上。
64.定位方法a10和a11不使用除了飞行器所配备的gps之外的gps来定位可运输元件。由此降低了功耗。所述方法有利地使得可以在飞行器中使用具有单个定位设备的简单基础设施。由于飞行器的运动，可运输元件的位置也是精确的。