容错光学设备制造技术

一种容错光学设备，其抵御弹道冲击伤害、能够实现分布式处理和联网且使用聚合物膜的分光光度透射特性。本发明专利技术涉及应用于具有固定机翼或旋转机翼的飞行器的光学透射的技术领域，而不管这些机翼是否被引导。

Fault-tolerant optical equipment

A fault tolerant optical device that resists ballistic impact damage, enables distributed processing and networking, and uses polymer membrane for transmission characteristics. The invention relates to the technical field of optical transmission applied to aircraft with fixed wings or rotating wings, regardless of whether or not these wings are guided.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】容错光学设备
本专利技术的目标为一种容错光学设备，其使得能够通过互连多个电子系统而进行分布式处理、能够提供高速数据通信、多个联网和分布式处理且抵御弹道伤害和EMP攻击。所述光学设备包括部署在整个车辆中的实现光传播的光学透明聚合物膜，且能够在连接到例如(但不限于)航空电子装备和飞行控制系统等子系统的多个光学收发器接口之间提供光学通信。所述光学设备能够使得多个相异且相互隔离的网络能够共享相同的传输媒体。所揭示的光学设备的目的是能够提供在当今战场上操作所必需的弹道冲击回弹性以及EMP(电磁脉冲)和ESD(静电放电)抵抗性。本专利技术涉及优选地应用于具有固定机翼或旋转机翼的飞行器的光学透射和联网的
，而不管这些机翼是否被引导。然而，本专利技术还可应用于例如陆上或海上车辆等其它领域，或甚至应用于地面通信或在网络中工作的工业系统。
技术介绍
数十年来，基于铜和/或铝的布线织机已经用于互连并提供集成在飞行器和其它类型车辆中的子系统之间的信息传送。由机械、电化学和热应力引起的布线织机老化是系统故障的已知来源。这种众所周知的弱点被证明是多起撞击的原因(例如TWA800)。此外，军用飞行器需要弹道冲击回弹性，从而外加冗余电缆、遵循不同的路径、由此增加重量而牺牲有效载荷，且使维护操作复杂化。从航空观点看，布线故障是不定期维护的经常性原因，从而限制飞行器的可用性和利润率。因此，需要改进车辆的容错性和弹道冲击回弹性，且减少车辆的生产时间和成本。随着基于馈给虚拟阴极振荡器(virtualcathodeoscillator，或称vircator)的通量压缩产生器的EMP(电磁脉冲)武器在现代战场上越来越普遍，RF硬化成为军用车辆和装备的标志。核弹头的高空爆炸是军用系统必须防护的EMP的另一来源。然而，使用金属屏蔽、耗散性EMP保护和滤波使得EMP硬化电缆显著重于常规布线。数据线最容易受到EMP攻击和静电放电(ESD)影响，因为它们携载小信号且连接到最敏感和易损的组件。在某种程度上，任何常规布线都是辐射发射和辐射易感性两个观点上固有的电磁弱点的原因。业界对此问题的常见解决方案是使用物理上较重的屏蔽电缆来实现电磁保护。鉴于此情境，本专利技术的另一目标是显著减少车辆对EMP攻击的脆弱性。对于现代电动或混合电动传动系，在集成到飞行器上时，基于铜和/或铝的布线是已知的弱点。电动传动系现在正以小发电厂形式集成在许多UAV和载人飞行器上。然而，那些推进系统通常是围绕标准的现用组件而开发。通常的分体配置包含由一或多个单独的控制器供电的一或多个电动机，所述一或多个单独的控制器完全由外部控制单元管理。那些电力推进系统的主要限制之一在于其与周围环境的不良电磁兼容性：电机控制器中常用来最小化功率损失的快速切换功率电路(例如IGBT和/或MOSFET)是电磁兼容性问题的一个原因。