可部署的硬化壳体单元的制作方法

文档序号:25543741发布日期:2021-06-18 20:40
可部署的硬化壳体单元的制作方法

要求优先权

本申请要求于2019年7月10日提交的第16/508,225号美国专利申请的优先权,该美国专利申请要求于2018年9月10日提交的第62/729,336号美国临时专利申请的优先权,该美国专利申请和该美国临时专利申请的公开内容通过引用整体并入本文。

联邦支持声明

本发明是在美国政府的支持下根据美国海军工程后勤办公室授予的合同号n4175617c4785进行的。美国政府享有本发明的某些权利。

本发明涉及用于鲁棒的、可适配的和可部署的计算设备和无线电系统的装置、系统和方法。



背景技术:

计算机和基于无线电的设备可以在各种各样的应用中找到。例如,无线电台可以是占据整个专用建筑的独立设施。其他基于无线电的设备(诸如手机)也可以放在我们的口袋里。计算机的范围从填满仓库的大型主机和服务器群到笔记本电脑和移动电话。计算机和基于无线电的设备可以在各种环境和战区中使用。用于检测和缓解小型无人驾驶飞行器(uav)的计算机和基于无线电的系统已变得越来越重要。近年来,无人驾驶飞行器(uav)(被美国国防部和联邦航空管理局称为小型无人驾驶飞机系统(suas),并且通常被称为无人机)激增。对uas的无意或非法滥用对公共安全构成了日益严重的威胁。特定的安全挑战可能包括suas侵入高价值资产(如机场、建筑物,关键的国家基础设施和体育场)周围的受限空域,以及阻碍军事和首要的急救者活动。

是由caci提供的反小型无人驾驶飞机系统(c-suas)的复杂套件,caci是开发、部署和集成此性质的系统的行业领导者。skytracker套件由不同形状因素组成,旨在利用suas与其控制器之间的无线电通信。caci的集成体系方法与精确检测、定位、识别、跟踪和缓解技术相结合,多年来提供了对于对抗不断发展的suas威胁以及保护作战人员、关键的国家安全资产和基础设施以及国家领空必要的解决方案。例如,skytracker套件包括coriantm,其为作战人员提供针对suas威胁的固定现场部队保护。



技术实现要素:

本发明一般涉及用于计算机、无线电和电子部件的壳体。实施例可以是用于c-suas的壳体,该c-suas可以被部署为检测、识别、定位和击败敌对的suas并定位suas操作员。c-suas可以与其他计算机和基于无线电的设备一起并与之集成地安装在各种移动平台(例如船舶、humvee和运动型多用途车(suv))上和固定位置处的空间、重量和功率受限环境中。c-suas可以在恶劣的环境条件下以及在时间至关重要的条件下运输、安装和操作。

实施例可以被加固以用于恶劣的环境条件,并且可以包括用于有效部署c-suas的防震座和突起。实施例可以合并具有灵活安装选项的突起,这些安装选项可以易于适配于各种固定现场和移动平台配置。壳体的实施例可以具有热管,其可以用在各种重量、功率和空间受限的移动平台中以及固定位置处。

一个方面可以包括用于容纳电子部件的机箱。系统可以具有机箱框架。机箱框架可以具有顶板、底板和多个突起。突起可以延伸超过顶板和底板。系统可以具有第一手柄和第二手柄。手柄每个可以附接到突起中的两个。系统还可以包括接口面板和背板。接口面板和背板可以彼此相对地位于机箱框架上。系统可以包括一个或多个通风口。

在一些实施例中,机箱框架可以具有防震座,该防震座可以具有螺栓孔以便于固定框架。防震座可以是机箱框架的单体组件,或者可替代地,可以被可移除地附接到框架,和/或用于安装机箱框架的安装架的一部分。

在其他实施例中,系统可以包括多个热管。热管可以与顶板和/或背板热接触。在一些实施例中,系统可以包括一个或多个散热器,具有或不具有与任何热管的热连通。散热器可以具有或不具有冷却翼片。散热器可以是系统的面板和/或板的整体和/或单体组件,并且散热器可以位于机箱的内部和/或外部。在优选实施例中,处理器控制单元(pcu)包括热管,这些热管可以结合导热率和相变以释放处理器产生的热量的。热管的高温端可以被定位以便与处理器热接触。热管的低温端可以被定位以便与pcu的一侧热接触。可替代地,热管的低温端可以与散热器热接触。热管和/或散热器可以无需风扇或其他电子设备冷却系统,这可以减少sdr的大小、重量和功率要求。

