ЦИФРОВАЯ АУДИОСИСТЕМА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
AIRCRAFT DIGITAL AUDIO SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к цифровой аудиосистеме летательного аппарата и в частности к цифровой аудиосистеме, содержащей более одного аудиоустройства и более одного радиоустройства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В известных аудиосистемах оператор с помощью гарнитуры, которая передает аудиосообщение, будет слышать свой собственный голос в гарнитуре с временной задержкой менее примерно 20 мс от выдачи сообщения, так что радиостанция, которая передает сообщение в эфир, отправляет обратно «эхо-сообщение», широко известное как местный эффект.
Прием местного эффекта в гарнитуре оператора выполняет две функции: не создавать ему помехи (позволяя ему слышать свой собственный голос, как это происходит, когда не используется гарнитура) и подтверждать, что аудиосообщение должным образом было передано в эфир по радиостанции.
Если радиостанция не передает, местный эффект не отправляется обратно, и его отсутствие позволяет оператору быть информированным об этом.
Также известны аудиосистемы летательного аппарата, использующие локальный местный эффект для уменьшения времени, затрачиваемого пилотами для установления радиосвязи.
В известных аудиосистемах летательного аппарата, которые управляют более чем одним аудиоустройством и более чем одним радиоустройством и имеют задержки более 20 мс в сумме прямого и обратного маршрутов, распределение местного эффекта не позволяет оператору говорить без помех, потому что он слышит собственный голос с задержкой.
Настоящее изобретение направлено на решение этой проблемы.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения состоит в создании аудиосистемы для летательного аппарата, работающей с задержками передачи аудиосигнала более 20 мс, что позволяет операторам принимать качественные и надежные аудиоданные местного эффекта.
Задача решается посредством системы, содержащей одно или более аудиоустройств и одно или более радиоустройств. Каждое радиоустройство содержит средство приема/передачи аналоговых аудиосообщений и имеет установленный поблизости терминал цифровой аудиосистемы (далее радиотерминал), соединенный с цифровой сетью, которая включает в себя блок управления цифровыми сообщениями и цифровой сигнальный процессор. Каждое радиоустройство включает в себя микрофон, активатор дискретного сигнала для выдачи аналоговых аудиосообщений и гарнитуру для приема аналоговых аудиосообщений и имеет установленный поблизости терминал цифровой аудиосистемы (далее аудиотерминал), который включает в себя блок управления цифровыми сообщениями, с компьютерной программой, которая выполнена с возможностью формирования местного эффекта аналогового аудиосообщения, выданного микрофоном, и для активации/деактивации его отправки в гарнитуру, когда аудиотерминал принимает от радиотерминала команду активации/деактивации для упомянутого местного эффекта, и цифровой сигнальный процессор.
Предпочтительно в цифровых аудиосистемах с задержками более 20 мс команда активации/деактивации местного эффекта принимается в аудиотерминале за время менее 120 мс, по отношению ко времени формирования аналогового аудиосообщения. С другой стороны, при приеме команды активации местный эффект принимается гарнитурой за время менее 20 мс параллельно со временем передачи. Затем, в случае успешной передачи, решается задача, состоящая в том, что оператор слышит свой собственный голос с временной задержкой менее 20 мс, будучи не связанным в этом отношении с потерей местного эффекта для части аудиосообщения, прошедшего в течение времени ожидания для команды активации (менее 120 мс).
Предпочтительно местный эффект формируется с громкостью, установленной в приемном потенциометре радиоустройства.
В одном из вариантов осуществления, цифровой сигнальный процессор радиотерминала включает в себя компьютерную программу для передачи упомянутой команды активации/деактивации в аудиотерминал, когда уровень мощности аудиосигнала в линии приема радиоустройства превышает/не превышает заданный уровень. Следовательно, результат мониторинга возвратного сигнала радиоустройства определяет выдачу упомянутой команды.