此类电路会产生高阶谐波，因此会对周围的航空电子装备和机载电子系统造成严重干扰。干扰由控制器单元以两种形式产生：辐射发射(RE)和/或传导发射(CE)。前者是指电磁无线电波的自由空间传播，而后者是指沿着电力线和数据电缆传播的电磁信号，其可能会干扰飞行器的系统的操作。辐射发射抑制通常需要在控制器电路周围安装重金属屏蔽件，而传导发射可通过使用在控制器的DC电力端口中插入的本质上重的在线滤波器结合屏蔽电缆来减少。此外，外围航空电子装备和电子件的RF硬化需要在电厂附近操作的每一航空电子系统的输入/输出端口(电力供应线和数据线)上安装多个在线滤波器。如果那些在某种程度上重大的修正可减轻传导发射的有害影响，然则它们会对系统的重量产生负面影响。鉴于此情境，本专利技术的另一目标是降低车辆的重量，同时保持RE和CE干扰受到控制。谈及军用系统，业界对电磁脉冲(EMP)和静电放电(ESD)回弹性的常见解决方案是通过使用代替常规铜/铝电缆而部署的携载数据通信的多条光纤。然而，光纤及其相关联连接器传统上非常脆弱，需要大弯曲半径，且在机械加强以在战斗伤害下存活时可能会变重。光纤的另一限制是连接器对灰尘进入的固有敏感性，从而导致难以在战区进行维护。考虑到一些军用飞行器上存在的高振动环境，通过具有多个常规光纤的网络将星形和正齿拓扑的许多子系统连接到飞行器的飞行计算机大大增加了连接器和光学接口的数目，且并非推荐选项，因为生产成本高且在统计上可靠性降低。此外，那些系统仍然存在明显的弹道伤害脆弱性，因为星形和正齿拓扑是单点故障(SinglePointOfFailure)的固有来源。因此，冗余路线是必要的(以与铜布线相同的方式)，这对重量预算产生负面影响。本专利技术的另一目标是为那些当前的限制提出合适的解决方案。在另一领域中，主要考虑多个冗余集中式计算机的常规电传操纵架构已成为实现与航空公司标准兼容的故障率的常见做法(展现低至每飞行小时1.10-9的计算出的故障率)。然而，那些固有的复杂且重的系统是昂贵的，且难以转移到在战场上操作的UAV。此外，其主要考虑固有的集中式计算机单元，从而具有固有的弹道冲击弱点。在需要时物理地分配处理能力(即，接近于被管理的子系统)是一种提供更好的弹道冲击回弹性的解决方案，但需要更多联网容量。此类解决方案主要考虑分配给特定领域(飞行控制、引擎管理、燃料系统、导航、ECM、ECCM、ISTAR系统)的若干隔离的高速网络。然而，常规布线遭受固有的带宽限制，因此遭受有限的数据速度能力。由于分布式处理的上下文中需要高容量联网，因此对高速数据发射的需要正在将基于铜的布线织机的数据携载能力扩展到其极限。常规布线的带宽限制对于用来互连子系统的回程架构具有直接影响：传统上，星形和正齿拓扑为优选选项，因为它们提供更好的容量，但牺牲了故障保护能力。相比之下，环形拓扑提供卓越的故障保护。然而，由于其固有的带宽限制，它们在分布式处理的上下文中难以实施。因此，需要改进分布式智能和数据携载能力，但不能削弱弹道回弹性。专利文献US20040114854(OUCHI)、US20030179978(IWASAKI)、US20100098430(CHUI)、US20020196502(PERNER)教示我们可使用聚合物膜来以与光波导相同的方式携载光信号。确切地说，US20040114854(OUCHI)教示我们可使用特定的光学装置来将光信号的发射角度缩窄到例如90度，以便仅将光信号透射到光波导的特定区域。那些专利涉及通过聚合物膜透射光信号；然而，其都没有提供对网络隔离、分布式处理和弹道冲击回弹性的解决方案。确切地说，由US20040114854(OUCHI)揭示的方向性解决方案增大了对弹道伤害影响的脆弱性。大体来说，需要具有解决以上缺点中的至少一些以及可能的其它问题的容错光学设备。
技术实现思路