在又其他实施例中,系统可以包括一个或多个风扇。这样的风扇可以被配置为从第一通风口将空气吸入系统,并通过第二通风口将空气从系统排出。

在一些实施例中,系统可以被配置为经由有线接口与用于容纳电子部件的另一机箱通信。系统和/或另一机箱还可被配置为经由一个或多个天线进行通信。

另一方面可以包括用于容纳电子部件的多机箱系统。系统可以包括第一和第二机箱框架,每个机箱框架具有顶板和底板以及背板和接口面板。第一和第二机箱框架每个可具有延伸超过顶板和底板的多个突起。机箱框架每个可至少具有两个手柄。手柄每个可以附接到突起中的两个。在每个机箱上,相应的背板可以与接口面板相对地位于机箱框架上。每个接口面板都可以具有第一端口。第一端口中的每个可以被配置为经由有线通信链路彼此耦合。

在一些实施例中,有线通信链路可以被配置为在接口面板之间运送通信信号。有线通信链路还可以被配置为将电力从一个接口面板运送到另一接口面板。

在其他实施例中,接口面板可以包括一个或多个wi-fi天线端口。接口面板还可以包括高频带天线端口、低频带天线端口和/或gps天线端口。

在一些实施例中,多机箱系统的机箱单元中的一个或多个可以包括一个或多个通风口。机箱单元可以具有一个或多个散热器。机箱单元可以具有热管。热管可以与散热器热接触。热管可以与处理器热接触。

附图说明

在下面的详细描述中,通过本发明某些实施例的非限制性示例,参考所提到的多个附图,进一步描述了本发明,其中,贯穿附图的若干视图,相同的数字表示相同的元件,并且其中:

图1示出了天线接口单元机箱的透视图。

图2示出了天线接口单元机箱的顶视图。

图3示出了天线接口单元机箱的接口面板。

图4示出了天线接口单元机箱的侧视图。

图5示出了天线接口单元机箱的接口面板。

图6示出了处理器控制单元机箱的透视图。

图7示出了处理器控制单元机箱的顶视图。

图8示出了处理器控制单元机箱的接口面板。

图9示出了处理器控制单元机箱的侧视图。

图10示出了处理器控制单元机箱的接口面板。

图11示出了无线电系统实施例。

图12示出了天线接口单元机箱的替代实施例。

图13示出了处理器控制单元机箱的替代实施例。

图14示出了具有两组热管的处理器控制单元的内部。

图15示出了热管。

图16示出了示例性反无人驾驶飞机系统。

具体实施方式

下面描述本发明的系统、方法和示例性实施例的详细说明。本文描述、示出和/或公开的示例性实施例并非旨在限制权利要求,而是旨在就本发明的各种方面指导本领域的普通技术人员。在不脱离所要求保护的发明的范围和精神的情况下,可以实践和/或实现其他实施例。

计算机和基于无线电的设备通常需要被部署在恶劣、动态和异常的环境中。例如,海军和海岸警卫队越来越多地在几十年前建造的船舶上以及在使他们容易受到撞击和碰撞的位置中使用先进的计算机系统和无线电台。操作员可以在移动的车辆、临时住所和安全屋中部署系统,移动的车辆、临时住所和安全屋对于可能包括敏感部件的计算机和无线电系统都不是理想的。因此,需要用于这些和其他恶劣环境的鲁棒和坚固的系统。

尽管实施例对于各种计算机和无线电任务有用并且适用,但是实施例可以提供针对敌对suas的移动部队或固定现场保护。坚固的移动平台实施例可以经由复杂的非动力学、无法归因的效应的实现来精确检测、识别和/或缓解suas威胁。系统可以具有减小的大小、重量和功率需求,并且可以被容易地部署在空间、重量和功率受限的环境中,诸如在车辆和/或海上船舶中。

实施例可以具有突起、防震座、手柄和热管,其可以允许计算机和基于无线电的设备被加固并且有效部署。例如,一些实施例可以是用于c-suas的壳体,该c-suas可以在一小时内被安装在车辆(诸如运动型多用途车(suv)、humvee)或海上船舶中,并且可以允许对敌对suas威胁的实时态势感知(sa)。它可以坚固耐用,而又足够轻便,可供两人举起,并且可以在恶劣的环境条件(诸如大温度范围(0℃至60℃)、雨、盐雾/雾、雪和灰尘)下操作。实施例可以合并突起,这些突起防止在运输、安装和操作期间对系统外部控件的损坏,并具有灵活的安装选项,该灵活的安装选项可以易于适配各种固定现场和移动平台配置。通用电源系统可以用车辆电源、岸电和/或可选的电池组驱动。实施例可以合并减小计算机或基于无线电的设备的大小、重量和功率要求的热管。

