(57)【要約】      （修正有）【課題】例えば、キャビティとみなせる燃料タンクにおける燃料のレベルの決定を可能とする技術であって、燃料それ自体で生じるエネルギーの損失をキャビティのＱとして評価する方法を提供する。【解決手段】方法は、複数の離散電磁周波数を有する信号によって励磁された残響キャビティー２１０の内側の位置において電磁場特性測定値のデータセットを収集することと；周波数ステップΔｆによってデータセットの上で任意の数ｎの循環シフトを実行し、係数が相関関係の欠乏を示すまで各々のシフトにおいて共分散に基づく係数を計算することとを含む。方法はさらに、残響キャビティー２１０の品質係数Ｑをｆｃ／（Δｆ×ｎ）として計算することを含み、ｆｃは前記データセットの中心周波数である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の離散電磁周波数を有する信号によって励磁される残響キャビティー（２１０）の内側の位置における電磁場特性測定値のデータセットを収集することと、
周波数ステップ（Δｆ）によって前記データセットの上で任意の数（ｎ）の循環シフトを実行して、係数が相関関係の欠乏を示すまで各々のシフトにおいて共分散に基づく前記係数を計算することと、
前記残響キャビティー（２１０）の品質係数（Ｑ）をｆｃ／（Δｆ×ｎ）として計算することとを含み、ｆｃは前記データセットの中心周波数である、方法。
【請求項２】
前記データセットを収集することは、前記位置におけるｓパラメータを測定すること、及び送信係数Ｓ21に基づいて電力の測定値を計算することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記共分散に基づく係数は、相関係数である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記共分散に基づく係数は、ピアソンの積率相関係数である、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記シフトは、前記係数が（１／ｅ）より小さくなるまで実行される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記周波数ステップ（Δｆ）は、前記キャビティー（２１０）の共振モードバンド幅より小さい、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記データセットを収集することは、ｎポートネットワーク分析機械（２４０）を使用して前記残響キャビティー（２１０）を分析することを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記データセットを収集することは、前記キャビティー（２１０）の中の前記位置において第１及び第２のアンテナ（２２０及び２３０）を配置すること；並びにネットワーク分析機械（２４０）を使用して、励磁信号を前記アンテナ（２２０及び２３０）に適用し、前記アンテナ（２２０及び２３０）から信号を受信し、前記データセットを計算し、前記循環シフトを実行し、及び前記品質係数を計算することを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
付加的な電力の測定値が、前記キャビティー（２１０）の中の付加的な位置において取得され；かつ各々の付加的な位置に対して、対応する前記データセットが循環シフトされＱが計算される、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
付加的な電磁場特性測定値が、前記キャビティー（２１０）の中の付加的なアンテナの位置において取得され；かつＱが前記位置の各々に対して計算される、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記循環シフトは、前記データセットのセグメントの上で実行され、前記セグメントは中心が興味の対象の周波数にあり；かつＱは前記セグメントに対して評価される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
興味の対象の異なる周波数に中心があるセグメントに対してＱを評価すること；及び２つの前記セグメントの前記Ｑを比較することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