В одном из вариантов осуществления, цифровой сигнальный процессор радиотерминала включает в себя компьютерную программу для передачи команды деактивации в аудиотерминал, когда нет аудиосигнала в линии передачи радиоустройства. Линия передачи, таким образом, отслеживается для обнаружения ошибок в самой цифровой аудиосистеме.
В других вариантах осуществления рассматриваются адаптации цифровой аудиосистемы к особым конфигурациям, таким как:
- Два оператора передают одновременно по одной радиостанции.
- Тоны синхронизации радиосвязи.
- Мелодия вызывного сигнала PA (радиооповещения пассажиров).
- Одновременные передачи.
Другие желательные отличительные признаки и преимущества цифровой аудиосистемы в соответствии с изобретением станут очевидны из последующего подробного описания изобретения и прилагаемой формулы изобретения, в связи с приложенными чертежами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1a и 1b представляют собой схематичные представления, показывающие основные компоненты цифровой аудиосистемы, известной в области техники. Показаны аудиоустройство, радиоустройство и аудио- и радиотерминалы, установленные рядом с ними, которые соединены с цифровой сетью.
Фиг. 2 представляет собой схематичное представление аудиоустройства и аудиотерминала, установленного рядом с ним, принадлежащего цифровой аудиосистеме в соответствии с изобретением.
Фиг. 3 представляет собой схематичное представление, иллюстрирующее формирование и передачу местного эффекта в цифровой аудиосистеме в соответствии с изобретением.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как показано на Фиг. 1a и 1b, известная цифровая аудиосистема летательного аппарата содержит, с одной стороны, одно или более аудиоустройств 11 с аудиотерминалом 27, установленным вблизи каждого аудиоустройства, и, с другой стороны, одно или более радиоустройств 47 с радиотерминалом 45, установленным вблизи каждого радиоустройства 47. Аудиотерминал 27 и радиотерминал 45 соединены с цифровой сетью 15, в которой как аудиосообщения, так и сообщения данных передаются для управления системой.
Аудиоустройство 11 содержит устройства, управляемые оператором, т.е. микрофон 21, переключатель 23 дискретного сигнала PTT (переключения приема и передачи), относящегося к передаче сообщения, и гарнитуру 25.
Аудиотерминал 27 содержит несколько компонентов для выполнения задач, включенных в управление цифровыми сообщениями.
Эти компоненты включают в себя:
- Блоки 29, 35 настройки для выполнения усиления и адаптации импеданса к цифровому аудиосигналу, приходящему из микрофона 21, и к аналоговому аудиосигналу, отправленному в гарнитуру 25.
- Преобразователи 31 A/D D/A для выполнения преобразования аналогового сигнала, выдаваемого микрофоном 21, в цифровой сигнал, и преобразования цифрового сигнала, отправленного в гарнитуру 25, в аналоговый сигнал.
- Блок 37 управления цифровыми сообщениями, который может быть FPGA (программируемой вентильной матрицей), которая в дополнение к группировке в пакеты конфигурируемого размера цифровых кадров, являющихся результатом преобразования A/D аудиосигнала, соответствующего сообщению, выданному посредством микрофона 21, выполняет задачи управления сообщениями по отношению к сигналам, отправленным переключателем 23, или к командам, принятым от цифрового сигнального процессора 39.
- Цифровой сигнальный процессор 39, который выполняет обработку цифровых сигналов и дает команды сетевым интерфейсам на проверку и отправку цифровых аудиосообщений в сеть 15 данных.
Радиоустройство 47 содержит средство для передачи/приема аналоговых аудиосообщений.
