[发明专利]容错光学设备

说明书

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。

技术领域

本发明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。

本发明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技术领域，而不管这些机翼是否被引导。然而，本发明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。

背景技术

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TWA 800)。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(virtual cathode oscillator，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，本发明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，本发明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。