興味の対象の種々の周波数は、種々の搬送周波数を有する無線システムに対応し；かつ前記システムのうちの１つは、Ｑの比較にしたがって選択される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記キャビティー（２１０）は、複数の変化するサイズのパーティション、及び未知の電磁結合を含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記キャビティー（２１０）は航空機の翼（５１０）によって形成され、前記翼は複数の動的な損失のメカニズム（７４０）を含み、前記翼は燃料を蓄積するように構成され、前記方法はさらに、評価されるＱの変化をモニタリングして燃料のレベルを決定することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
複雑な残響キャビティーを有する複数の構造体と；
前記キャビティーの中の複数のアンテナと；
複数の離散電磁周波数を有する信号を使用して前記キャビティーを励磁し、各々のキャビティー（２１０）に対して電磁場特性測定値のデータセットを取得し；各々のキャビティー（２１０）位置に対して周波数ステップ（Δｆ）によって前記データセットの上で任意の数（ｎ）の循環シフトを実行し、係数が相関関係の欠乏を示すまで各々のシフトにおいて共分散に基づく前記係数を計算し；かつ前記位置における品質係数（Ｑ）をｆｃ／（Δｆ×ｎ）として計算するために、前記アンテナ（２２０及び２３０）を使用する航空機アビオニクス（５４０）であって、ｆｃはデータセットの中心周波数である、航空機アビオニクス（５４０）とを備える、航空機。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
大きな残響キャビティーの品質係数（Ｑ）は、キャビティーのエネルギーを蓄積する能力を表現するために使用され得る。より高いＱは、蓄積されるエネルギーに関してより低いエネルギー損失率を示す。
【０００２】
単純なキャビティーのＱに対する分析的表現は、容積、表面積、及び壁の伝導性の数学的なモデルに基づくことができる。しかしながら、複雑なキャビティーは、数学的にモデルを作ることが極めて難しい。例えば、複雑なキャビティーは、真の容積に関して特徴づけることが難しい。加えて、損失を評価することが難しい。結論として、複雑なキャビティーのＱは、決定することが難しい。
【発明の概要】
【０００３】
本明細書の中の実施形態にしたがって、方法は、複数の離散電磁周波数を有する信号によって励磁される残響キャビティーの内側の位置における電磁場特性測定値のデータセットを収集することを含む。方法はさらに、周波数ステップ（Δｆ）によってデータセットの上で任意の数（ｎ）の循環シフトを実行すること、係数が相関関係の欠乏を示すまで各々のシフトにおいて共分散に基づく係数を計算すること；及び残響キャビティーの品質係数（Ｑ）をｆｃ／（Δｆ×ｎ）として計算することを含み、ここで、ｆｃはデータセットの中心周波数である。
【０００４】
本明細書の中の別の実施形態にしたがって、航空機は、複雑な残響キャビティーを有する複数の構造体、キャビティーの中の複数のアンテナ、及び複数の離散電磁周波数を有する信号によってキャビティーを励磁させて、各々のキャビティーに対して電磁場特性測定値のデータセットを取得するために、アンテナを使用する航空機アビオニクスを備える。各々のデータセットに対して、アビオニクスは、周波数ステップ（Δｆ）によってデータセットの上で任意の数（ｎ）の循環シフトを実行して、係数が相関関係の欠乏を示すまで各々のシフトにおいて共分散に基づく係数を計算する。その後、アビオニクスは、位置における品質係数（Ｑ）をｆｃ／（Δｆ×ｎ）として計算し、ｆｃはデータセットの中心周波数である。
【０００５】
本明細書の中の別の実施形態にしたがって、残響キャビティーを分析するためのネットワーク分析機械は、複数の離散電磁周波数においてキャビティーを励磁させる第１及び第２のポートの上に信号を発生させるための信号発生器；第１及び第２のポートの上の信号を読み込むための受信機；及び受信した信号を処理して位置における電力の測定値のデータセットを収集するようにプログラムされたプロセッサを備える。プロセッサはさらに、周波数ステップ（Δｆ）によってデータセットの上で任意の数（ｎ）の循環シフトを実行して、係数が相関関係の欠乏を示すまで各々のシフトにおいて共分散に基づく係数を計算し；かつ残響キャビティーの品質係数（Ｑ）をｆｃ／（Δｆ×ｎ）として計算するようにプログラムされ、ここで、ｆｃはデータセットの中心周波数である。
【０００６】
これらの特徴および機能は、様々な実施形態において単独で達成することも、他の実施形態において組み合わせることもできる。実施形態のさらなる詳細は、下記の説明及び図面を参照することによって理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、残響キャビティーのＱを評価するための方法を示す図である。