Радиотерминал 45 содержит несколько компонентов для выполнения задач, включенных в управление цифровыми сообщениями. Эти компоненты, подобные компонентам аудиотерминала 27 аудиоустройства 11, включают в себя цифровой сигнальный процессор 59, блок 57 управления цифровыми сообщениями, блоки 53, 51 настройки для выполнения усиления и адаптации импеданса к аналоговому аудиосигналу, приходящему из средства приема/передачи радиоустройства 47, и к аналоговому аудиосигналу, приходящему из микрофона 21 и преобразователей 49 A/D D/A, для выполнения преобразования аналогового аудиосигнала, приходящего из средства приема/передачи радиоустройства 47, в цифровой сигнал и преобразования цифрового сигнала, приходящего из микрофона 21, в аналоговый сигнал.
Цифровой аудиосигнал, соответствующий аудиосообщению, выданному микрофоном 21, принимается в цифровом сигнальном процессоре 59 радиотерминала 45 и отправляется в блок 57 управления цифровыми сообщениями, который управляет смешиванием этого сигнала с другими сигналами, принятыми другими каналами, а также активацией передачи PTT дискретного сигнала из команд, принятых из цифрового сигнального процессора 59. После преобразования в аналоговый сигнал в преобразователе 49 D/A и усиления и адаптации импеданса в блоке 51 настройки сообщение достигает средства приема/передачи радиоустройства 47, из которого оно передается в свое место назначения.
С другой стороны, возвратный аналоговый сигнал из радиоустройства 47 после усиления и адаптации импеданса в блоке 53 настройки преобразуется в цифровой сигнал в преобразователе 49 A/D и прибывает в блок 57 управления цифровыми сообщениями и в цифровой сигнальный процессор 59, который отправляет его в цифровую сеть 15.
Средство приема/передачи аналоговых сообщений радиоустройства 47 содержит передатчик 61, блок 65 управления, приемник 63, антенну 67 и коммутатор 69 и выполнено таким образом, что коммутатор 69 позволяет добавлять сигнал линии 71 передачи к линии 73 приема, когда передача аудиосообщения успешна. Соответствующее аудиосообщение достигает гарнитуры 25 оператора аудиоустройства, подтверждая передачу сообщения. Таким образом, передаваемый местный эффект отправляется посредством приемной линии 73, когда передача успешна. Если передача не удается, коммутатор 69 закрывается, и местный эффект не появляется в приемной линии 73, при этом его отсутствие является предупреждением для оператора аудиоустройства 11.
Значения времени задержки в цифровых аудиосистемах, таких как описанная система, могут быть такими, что они не позволяют работать с радиоустройством 47, потому что местный эффект не может быть принят в приемной линии 73 с достаточно низкой задержкой. Это накладывает ограничения на задержку сигнала в аудиосистеме величиной менее 10 мс на маршрут, что может быть затруднительным для реализации в цифровых аудиосистемах, содержащих несколько единиц передающего оборудования и несколько служб связи, как это происходит в цифровых аудиосистемах некоторых летательных аппаратов.
Для решения этой проблемы, настоящее изобретение предлагает формировать местный эффект в аудиотерминале 27 рядом с аудиоустройством 11 и отправлять его в гарнитуру 25, когда аудиотерминал 27 принимает из радиотерминала 45 рядом с радиоустройством 47, куда отправлено сообщение, команду, подтверждающую успешную передачу аудиосообщения. Местный эффект будет слышен в гарнитуре 25 с громкостью, соответствующей приемному потенциометру радиоустройства 47. Таким образом, поддерживается принцип, заключающийся в том, что местный эффект соответствует возвратному радиосообщению, чья громкость управляется потенциометром этой радиостанции.
Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением, формирование локального местного эффекта основано на обнаружении местного эффекта в радиоустройстве 47. Если происходит успешная передача посредством радиоустройства, формирование локального местного эффекта и его отправка в гарнитуру 25 оператора с хорошим качеством звука активируется без необходимости какой-либо сложной обработки сигнала, требующей загрузки процессора, как обсуждено ниже. В случае неудачной передачи радиоустройством местный эффект не отправляется, сообщая оператору о проблеме передачи.
