使用超声相控阵的安静的驾驶舱通信制造技术

本发明专利技术涉及使用超声相控阵的安静的驾驶舱通信。飞行员通信系统采用声换能器，其设置在驾驶舱上并定位成在至少一个飞行员坐席位置的方向上发射声波。调制器电路被耦合以从航空电子通信系统接收音频信号并且还被耦合以驱动声换能器。调制器电路向声换能器提供具有由音频信号调制的超声载波频率的电信号，从而使声换能器在至少一个飞行员坐席位置的方向上通过声学空间传送超声声能波束，该超声声能波束通过穿过换能器与飞行员坐席位置之间的空气分子而被自然地解调，从而使音频信号能够被至少一个飞行员坐席位置处的人类听力听见。被至少一个飞行员坐席位置处的人类听力听见。被至少一个飞行员坐席位置处的人类听力听见。

【技术实现步骤摘要】
使用超声相控阵的安静的驾驶舱通信


[0001]本公开总体上涉及通信系统。更具体地，本公开涉及允许飞行员与空中交通控制塔台和其他方进行通信的超声相控阵扬声器系统。

技术介绍

[0002]飞机的座舱(cockpit)可能是相当嘈杂的环境。在整个飞行中的可能的多个时间，坐在这种嘈杂环境中的飞行员或副飞行员将需要彼此通信，并通过无线电与空中交通控制(air traffic control，ATC)清楚且准确地接收和通信重要信息，以便各方理解。目前，这已通过头戴式耳机完成。头戴式耳机的优点是将空中交通控制指令直接传送到飞行员(和副飞行员)的耳朵，并通过位于飞行员或副飞行员的嘴部附近的近讲麦克风将飞行员或副飞行员的通信传输回ATC。
[0003]因此，传统上，飞机飞行员和副飞行员在飞行期间佩戴头戴式耳机，包括附接有悬臂麦克风的噪声隔离或主动降噪头戴式耳机。这种头戴式耳机通常采用具有拾音图案的近讲麦克风，该拾音图案设计为拾取飞行员的语音，同时拒绝源自其他方向的声音。它们起到了良好的作用，但是存在问题。
[0004]常规头戴式耳机的一个问题是，佩戴它们可能变得不舒服，特别是对于长时间佩戴。许多头戴式耳机上的耳罩向脸部侧面并且有时向耳朵施加压力，如果佩戴太紧则可能干扰血液流动。佩戴时耳罩内的空气也变得非常温热和不新鲜，因此飞行员有时需要摘下头戴式耳机，以给他们的耳朵一些新鲜空气。
[0005]此外，由于它们阻挡了大部分的环境座舱声音，因此飞行员和副飞行员可能需要摘下头戴式耳机，以便与座舱内的其他人(诸如并未同样佩戴头戴式耳机的机组乘务员或其他人员)进行对话。
[0006]在常规飞机中，头戴式耳机提供高度重要的通信功能，但是它不是飞机内唯一产生音频声音的系统。飞机还配备有警报信号系统，其通过驾驶舱(flight deck)扬声器系统在所有方向上广播警报。警报系统必须设计为相当响亮，使得它可以越过座舱内的环境噪声被飞行员和副飞行员听到。然而，对于公务机，在起飞和降落期间，座舱和客舱之间的所有门都需要保持打开。因此，这些警报信号容易传输通过客舱，从而对乘客造成不必要的打扰。
[0007]在现代商务飞机中，对于为飞机乘客提供安静、舒适的环境越来越感兴趣。然而，由于驾驶舱通信和警报信号系统消息的重要性，迄今为止难以阻止座舱声音传播到乘客客舱中。因此，传统上，飞行员被委托佩戴头戴式耳机，并且警报系统消息向乘客客舱中的某种传播是不可避免的。