【図２】図２は、残響キャビティーのＱを評価するためのシステムを示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、測定値の元々のデータセットの循環シフトを示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、元々のデータセットに対する循環シフトされたデータセットの相関関係を示す図である。
【図４】図４は、より大きなデータセットのセグメントのＱを評価及び使用する方法を示す図である。
【図５】図５は、複雑な残響キャビティーを有する構造体を含む航空機を示す図である。
【図６】図６は、航空機においてリアルタイムでＱを評価及び使用する方法を示す図である。
【図７】図７は、複雑な残響キャビティー含む工場倉庫を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１が参照され、図１は、単純であるか又は複雑である残響キャビティーの品質係数（Ｑ）を評価する方法を示す。キャビティーの内部表面は、電磁波を反射して、共振周波数において共振又は共振挙動を示す。本明細書の中において使用されるように、用語「共振モードバンド幅」は、独立したモードの間の周波数の分離を意味している。
【０００９】
ブロック１１０において、キャビティーは、一定の周波数ステップ（Δｆ）によって分離される複数の離散電磁周波数を有する信号によって励磁される。各々の周波数において、励磁信号は適用され及び除外されて、次の周波数へと移動する前に電磁場が減衰することを可能にする。周波数は、一連の流れの中で連続して増加される。すなわち、キャビティーは、以下の一連の周波数によって励磁され：すなわち、ｆstart，ｆstart＋Δｆ，ｆstart＋２Δｆ，ｆstart＋３Δｆ，…ｆend、ここで、ｆstart及びｆendは、始まりの及び終わりの励磁周波数である。励磁の波長（λ）は、λ＝ｖ／ｆであり、ここで、ｖは、キャビティーの中における伝播の速度であり、ｆは、励磁周波数である。キャビティーの最小寸法は、一波長より大きい。Δｆの値、すなわち離散周波数の分離は、評価されるキャビティーの共振モードバンド幅よりも少なくとも１０倍小さい。以下で見られるように、１００倍小さい１つのΔｆは、１０倍小さい１つのΔｆよりもより高いＱの共振評価をもたらす。
【００１０】
またブロック１１０において、キャビティーの中で電磁場を特徴づける測定値が、取得されて蓄積される。電磁場特性測定値の例は、電力、電圧、電流、及びインピーダンスの測定値を含むが、それらに限定されるものではない。各々の測定値は、電磁場がビルドアップして安定な状態に到達した後に取得される。ｆendが測定されて蓄積された後に、種々の離散周波数に対応する電磁場特性測定値のデータセットが存在する。
【００１１】
ブロック１２０において、任意の数（ｎ）の循環シフトが、周波数ステップ（Δｆ）によってデータセットの上で実行され、係数が相関関係の欠乏を示すまで各々のシフトにおいて共分散に基づく係数が計算される。相関関係の欠乏は、シフトされたデータセット及び元々のデータセットと比較した場合の間の差異を示す。
【００１２】
共分散に基づく係数は、相関係数である。いくつかの例において、共分散に基づく係数は、ピアソンの積率相関係数である。
【００１３】
相関関係の欠乏は、係数を閾値と比較することによって決定される。しかし、一実施例のように、シフトは、係数が（１／ｅ）より小さくなるまで実行される。
【００１４】
ブロック１３０において、残響キャビティーの品質係数（Ｑ）は、ｆｃ／（Δｆ×ｎ）として計算される。積（Δｆ×ｎ）は、共振モードバンド幅に相当する。共振モードバンド幅は、周波数における分離キャビティーモードを示す。
【００１５】
図３Ａが参照され、図３Ａは、離散周波数における電力の測定値の元々のデータセットの実施例を示す。データセットは、全部で１００個のサンプルを含む。サンプルの間の固定されたバンド幅は、Δｆ＝５０キロヘルツである。シフトされていないサンプル（すなわち、元々のデータセットのサンプル）は、円（○）によって示されている。
【００１６】
図３Ａはまた、元々のデータセットの循環シフトを示している。ｎ＝５回シフトされたサンプルは、星（☆）によって示されている。ｎ＝１０回シフトされたサンプルは、箱（□）によって示されている。各々の循環シフトに対して、全てのサンプルは左シフトされ、第１のサンプルは最後の位置に移動される。データセットＳ0，Ｓ1，…Ｓ100について考えてみる。単一のシフト（ｎ＝１）に対して、シフトされたデータセットは、Ｓ1，…Ｓ100，Ｓ0になる。２番目のシフト（ｎ＝２）に対して、シフトされたデータセットは、Ｓ2，…Ｓ100，Ｓ0，Ｓ1になる。図３Ａは、左循環シフトを示しているが、代わりに右循環シフトが使用されてもよい。