С этой целью в цифровой аудиосистеме, в соответствии с изобретением, содержащей аудиоустройство 11 и аудиотерминал 27, представленные на Фиг. 2, и радиотерминал 45 и радиоустройство, показанные на Фиг. 1b, блок 37 управления цифровыми сообщениями аудиотерминала 27 включает в себя компьютерную программу для отправки местного эффекта в гарнитуру 25, блок 57 управления цифровыми сообщениями радиотерминала 45 включает в себя компьютерную программу для обнаружения того, было ли передано или не передано аудиосообщение средством приема/передачи радиоустройства 47, и цифровые сигнальные процессоры 39, 59 аудиотерминала 27 и радиотерминал 45 включают в себя компьютерные программы для отправки команды в блок 37 управления цифровыми сообщениями, чтобы активировать отправку местного эффекта в гарнитуру 25 в случае успешной передачи и деактивировать ее в противном случае.
Последовательность инициализации команды активации соответствует следующей схеме (см. Фиг. 3).
Этап 80 показывает приведение в действие переключателя 23 дискретного сигнала PTT оператором аудиоустройства 11, который достигает блока 37 управления цифровыми сообщениями аудиотерминала 27 и запускает механизм обнаружения местного эффекта в радиотерминале 45.
На этапе 81 блок 37 управления цифровыми сообщениями отправляет в цифровой сигнальный процессор 39 аудиотерминала 27 аудиосообщение, выданное микрофоном 21, в формате цифрового кадра, указывая в заголовке кадра, что это аудиосообщение от аудиоустройства 11, соответствующее дискретному сигналу PTT, отправленному переключателем 23.
На этапе 82 цифровой сигнальный процессор 39 отправляет команду в блок 37 управления цифровыми сообщениями для деактивации местного эффекта, которая обеспечивается в этом блоке.
На этапе 83 цифровой сигнальный процессор 39 аудиотерминала 27 отправляет аудиосообщение в цифровой сигнальный процессор 59 радиотерминала 45 посредством цифровой сети 15 с заголовком, который включает в себя данные аудиоустройства 11 источника и радиоустройства 15 адресата.
На этапе 84 цифровой сигнальный процессор 59 отправляет аудиосообщение в блок 57 управления цифровыми сообщениями радиотерминала 45, который на этапе 85 отправляет его в средство передачи/приема радиоустройства 47 после его преобразования в аналоговый сигнал в преобразователе 49 D/A.
Если средство передачи/приема радиоустройства 47 успешно выполняет передачу, местный эффект в радиостанции формируется на этапе 86 посредством коммутирующего устройства 69, управляемого блоком 65 управления.
На этапе 87 местный эффект отправляется в блок 57 управления цифровыми сообщениями, а затем, на этапе 88, в цифровой сигнальный процессор 59 радиотерминала 45, где выполняется измерение уровня принятого аудиосигнала.
На этапе 89 цифровой сигнальный процессор 59 отправляет принятые цифровые аудиокадры в цифровой сигнальный процессор 39 соответствующего аудиотерминала 27 через цифровую сеть 15 с заголовком, указывающим в качестве источника радиоустройство 45 и в качестве адресата аудиоустройство 11, если уровень принятого сигнала превышает заданную пороговую величину.
На этапе 90 цифровой сигнальный процессор 39 отправляет команду для активации местного эффекта в блок 37 управления цифровыми сообщениями аудиотерминала 27 после проверки, что данные идентификации источника/адресата упомянутых кадров соответствуют данным кадров, отправленных на этапе 83. Прием этих команд активирует, как было упомянуто выше, отправку местного эффекта в гарнитуру 25 аудиоустройства 11. Упомянутая активация не имеет место, если упомянутая команда не принята.
В нижней части Фиг. 3 показаны временные интервалы (в мс), участвующие в этапах, которые были упомянуты, для отправки местного эффекта в гарнитуру аудиоустройства, включающие в себя максимум около 120 мс, что является достаточно малым, так как оператор аудиоустройства не воспринимает начальный разрыв в начале разговора.
