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受限空間應(yīng)用設(shè)計和測試的最佳實踐

星星科技指導(dǎo)員 ? 來源:militaryembedded ? 作者:BOB LAZARAVICH ? 2022-11-16 15:08 ? 次閱讀

在變幻莫測的戰(zhàn)場環(huán)境中,戰(zhàn)斗不會因為你在移動而停止。這一現(xiàn)實使作戰(zhàn)人員處于明顯的劣勢,如果他們不能始終保持態(tài)勢感知。

當(dāng)對手在積極移動地面車輛的同時,為自己配備最新的無線技術(shù)和智能手機。移動互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)網(wǎng)絡(luò)是國防部(DoD)對抗許多敵人的必要回應(yīng),他們可以隨時訪問這種越來越小的移動技術(shù)。

為了保持信息優(yōu)勢,軍隊所有部門的作戰(zhàn)人員都需要移動網(wǎng)絡(luò),以掌握復(fù)雜的威脅環(huán)境。

國防部的舉動使美國作戰(zhàn)人員更加靈活和做好準(zhǔn)備。例如,美國海軍陸戰(zhàn)隊NOTM增量1(Inc1)更新計劃是一個集成的戰(zhàn)術(shù)移動網(wǎng)絡(luò),致力于利用成熟的商業(yè)和政府技術(shù)來擴展和增強通信能力。與移動網(wǎng)絡(luò)設(shè)備集成的戰(zhàn)車即使在最偏遠的環(huán)境和具有挑戰(zhàn)性的地形中,也能從戰(zhàn)場上的任何地方提供可靠的通信、任務(wù)指揮和態(tài)勢感知。

能夠應(yīng)對崎嶇的地形

在穿越崎嶇的地形時,軍用車輛會受到高水平的沖擊和振動。移動網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須能夠抵御這種濫用,以便通信不會中斷。

過去,部署戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)訪問的方法包括最初為數(shù)據(jù)中心環(huán)境設(shè)計的商用現(xiàn)成(COTS)設(shè)備。新一代加固型 COTS 設(shè)備現(xiàn)已上市,使移動戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)更加可靠,同時繼續(xù)保持與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互操作性,從而確保端到端通信。

滿足有限空間內(nèi)的全部移動需求

移動性最終推動了移動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,但地面車輛、飛機和船舶的可用空間數(shù)量不會改變。隨著對通信系統(tǒng)的需求增加,以提供更多功能(如Wi-Fi或LTE)和現(xiàn)場更多的網(wǎng)絡(luò)安全,不可避免的副作用是:網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)消耗更多的空間。

因此,完全移動性需要創(chuàng)新和現(xiàn)代化,旨在降低尺寸、重量和功耗 (SWaP) 要求。在這個領(lǐng)域 - 在所有其他條件相同的情況下 - 通信設(shè)備永遠不會太小,太輕或太節(jié)能。

在具有挑戰(zhàn)性的車輛環(huán)境中的可靠性

用于移動戰(zhàn)場的產(chǎn)品必須符合沖擊、振動和溫度的高標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境測試。對地面車輛的要求很嚴(yán)格;飛機的條件更加嚴(yán)格,因為設(shè)計不良或制造不良的通信設(shè)備會使飛機和作戰(zhàn)人員面臨巨大風(fēng)險。符合 MIL-STD-810G 和 MIL-STD-461F 的第三方測試對于確保在遠程或關(guān)鍵任務(wù)環(huán)境中的實際操作中可靠運行至關(guān)重要。隨著國防部越來越多地采用COTS技術(shù)來代替專用的軍用產(chǎn)品,以便從商業(yè)世界的快速技術(shù)進步和節(jié)省成本的規(guī)模經(jīng)濟中受益,這些標(biāo)準(zhǔn)變得越來越重要。

在供應(yīng)商的設(shè)計和測試供應(yīng)商的最佳實踐中尋找什么

調(diào)整靈敏、高性能的電子設(shè)備以承受網(wǎng)絡(luò)邊緣的條件(無論行業(yè)或應(yīng)用如何)并非易事。這一現(xiàn)實導(dǎo)致了由專業(yè)供應(yīng)商設(shè)計和制造的緊湊型堅固型網(wǎng)絡(luò)模塊的開發(fā)。這些模塊通常使用來自行業(yè)領(lǐng)先制造商的 COTS 設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)軟件,這使得安全連接到企業(yè)網(wǎng)絡(luò)變得容易。然而,從企業(yè)級技術(shù)開始只是一個開始。

優(yōu)化的機箱設(shè)計

任何堅固耐用的模塊的核心都是其機箱。優(yōu)化SWaP的最佳設(shè)計使用各種材料和設(shè)計工藝,包括使用鋁和銅實現(xiàn)高效傳熱的機加工散熱器和散熱器板,用于關(guān)鍵結(jié)構(gòu)元件的機加工鋼,用于電磁(EMI)保護的金屬板以及用于減輕重量的塑料和復(fù)合材料。

設(shè)計完成后,應(yīng)測試模塊以驗證設(shè)計。為了確保堅固耐用的設(shè)備能夠經(jīng)得起考驗,最好的設(shè)計人員遵循經(jīng)過校準(zhǔn)、認證、獨立的測試實驗室的嚴(yán)格測試方法,并可以提供完整而廣泛的測試文檔。為了節(jié)省成本,一些供應(yīng)商將在內(nèi)部執(zhí)行自己的測試,有些供應(yīng)商無法完成全部測試。一些供應(yīng)商只聲稱他們的系統(tǒng)“旨在滿足”標(biāo)準(zhǔn),但根本不做任何測試。為了獲得最終的信心,獨立測試是一個昂貴但必要的步驟。一旦構(gòu)建,應(yīng)測試系統(tǒng)以確保其在實際條件下符合標(biāo)準(zhǔn)。