【００１７】
図３Ｂはまた、元々のデータセットに対するシフトされたデータセットの相関関係を示している。ｎ＝７の場合、相関係数＜（１／ｅ）である。
【００１８】
図３Ａ及び図３Ｂの実施例に対して、Ｑ＝ｆｃ／（３５０キロヘルツ）である。この実施例は、５０キロヘルツの周波数ステップを使用している。より小さいステップが使用されていたならば（例えば、５キロヘルツ）、６０及び７０の間のシフトが実行されていただろうが、評価の分解能がより高くなっていただろうし、相関関係の欠乏は７０よりも６０の近くに示されていただろう。
【００１９】
励磁は送信され、キャビティーの中の１以上のアンテナによって測定値が取得される。電磁場が一様に分配される単純なキャビティーに対して、測定値は単一の位置において取得される。複雑なキャビティーに対しては、複数の測定値がキャビティーの中の種々の位置において取得される。
【００２０】
図１の方法は、数学的にモデル化することが極端に難しいキャビティーのＱの評価の単純なやり方を提供する。幾何学的な容積若しくは表面積、又は評価損失を計算する必要はない。方法は、複雑な形状及び特性を有するキャビティーのＱを評価することができる（例えば、種々の材料及び厚さから作られた壁、測定することが難しいカップリング、動的な損失のメカニズム、サイズ及びスペースにおいて異なる複数の開口部など）。
【００２１】
ここで、図２を参照すると、図２は、キャビティー２１０の内側の位置において第１のアンテナ２２０及び第２のアンテナ２３０を含む、残響キャビティー２１０を示している。各々のアンテナ２２０及び２３０は、送信及び受信することができる。アンテナ２２０及び２３０は、任意に置かれているが、マルチパス成分だけが効率よく結合されるように、２つのアンテナ２２０及び２３０を接続する見通し線構成要素は取り除かれることが望ましい。例えば、指向性アンテナは、それらが直交（９０度）するように、クロス配列の両極性を伴って互いに離れるように向けられる。
【００２２】
ネットワーク分析機械２４０のポート１及び２は、アンテナ２２０及び２３０に結合される。ネットワーク分析機械２４０は、信号発生器２４２、テストセット２４４、１以上の受信機２４６、及びプロセッサ２４８を含む。信号発生器２４２は、複数の離散周波数を有する信号を発生して、テストセット２４４は、信号発生器２４２からポート１及び２へ信号を送る。テストセット２４４はまた、受信した信号をポート１及び２から受信機２４６へ送る。受信機２４６は、送信されたエネルギーを測定する。プロセッサ２４８は、データセットを生成して、図１のブロック１２０及び１３０にしたがってＱを計算する。
【００２３】
例えば、機械２４０は、（１）第１のアンテナ２２０を使用して送信しその後受信する；（２）第１のアンテナ２２０を使用して送信し、第２のアンテナ２３０を使用して受信する；（３）第２のアンテナ２３０を使用して送信し、第１のアンテナ２２０を使用して受信する；（４）第２のアンテナ２３０を使用して送信しその後受信する；その後、（５）ｓパラメータ係数Ｓ11，Ｓ12，Ｓ21，及びＳ22を計算する；及び（６）利得／損失に対する送信係数Ｓ21に基づいて各々の離散周波数ステップにおいて電力を計算することによって、各々の周波数ステップにおけるｓパラメータを測定する。しかし、一実施例のように、電力は（｜Ｓ21｜）2として計算され、それは、送信係数Ｓ21の２乗の大きさである。
【００２４】
ネットワーク分析機械２４０は、従来のやり方においてｓパラメータを発生する市販のすぐに利用可能なネットワーク分析器であるが、ブロック１２０及び１３０における機能を実行できるように変更されている。しかしながら、ネットワーク分析機械２４０は、ネットワーク分析器に限定されない。第１の実施例として、ネットワーク分析機械２４０は、ブロック１２０及び１３０における機能を実行できるように変更された受信信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ）である。変更された受信信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ）は、無線ネットワークの中の位置において信号強度を計算することに加えて、Ｑを計算することができる。
【００２５】
第２の実施例として、ネットワーク分析機械２４０は、テスト信号を発生するための信号発生器、及び反応を分析しまたブロック１２０及び１３０における機能を実行するための分析器若しくは電磁場プローブを含む。