Цифровой сигнальный процессор 59 радиотерминала 45 также отслеживает уровень аудиосигнала в приемной линии 71, в то время как упомянутый дискретный сигнал PTT активирован. Если в этом случае уровень аудиосигнала в приемной линии 71 потерян, цифровой сигнальный процессор 59 радиотерминала 45 деактивировал бы передачу аудиокадров, упомянутых на этапе 89. При отсутствии упомянутых аудиокадров цифровой сигнальный процессор 39 аудиотерминала 27 отправляет на этапе 91 команду блоку 37 управления цифровыми сообщениями на деактивацию отправки местного эффекта в гарнитуру 25 аудиоустройства 11, предотвращая его получение оператором.
Поскольку в настоящем изобретении местный эффект не обеспечивается радиоустройством 45, но получается из микрофона 21 аудиоустройства 11, цифровая аудиосистема должна быть готова разместить его в тех случаях, когда аудиосигнал, обеспечиваемый в приемной линии 73 радиоустройства 45, отличается от аудиосигнала, переданного из микрофона 21. Некоторые из этих ситуаций и соответствующая адаптация в аудиосистеме описаны ниже.
Два оператора передают одновременно по одной радиостанции. Если цифровая аудиосистема позволяет, чтобы два аудиоустройства передавали одновременно через одно и то же радиоустройство, цифровая аудиосистема должна быть выполнена таким образом, чтобы локальный местный эффект, полученный из микрофона одного аудиоустройства, приходил на другое аудиоустройство, когда соответствующее сообщение успешно передается радиоустройством.
Радиоустройство в КВ-радиостанциях. Когда КВ-радиостанции настраиваются на частоту, им необходимо начальное время, недоступное для передачи. В течение этого времени радиостанция отправляет оповещение оператору посредством приемного радиоканала, информируя о том, что передача недоступна. Оповещение отправляется в виде тоновой структуры. Использование локального местного эффекта требует, чтобы цифровая аудиосистема была способна обнаруживать эту тоновую структуру и передавать этот аудиосигнал оператору.
Радиоустройство в УКВ/КВ радиостанциях. «Шифры» УКВ/КВ радиостанций обеспечивают в начале передачи тоновое предупреждение, что передача невозможна в течение определенного времени. Если продолжительность тона постоянна, использование локального местного эффекта требует, чтобы цифровая аудиосистема имела таймер, который позволяет оператору слышать этот тон в течение заданного времени.
Мелодия вызывного сигнала PA (радиооповещения пассажиров). Система PA летательного аппарата выдает в начале передачи тон оповещения инициирования вызова. Если продолжительность тона постоянна, использование локального местного эффекта требует, чтобы цифровая аудиосистема имела таймер, который позволяет оператору слышать этот тон в течение заданного времени.
Одновременные передачи. Для тех цифровых аудиосистем, чья производительность позволяет одновременную передачу различными радиостанциями, каждая из них обеспечивает местный эффект. Использование локального местного эффекта требует определения того, какая радиостанция отслеживается, чтобы обнаруживать местный эффект радиостанции, и какая громкость применена к этому местному эффекту. Одно из возможных решений заключается в том, чтобы местный эффект отслеживался в радиостанции, имеющей приемный потенциометр с большей громкостью, и чтобы громкость местного эффекта соответствовала положению этого потенциометра. Другое возможное решение заключается в обеспечении обнаружения местного эффекта радиостанции и его громкости последовательно от первой до последней выбранной радиостанции в конфигурации одновременной передачи.
Хотя настоящее изобретение было описано в связи с различными вариантами осуществления, из описания будет понятно, что в нем могут быть выполнены различные сочетания элементов, вариации или усовершенствования, которые будут находиться в пределах объема изобретения.