所提出的解决方案因此为一种容错光学设备，其包括：-透明聚合物膜波导，其用于以全向方式透射光信号，-多个收发器单元，其各自包括光学收发器接口、控制器单元和数据接口，所述多个收发器单元经由所述波导互连，以便将光信号注入到所述波导且从所述波导接收光信号，所述多个收发器单元形成至少两个隔离的网状网络，○专用波长分配给每一网状网络，以使得属于网状网络的所述收发器单元仅处理具有分配给所述网络的所述专用波长的光信号，-多个电子装备，其各自通过收发器单元来连接和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种容错光学设备，其包括：透明聚合物膜波导OPF，其用于以全向方式透射光信号，多个收发器单元TU，其各自包括光学收发器接口OT、控制器单元CU和数据接口DT，所述多个收发器单元经由所述波导互连，以便将光信号注入到所述波导且从所述波导接收光信号，所述多个收发器单元形成至少两个隔离的网状网络，专用波长分配给每一网状网络，以使得属于网状网络的所述收发器单元TU仅处理具有分配给所述网络的所述专用波长的光信号，多个电子装备EQ，其各自连接到收发器单元TU且通过所述收发器单元TU来管理，嵌入于每一收发器单元TU中的所述控制器单元UC编程有实现以下操作的指令：实现根据由嵌入于所述收发器单元中的所述光学收发器接口OT接收的所述光信号对连接到所述收发器单元的所述电子装备EQ的所述管理，嵌入于每一收发器单元TU中的所述控制器单元CU还编程有实现以下操作的指令：实现对属于为同一网状网络的部分的另一收发器单元的至少另一个控制器单元的监督，在所述至少另一个控制器单元发生故障的情况下实现对连接到所述另一收发器单元的所述电子装备的所述管理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.22 AU 20159038531.一种容错光学设备，其包括：透明聚合物膜波导OPF，其用于以全向方式透射光信号，多个收发器单元TU，其各自包括光学收发器接口OT、控制器单元CU和数据接口DT，所述多个收发器单元经由所述波导互连，以便将光信号注入到所述波导且从所述波导接收光信号，所述多个收发器单元形成至少两个隔离的网状网络，专用波长分配给每一网状网络，以使得属于网状网络的所述收发器单元TU仅处理具有分配给所述网络的所述专用波长的光信号，多个电子装备EQ，其各自连接到收发器单元TU且通过所述收发器单元TU来管理，嵌入于每一收发器单元TU中的所述控制器单元UC编程有实现以下操作的指令：实现根据由嵌入于所述收发器单元中的所述光学收发器接口OT接收的所述光信号对连接到所述收发器单元的所述电子装备EQ的所述管理，嵌入于每一收发器单元TU中的所述控制器单元CU还编程有实现以下操作的指令：实现对属于为同一网状网络的部分的另一收发器单元的至少另一个控制器单元的监督，在所述至少另一个控制器单元发生故障的情况下实现对连接到所述另一收发器单元的所述电子装备的所述管理。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述聚合物膜包括能够增强材料中的光漫射和散射的大分子和掺杂元素。3.根据权利要求1所述的设备，其中光学不连续性在所述透明聚合物膜波导OPF中创建以便提供光取样。4.根据权利要求1所述的设备，其中每一控制器单元CU包括编程有实现联网、数据存取、数据成帧、位插入和前向错误校正功能的指令的一或多个微控制器和/或现场可编程门阵列。5.根据权利要求1所述的设备，其中嵌入到收发器单元TU中的至少一个控制器单元CU编程有使得所述收发器单元能够充当有源中继器以便转送且再生由其自身的光学收发器接口OT接收的所述光信号的指令，所述光学收发器接口装配有光学滤波器OF。6.根据权利要求1所述的设备，其中通信协议用来互连不同控制器单元CU，所述协议是基于乙太网或传输控制协议或因特网协议程序组或CAN。7.根据权利要求1所述的设备，其中每一网状网络个别地能够建立属于所述网状网络的多个收发器单元TU之间的数据通信，其中所述不同收发器单元TU之间的数据通信...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕斯卡尔·克雷蒂安，
申请(专利权)人：帕斯卡尔·克雷蒂安，
类型：发明
国别省市：澳大利亚,AU