【００２６】
図２の２ポートネットワーク分析機械２４０は、電磁場が一様に分配される単純なキャビティーのＱを評価するために使用され得る。ネットワーク分析機械２４０は、ポート２及びポート１の間のＱを評価する。キャビティーが単純な幾何学的形状を有しているので、ポート２のアンテナは、キャビティーの範囲内のいずれかの位置に置かれ、同じＱが評価される。（単純なキャビティーの分析は、代わりに、送信信号を及び受信信号を孤立させるための単一のアンテナ及び時間ゲートを有する１ポート機械によって実行され得る。）
【００２７】
図２の２ポートネットワーク分析機械２４０はまた、電磁場が一様に分配されない複雑なキャビティーのＱを評価するために使用される。Ｑが空間的に変化する複雑なキャビティーに対して、複数の測定値がキャビティーの中の種々の位置において取得される。ポート２のアンテナは複数の位置に移動されて、ブロック１１０から１３０の機能が各々の位置で実行される。
【００２８】
ポート２のアンテナを移動する代わりに、ｎポート分析機械を使用することができ、ここで、ｎ＞３である。全てのｎアンテナは、複雑なキャビティーの範囲内の種々の興味の対象領域の中に置かれる。空間的なサンプリングが増加されているので、全体としてより高い分解能のＱの評価が計算される。例えば、Ｑ３４は、ポート４から送信され、ポート３の中へ受信されるようなＱであり、他の例も同じである。
【００２９】
図１の方法は、全体のデータセットの上で循環シフトを実行することに限定されない。離散周波数のバンド幅の測定値のセグメントが、循環シフトの代わりに使用され得る。例えば、全体のデータセットは、Δｆのステップにおけるｆstartからｆendにわたって取得された電力の測定値を含んでいる。しかしながら、特定の周波数だけが興味の対象である。興味の対象である周波数におけるＱを評価するために、セグメントのサイズは全体のデータセットの５パーセントであり、興味の対象の周波数はセグメントの中央にある。
【００３０】
ここで、図４を参照すると、図４は、キャビティーの範囲内の作動に対して無線システムを選択するために、全体のデータセットのセグメントを使用する方法を示している。２つの無線システムが考慮される：すなわち、９１５メガヘルツの搬送周波数を有するＲＦＩＤ（無線自動識別）システム、及び２．４５ギガヘルツの搬送周波数を有するＷｉＦｉシステムである。
【００３１】
ブロック４１０において、種々の離散周波数に対応する電磁場特性測定値のデータセットが、キャビティーに対して取得される。例えば、全体のデータセットは、Δｆ＝５０キロヘルツにおいてｆstart＝５００メガヘルツからｆend＝６０ギガヘルツにわたり取得された、電磁場特性測定値を含んでいる。
【００３２】
ブロック４２０において、興味の対象の第１の周波数に中心があるセグメントのＱが評価される。このセグメントは、ｆｃ＝９１５メガヘルツに中心があり、それは、ＲＦＩＤシステムの搬送周波数に対応する。
【００３３】
ブロック４３０において、興味の対象の第２の周波数に中心があるセグメントのＱが評価される。このセグメントは、ｆｃ＝２．４５ギガヘルツに中心があり、それは、ＷｉＦｉシステムの搬送周波数に対応する。
【００３４】
ブロック４４０において、システムは、評価されたＱの比較にしたがって選択される。さらに、選択されたシステムは、その評価されたＱにしたがって構成される。
【００３５】
図１の方法は、単純な残響キャビティーのＱを評価するために使用され得る。しかしながら、図１の方法の能力は、複雑なキャビティーに対するＱを評価できることにある。複雑なキャビティーは真の容積に関して特徴づけることが困難であり、それは、評価することが困難な損失のメカニズムを有し（例えば、混合される又は未知の材料の種類、開口部を通る漏れ）、並びにそれは隣接するキャビティー及び半閉鎖性の容積などの近隣の環境の中に結合され得る。加えて、複雑なキャビティーのＱは、空間的に変化する。
【００３６】
図１の方法は、複雑なキャビティーを有する任意の特定の種類の構造体に限定されない。３つの構造体の実施例が、今度は説明される。
【００３７】
第１及び第２の実施例は、航空機の構造体である。大きな（例えば、民間）航空機は、真の容積に関して特徴づけることが困難なより大きなキャビティーの範囲内の任意の形状又は仕切りを有する様々な構造体を含む。
【００３８】
図５は、種々の幾何学的な形状及び組成を有する残響キャビティーを伴う航空機の構造体を含む、航空機５００を示している。組成は、金属（例えば、アルミニウム、チタニウム、それらの合金）、複合材（例えば、炭素繊維強化プラスチック）、又は他の導電性の材料を含むことができる。
【００３９】