傳導(dǎo)冷卻

由于堅固的設(shè)備必須能夠承受灰塵和沙子,因此使用冷卻風(fēng)扇驅(qū)動氣流通過設(shè)備外殼的傳統(tǒng)方法不是一種選擇。在這種情況下,必須使用其他方法來冷卻系統(tǒng),因為熱量是電子產(chǎn)品的死敵。在無風(fēng)扇設(shè)計中,高效的熱傳遞對于確保耐用性至關(guān)重要。機箱在散熱方面起著至關(guān)重要的作用——在設(shè)計時必須仔細注意嵌入式電路板和電源上關(guān)鍵電子元件的最佳傳熱。設(shè)計完成后,這些模塊可以在獨立實驗室中測試極端高溫/低溫操作。

受保護且可靠的電力系統(tǒng)

堅固耐用的系統(tǒng)面臨的另一個環(huán)境挑戰(zhàn)包括質(zhì)量差和不可靠的電源 - 特別是對于安裝在車輛上,在發(fā)電機上運行或部署在電力質(zhì)量差的國家的海外設(shè)備。直流電源系統(tǒng)可以提供電壓不一致、間歇性和噪聲的電源。這些問題也可能是由連接電源的其他設(shè)備引起的。由于用戶錯誤,例如反向連接直流電源線或短路,可能會出現(xiàn)其他問題。

為了解決這些問題,電源必須設(shè)計為接受盡可能寬的輸入電壓范圍(例如,10 V至36 V),應(yīng)具有反向電壓和短路保護,并應(yīng)包括廣泛的濾波器電容器,以保持內(nèi)部組件的清潔、可靠的電源。在同類最佳交流電源中尋找的一項最新創(chuàng)新是使用單級交流到直流轉(zhuǎn)換,它提供了更高的效率、更少的功率損耗和更少的散熱。這些技術(shù)的尺寸也比傳統(tǒng)的兩級轉(zhuǎn)換器小,并且可以在較低的溫度范圍內(nèi)工作。

消除電磁干擾

安裝在車輛中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通常駐留在與許多其他計算機和無線電共享的環(huán)境中;有些可能安裝在雷達設(shè)備附近。在此類設(shè)置中,至關(guān)重要的是對所有車載設(shè)備進行設(shè)計和測試,以確保它不會導(dǎo)致也不容易受到 – EMI,以確保設(shè)備的可靠性能并確保設(shè)備不會導(dǎo)致相鄰設(shè)備故障。

EMI以意外無線電“空中”干擾和通過電源和數(shù)據(jù)連接的傳導(dǎo)干擾的形式發(fā)生;這兩種類型都必須通過屏蔽和過濾來最小化。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中,典型的問題來源是電源。對于國防應(yīng)用,標(biāo)準(zhǔn) MIL-STD 461 用于測試 EMI,包括輻射和傳導(dǎo)發(fā)射以及敏感性。該標(biāo)準(zhǔn)大約是用于數(shù)據(jù)中心和消費類設(shè)備的典型FCC標(biāo)準(zhǔn)的10倍。由于軍用標(biāo)準(zhǔn)非常嚴(yán)格,設(shè)計和制造中的小問題可能會導(dǎo)致系統(tǒng)無法通過此測試。

100% 在制造過程中進行測試

這種嚴(yán)格的測試只能在有限數(shù)量的設(shè)備上進行,因為它非常昂貴和耗時;更重要的是,經(jīng)過這些測試的設(shè)備不能作為“新設(shè)備”運送給客戶。但是,新制造的設(shè)備必須在整個制造過程中進行測試,以確保新設(shè)備符合設(shè)計規(guī)范。

某些類型的環(huán)境應(yīng)力篩選(ESS)測試可以在所有新設(shè)備上安全有效地進行,確保在出廠之前識別常見故障。此步驟中的失敗率往往約為 5%。公平地說,五次ESS篩選是昂貴和耗時的,但如果供應(yīng)商吝嗇壓力測試,失敗的風(fēng)險只會轉(zhuǎn)嫁給設(shè)計師和用戶。

經(jīng)過真實世界測試

雖然實驗室測試對于確保測試覆蓋率完整、標(biāo)準(zhǔn)化和可量化至關(guān)重要,但實際測試在評估性能和可靠性方面也起著關(guān)鍵作用 - 使設(shè)備暴露于難以在實驗室中預(yù)測和重現(xiàn)的部署特定環(huán)境因素。

此外,除了環(huán)境因素之外,實際測試還可以提供提高可用性、可訪問性和可維護性的機會,同時收集最終用戶和操作員的觀察結(jié)果。實際測試還使設(shè)計人員和程序確信整個系統(tǒng)實際上可以按預(yù)期協(xié)同工作。

設(shè)計、測試和制造堅固、可靠的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備既耗時又昂貴且注重細節(jié)。在選擇網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時,要求供應(yīng)商進行有效的測試流程意味著國防部可以確保其作戰(zhàn)人員能夠應(yīng)對任何威脅。

審核編輯:郭婷

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