技术实现思路

[0008]所公开的飞行员通信系统采用不同方法，该方法减少飞行员和副飞行员对头戴式耳机的依赖，以彼此通信并与空中交通控制(ATC)通信。使用相控阵超声换能器扬声器系
统，飞行员和副飞行员可以在嘈杂的座舱中容易地彼此通信，并且可以与空中交通控制进行清楚且准确的通信，而无需佩戴头戴式耳机。该系统向飞行员和副飞行员提供增强的信噪比(SNR)，同时使到其他方向(即，乘客客舱)的信号最小化，因此即使在座舱
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客舱门打开时，飞行员和副飞行员也可以轻易听到对话、ATC通信和警报声音，而不会打扰客舱中的乘客。
[0009]该系统没有使用常规扬声器来用足以克服环境噪声的响亮的通信系统音频填充座舱，而是使用超声换能器阵列，其在窄超声波束中将系统音频指引到飞行员的耳朵。超声波束采用人耳听不见的频率的超声载波。系统音频在该超声载波上进行调制，并因此与载波一起在波束的方向上传播。当波束在到达飞行员耳朵的路线中经过空气分子时，调制波通过与空气分子的相互作用而变为自然解调。由于这种自然解调，飞行员能够听到解调后的音频信号，听起来就像来自常规扬声器。
[0010]根据一方面，飞行员通信系统采用声换能器，其设置在驾驶舱上并定位成在至少一个飞行员坐席位置的方向上发射声波。调制器电路被耦合以从航空电子通信系统接收音频信号并且还被耦合以驱动声换能器。调制器电路向声换能器提供具有由音频信号调制的超声载波频率的电信号，从而使声换能器在至少一个飞行员坐席位置的方向上通过声学空间传送超声声能波束，该超声声能波束通过穿过换能器与飞行员坐席位置之间的空气分子而被自然地解调，从而使音频信号能够被至少一个飞行员坐席位置处的人类听力听见。
[0011]在另一方面，通过以下步骤来提供向飞机的飞行员通信音频信息的方法：从航空电子通信系统获得音频信号，并且在超声载波上调制音频信号以产生调制后的超声信号。航空电子通信系统可以包括所有无线电(包括但不限于空中交通控制)、对讲机(驾驶舱和客舱)、机组警报信号系统等。通过声换能器将调制后的超声信号作为超声声束传送给飞行员，该超声声束通过穿过换能器与飞行员之间的空气而变为自然解调，从而使音频信号能够被飞行员听见。
附图说明
[0012]本文描述的附图仅用于所选实施例的说明性目的，而不是所有可能的实现方式。附图的特定选择并不旨在限制本公开的范围。
[0013]图1是示例性飞机的驾驶舱的俯视图，示出了超声相控阵扬声器系统的一种可能的布置；
[0014]图2是图1的驾驶舱的一部分对于飞行员和副飞行员在坐下时看起来的样子的剖视图，并且也示出了超声相控阵扬声器系统的一种可能的布置；
[0015]图3a至图3c是波形图，示出了用于实现超声相控阵的不同调制技术；
[0016]图4是示出如何在飞行员通信系统中使用插入的时间延迟对换能器波束图案进行指引的图；
[0017]图5是示出超声相控阵换能器或扬声器系统的一个实施例的示意图；
[0018]图6是示出超声相控阵换能器或扬声器系统的进一步细节的示意图；
[0019]图7a至图7c是示出超声相控阵换能器或扬声器系统的其他实施例的示意图；
[0020]图8a至图8g是可用于飞行员通信系统的一些不同的换能器或扬声器布置实施例的平面图。
具体实施方式
[0021]参考图1和图2，超声相控阵通信系统12的实施例部署在飞机的驾驶舱10上。超声相控阵通信系统电子组件可以放置在任何便利的位置，因此在12处所示的位置仅仅是示例性的。该系统包括超声换能器阵列14(这里示出了两个这样的阵列，一个用于飞行员，一个用于副飞行员)。超声相控阵通信系统耦合到飞机航空电子通信系统16以接收音频信号，诸如来自空中交通控制的语音无线电通信、来自机组乘务员的对讲消息、飞机听觉警报消息等。在图1和图2中，航空电子通信系统16以虚线示出，以指示该系统的物理位置可以部署在任何便利的地方。
[0022]超声相控阵通信系统12及其相关联的换能器阵列14直接向每个飞行员20提供超声声能的窄波束22。每个波束包括超声声学载波，其已被调制以承载来自航空电子通信系统的音频信号。在从大约30kHz到150kHz的示例性频率范围内，超声载波远高于人类听力范围，并且本身是听不见的。
[0023]尽管许多不同的调制模式是可能的，但是在图3a至图3c中已经示出了三种。图3a示出了幅度调制(AM)，其中来自飞机航空电子通信系统的音频信号用于调制超声载波的幅度。图3b示出了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞机驾驶舱中的飞行员通信系统，所述飞机驾驶舱限定包围空气分子并具有设置在其中的至少一个飞行员坐席位置的声学空间，并且所述飞机驾驶舱包括航空电子通信系统，所述飞行员通信系统包括：声换能器，其设置在所述驾驶舱上并定位成在所述至少一个飞行员坐席位置的方向上发射声波；调制器电路，其被耦合以从所述航空电子通信系统接收音频信号并且还被耦合以驱动所述声换能器，所述调制器电路向所述声换能器提供具有由所述音频信号调制的超声载波频率的电信号，从而使所述声换能器在所述至少一个飞行员坐席位置的方向上通过所述声学空间传送超声声能波束，所述超声声能波束通过穿过所述换能器与所述飞行员坐席位置之间的空气分子而被自然地解调，从而使所述音频信号能够被所述至少一个飞行员坐席位置处的人类听力听见。2.根据权利要求1所述的飞行员通信系统，其中所述声换能器包括多个换能器，所述多个换能器布置为间隔开的阵列并且关于时间被不对称地馈送以控制波束方向。3.根据权利要求1所述的飞行员通信系统，还包括具有多个单独馈送的换能器的声换能器阵列，以及耦合在所述调制器电路与所述换能器阵列之间的多通道时间延迟插入电路，以选择性地将预定时间延迟插入到所述多个换能器中的每一个的馈送中，从而引导所述波束。4.根据权利要求3所述的飞行员通信系统，其中所述时间延迟插入电路包括调整机制以改变所插入的时间延迟，从而调整所述波束的指向方向。5.根据权利要求1所述的飞行员通信系统，其中所述超声载波频率限定载波波长，并且其中所述声换能器包括布置为单独换能器的阵列的多个换能器，每个换能器间隔开小于或等于所述载波波长的一半的距离。6.根据权利要求1所述的飞行员通信系统，其中所述声换能器包括布置为间隔开的空间配置的多个换能器，所述间隔开的空间配置选自由线性、曲线形、圆形、同心圆形、正方形、行簇阵列和螺旋形及其组合组成的组。7.根据权利要求1所述的飞行员通信系统，所述飞机驾驶舱限定具有至少两个飞行员坐席位置的声学空间，所述飞行员通信系统还包括：第一声换能器，其设置在所述驾驶舱上并定位成在所述至少一个飞行员坐席位置中的一个的方向上发射声波，以及第二声换能器，其设置在所述驾驶舱上并定位成在所述至少一个飞行员坐席位置中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯科特，
申请(专利权)人：湾流航空航天公司，
类型：发明
国别省市：