航空機の構造体は、翼５１０を含む。各々の翼５１０は、リブ、スパー、ストリンガー、及び主翼ボックスを形成する外板パネルを含む。リブは、主翼ボックスの範囲内の仕切られたキャビティーを形成する。各々の仕切られたキャビティーは、興味の対象の周波数の中の１以上の波長の最小寸法を有し得る。仕切られたキャビティーの容積は、根本から先端まで減少する。仕切られたキャビティーの形状は、翼５１０の根元から先端まで変化する。仕切られたキャビティーの間の電磁結合は、未知であるか又は測定することが非常に難しい。
【００４０】
損失のメカニズムは、主として表面における抵抗損失を含む。
【００４１】
主翼ボックスのキャビティーは、動的な損失のメカニズムを含む。例えば、主翼ボックスのキャビティーは、燃料タンクを形成する。燃料は飛行中に消費されるので、タンクの中の燃料のレベルは変化する。燃料自体は、いくらかの損失を有する。
【００４２】
加えて、翼５１０の形状は、飛行中に変化する。翼５１０は、飛行中にしなることができ、そのことは、仕切られたキャビティーの間の幾何学的な形状及び結合を変化させることができる。図１の方法によるＱの評価は、これらのダイナミクスを説明することができる。
【００４３】
Ｑは、主翼ボックスのキャビティーの範囲内において空間的に変化する。図１の方法は、１以上の仕切られたキャビティーにおいてＱを評価するために使用され得る。
【００４４】
航空機の構造はまた、フレーム部材、床梁、補強材、及び外板から作られる胴体５２０を含む。これらの要素はまた、航空機の客室、コックピット、調理室、電気設備室、及び貨物室などのより小さなキャビティーへと仕切られる大きな残響キャビティーを形成する。例えば、航空機の客室は、窓及びドアのための開口部、席、人々、及びエネルギーを吸収する無線装置アンテナを含む損失のメカニズムを含むが、それらに限定されるものではない。これらの損失の多くは動的であり：すなわち、人々は胴体の範囲内で移動して、ドアは開いたり閉じたりして、無線装置はスイッチがオンにされたりオフにされたりする。航空機の客室は、他の仕切られたキャビティーの一部と電磁気的に結合される。
【００４５】
図１の方法は、航空機の客室の範囲内でＱを評価するために使用され得る。それはまた、胴体５２０の中の他の仕切られたキャビティーのうちのいずれかの範囲内で、Ｑを評価するために使用され得る。
【００４６】
航空機５００はさらに、励磁周波数を送信して残響エネルギーを受信するための複数の放射素子５３０を含む。
【００４７】
航空機５００はさらに、アビオニクス５４０を含む。アビオニクス５４０は、電気設備（ＥＥ）室の中に置かれる。アビオニクス５４０は図１の方法を利用して、航空機の中のＱのリアルタイムでの評価を実行する。
【００４８】
付加的に図６が参照される。ブロック６１０において、アビオニクスは、リアルタイムで、翼５１０及び胴体５２０の範囲内の仕切られたキャビティーの各々のＱを連続的に評価する。ブロック６２０において、アビオニクスは、評価されるＱにおける変化に反応して作動する。
【００４９】
第１の実施例として、燃料タンクのＱがモニターされる。燃料自体はいくらかの損失を有し、したがって全ての他の物事が等しければ、空の燃料タンクを有する翼５１０は、満タンのタンクを有する翼５１０よりも高いＱを有する。Ｑは、燃料を抜く及び燃料を補給する間にモニターされて、空のタンク及び満タンのタンクの既知の基準値と比較される。飛行中のＱの変化は、燃料のレベルを決定するために使用される。Ｑのそのようなモニタリングは、燃料量表示システム（ＦＱＩＳ）に対するフィードバックとして使用され、又はＦＱＩＳの代わりとして使用される。
【００５０】
第２の実施例として、胴体５２０のＱがモニターされる。Ｑの変化は、ドアが開いている及び閉じていることを検出するために使用され、また胴体５２０に人々が入ってくる及び出て行くことを検出するために使用される。
【００５１】
第３の実施例として、Ｑのリアルタイムの評価及びモニタリングは、航空機５００の構造健全性をチェックするために使用される。構造異常又は構造欠陥（例えば、大きな孔）は、損失のメカニズムを取り込んで、Ｑを変化させる。これらの変化は、構造健全性をモニターするために使用される。航空機搭乗員又は地上勤務員は、構造健全性における変化に関して警戒態勢をとらされる。
【００５２】
Ｑに基づく構造健全性のモニタリングは、本出願人の米国特許番号８，０２６，８５７において説明される無線データ通信をさらに良くするために使用される、航空機の構造体の上で実行される。‘８５７の特許は、キャビティーを導波管又は共鳴装置として使用してデータ及び電力を伝播する、無線バスについて説明している。キャビティーが電力又は信号を伝播するために使用されているならば、そのキャビティーのＱはモニターされる。電力又は信号を伝播するために使用される航空機の構造体５５０の実施例は、環境制御システム（ＥＣＳ）ダクト、燃料及び油圧システムのチューブ、及び推進システムのナセル及びパイロンを含むが、それらに限定されるものではない。これらの構造体のＱの変化は、モニターされる。
【００５３】
ここで、図７を参照すると、図７は、複雑なキャビティーを有する異なる種類の構造体：すなわち工場倉庫７００を示している。工場倉庫７００は、種々の材料及び厚さの壁及び床７１０を有する。工場倉庫７００は、種々の部屋（仕切られたキャビティー）７２０を有し、それらの部屋は電磁気的に結合される。工場倉庫７００はまた、ドア及び窓などの開口部７３０を有し、それらは開かれたり閉じられたりする。工場倉庫７００はまた、種々のサイズ及び材料の物体を含み、それらの物体は付加的な損失のメカニズム７４０を提供する。これらの物体のいくつか（人々、カート）は、工場倉庫の範囲内で移動する。大きな道具などの他の物体は、移動しないが作動中に構成を変えるかもしれない。それゆえ、工場倉庫７００のＱは、混合された又は未知の材料の種類、開口部を通る漏れ、隣接する環境の中への結合、損失のメカニズムの動作などのために、測定することが難しい。
【００５４】
ＲＦＩＤシステム７５０が、工場倉庫７００に対して提案されている。ＲＦＩＤシステム７５０は、工場倉庫７００の範囲内の資源（例えば、道具、材料、製品）を追跡するためのタグ及びリーダーを含む。リーダーは、工場倉庫７００の中の様々な位置に置かれ、タグは、資源に固定される。
【００５５】
Ｑの評価は、興味の対象の種々の周波数に対して行われ、その評価は工場倉庫７００の中の種々の位置において行われ得る。これらの評価は、ＲＦＩＤシステム７５０を設計及び統合するために使用される。例えば、Ｑは、いくつのリーダーが必要であるかを示唆する。より高いＱは、対象範囲が増加されるのでより少ないリーダーが必要であることを示唆する。Ｑはまた、リーダーの位置を選択するために使用される。
【００５６】
Ｑは、搬送周波数、データ転送速度、及びプロトコルを選択するために使用される。例えば、高いＱのキャビティーは、エネルギーがより長く蓄積され、反射が受信機の中へ戻るように結合し干渉をもたらし得ることを意味する。データ転送速度が非常に速いならば、電磁場は次のシンボルが送信される前に安定するための適切な時間を持たず、それによって干渉が起きる。Ｑを知ることは、システム７５０のデータ転送速度をより低くするか、又は遅い時間の反射を取り扱うその精巧さを増加させるかの決定を強いる。
【００５７】
さらに、本開示は、以下の条項にしたがう実施形態を含む。
【００５８】
条項１
複数の離散電磁周波数を有する信号によって励磁される残響キャビティーの内側の位置における電磁場特性測定値のデータセットを収集することと、
周波数ステップ（Δｆ）によって前記データセットの上で任意の数（ｎ）の循環シフトを実行して、係数が相関関係の欠乏を示すまで各々のシフトにおいて共分散に基づく前記係数を計算することと、
前記残響キャビティーの品質係数（Ｑ）をｆｃ／（Δｆ×ｎ）として計算することとを含み、ｆｃは前記データセットの中心周波数である、方法。
【００５９】
条項２
前記データセットを収集することは、前記位置におけるｓパラメータを測定すること、及び送信係数Ｓ21に基づいて電力の測定値を計算することを含む、条項１に記載の方法。
【００６０】
条項３
前記共分散に基づく係数は、相関係数である、条項１に記載の方法。
【００６１】
条項４
前記共分散に基づく係数は、ピアソンの積率相関係数である、条項１に記載の方法。
【００６２】
条項５
前記シフトは、前記係数が（１／ｅ）より小さくなるまで実行される、条項１に記載の方法。
【００６３】
条項６
前記周波数ステップ（Δｆ）は、前記キャビティーの共振モードバンド幅より小さい、条項１に記載の方法。
【００６４】
条項７
前記データセットを収集することは、ｎポートネットワーク分析機械を使用して前記残響キャビティーを分析することを含む、条項１に記載の方法。
【００６５】
条項８
前記データセットを収集することは、前記キャビティーの中の前記位置において第１及び第２のアンテナを配置すること；並びにネットワーク分析機械を使用して、励磁信号を前記アンテナに適用し、前記アンテナから信号を受信し、前記データセットを計算し、前記循環シフトを実行し、及び前記品質係数を計算することを含む、条項１に記載の方法。
【００６６】
条項９
付加的な電力の測定値が、前記キャビティーの中の付加的な位置において取得され；かつ各々の付加的な位置に対して、対応する前記データセットが循環シフトされＱが計算される、条項１に記載の方法。
【００６７】
条項１０
付加的な電磁場特性測定値が、前記キャビティーの中の付加的なアンテナの位置において取得され；かつＱが前記位置の各々に対して計算される、条項１に記載の方法。
【００６８】
条項１１
前記循環シフトが、前記データセットのセグメントの上で実行され、前記セグメントは中心が興味の対象の周波数にあり；かつＱが前記セグメントに対して評価される、条項１に記載の方法。
【００６９】
条項１２
興味の対象の異なる周波数に中心があるセグメントに対してＱを評価すること；及び２つの前記セグメントの前記Ｑを比較することをさらに含む、条項１１に記載の方法。
【００７０】
条項１３
興味の対象の種々の周波数は、種々の搬送周波数を有する無線システムに対応し；かつ前記システムのうちの１つは、Ｑの比較にしたがって選択される、条項１１に記載の方法。
【００７１】
条項１４
前記キャビティーは、複数の変化するサイズのパーティション、及び未知の電磁結合を含む、条項１に記載の方法。
【００７２】
条項１５
前記キャビティーは、航空機の翼によって形成され、前記翼は複数の動的な損失のメカニズムを含む、条項１４に記載の方法。
【００７３】
条項１６
前記翼は燃料を蓄積するように構成され、前記方法はさらに、評価されるＱの変化をモニタリングして燃料のレベルを決定することを含む、条項１５に記載の方法。
【００７４】
条項１７
前記キャビティーは、航空機の胴体によって形成され、前記胴体は複数の動的な損失のメカニズムを含む、条項１に記載の方法。
【００７５】
条項１８
前記キャビティーは、工場倉庫によって形成され、前記倉庫は複数の動的な損失のメカニズムを含む、条項１に記載の方法。
【００７６】
条項１９
残響キャビティーの範囲内の位置において複数のアンテナを含む前記キャビティー；及び条項１に記載の方法を実行するために前記アンテナを使用するネットワーク分析機械を備える、システム。
【００７７】
条項２０
複雑な残響キャビティーを有する複数の構造体と；
前記キャビティーの中の複数のアンテナと；
複数の離散電磁周波数を有する信号を使用して前記キャビティーを励磁し、各々のキャビティーに対して電磁場特性測定値のデータセットを取得し；各々のキャビティー位置に対して周波数ステップ（Δｆ）によって前記データセットの上で任意の数（ｎ）の循環シフトを実行し、係数が相関関係の欠乏を示すまで各々のシフトにおいて共分散に基づく前記係数を計算し；かつ前記位置における品質係数（Ｑ）をｆｃ／（Δｆ×ｎ）として計算するために、前記アンテナを使用する航空機アビオニクスであって、ｆｃはデータセットの中心周波数である、航空機アビオニクスとを備える、航空機。
【００７８】
条項２１
残響キャビティーを分析するネットワーク分析機械であって、複数の離散電磁周波数において前記キャビティーを励磁する第１及び第２のポートの上に信号を発生する信号発生器；前記第１及び第２のポートの上の信号を読み込む受信機（２４６）；並びに受信した前記信号を処理して位置において電力の測定値のデータセットを収集し；周波数ステップ（Δｆ）によって前記データセットの上で任意の数（ｎ）の循環シフトを実行し、係数が相関関係の欠乏を示すまで各々シフトにおいて共分散に基づく前記係数を計算し；かつ前記残響キャビティー（２１０）の品質係数（Ｑ）をｆｃ／（Δｆ×ｎ）として計算するように、プログラムされるプロセッサ（２４８）を備え、ｆｃは前記データセットの中心周波数である、ネットワーク分析機械。
【符号の説明】
【００７９】
１１０  ブロック
１２０  ブロック
１３０  ブロック
２１０  キャビティー
２２０  アンテナ
２３０  アンテナ
２４０  ネットワーク分析機械
２４２  信号発生器
２４４  テストセット
２４６  受信機
２４８  プロセッサ
４１０  ブロック
４２０  ブロック
４３０  ブロック
４４０  ブロック
５００  航空機
５１０  翼
５２０  胴体
５３０  アンテナ
５４０  アビオニクス
５５０  残響キャビティーを有する他の構造体
６１０  ブロック
６２０  ブロック
７００  工場倉庫
７１０  壁及び床
７２０  部屋
７３０  開口部
７４０  付加的な損失のメカニズム
７５０  ＲＦＩＤシステム
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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2015045638000002.pdf
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