图1-5显示了天线接口单元(aiu,100)的机箱。aiu机箱可以包括顶板(101)和底板(未示出)。aiu机箱可在其四个角的每个角处包括保护性突起(102)。手柄(103)可以在突起处被附接到机箱的侧面,以便于携带aiu。图2示出了手柄(103)如何可以位于突起的外部以提供与aiu的距离。图4示出了通过铆钉或螺栓(106)附接的手柄。手柄(103)可以提供对aiu的进一步保护,并且可以与系紧装置一起使用以固定aiu。如图4所示,手柄可以包括一系列槽(115)。槽可以与多个带子一起使用,这些带子可以穿过槽,以进一步固定aiu。

突起(102)的形状例如可以如图5所示,以便于将aiu机箱滑入和滑出安装架(未示出)。安装架可以具有对应形状的槽,以容纳aiu机箱并固定机箱防止垂直和水平移动。突起的角可以是有刻面的,例如如图4所示,以便于将机箱更容易地安装在安装架中。

防震座(104)可以位于aiu机箱周围的各种位置。防震座可以包括螺栓孔,以便于硬安装aiu机箱。aiu可以被安装在任何方向,这可以允许aiu的位置不碍事,例如可以被垂直安装在墙壁或天花板上,以及安装在分散或秘密的位置。可压缩垫圈可以被放置在防震座和安装表面之间,以进一步保护aiu的电子部件。在实施例中,三个或更多个防震座可用于将aiu固定到车辆上。防震座可以包括可压缩垫圈、弹簧和/或垫片,以及或可替代地,包括液压或气压弹簧或缓冲装置或其他振动或冲击隔离部件。

aiu的接口面板(105)可以根据用户偏好和/或具体应用和/或要求来配置。图3示出了aiu机箱的实施例中的接口面板。aiu接口面板可以包括电源开关或拨动开关(116)。接口面板上的灯(117)可以指示各种状态数据。灯可以是通用系统指示器和/或与具体端口(118)相关联的指示器。具体端口(118)可以被包括在接口面板上,用于根据具体标准进行通信和/或支持外围设备。端口可以专用于为aiu供电。也可以包括其他接口端口和插孔(119)。

图5示出了aiu机箱的另一实施例。根据此实施例,接口面板可以包括用于连接至高频带天线(107)的端口和用于连接至低频带天线(108)的端口。机箱可以包括多个wi-fi天线。如图所示,aiu可以连接到wi-fi天线1(109)和wi-fi天线2(110)。aiu还可以包括用于连接到用于基于卫星的地理定位的天线的端口(111)。这里,给出gps(全球定位系统)为例,但是系统可以利用一个或多个其他地理卫星系统,诸如glonass、galileo、beidou-2及其他。aiu机箱还可以包括电缆或多电缆接口连接(112),例如以促进与计算机控制器的通信。aiu机箱可以包括指示灯(113),例如,这些指示灯被示为电源、状态和传输指示灯。aiu机箱可以包括一个或多个冷却通风口。如图所示,通风口可以由一片坚固材料(诸如金属)制成,其具有孔的图案以允许空气排出。通风孔还可以或可替代地可包括滤网和/或过滤器。通风口可包括高流量、可更换的滤筒。

图6-10显示了处理器控制单元(pcu,200)的机箱。pcu机箱可以包括顶板(201)和底板(未示出)。pcu机箱可以在其四个角的每个角处包括保护性突起(202)。手柄(203)可以在突起处被附接到机箱的侧面,以便于携带pcu。图7示出了手柄(203)如何可以位于突起的外部以提供与pcu的距离。图9示出了通过铆钉或螺栓(206)附接的手柄。手柄(203)可以提供对pcu的进一步保护,并且可以与系紧装置一起使用以固定pcu。如图6和图9所示,手柄可以包括一系列槽(229)。槽可以与多个带子一起使用,这些带子可以穿过槽,以进一步固定pcu。

突起(202)的形状例如可以如图8所示,以便于将pcu机箱滑入和滑出安装架(未示出)。安装架可以具有对应形状的槽,以容纳pcu机箱并固定机箱防止垂直和水平移动。突起的角可以是有刻面的,例如如图9所示,以便于将机箱更容易地安装在安装架中。

防震座(204)可以位于pcu机箱周围的各种位置。防震座可以包括螺栓孔,以便于硬安装pcu机箱。pcu可以被安装在任何方向,这可以允许pcu的位置不碍事,诸如可以被垂直安装在墙壁或天花板上,以及安装在分散或秘密的位置。可压缩垫圈可以被放置在防震座和安装表面之间,以进一步保护pcu的电子部件。在实施例中,三个或更多个防震座和可压缩垫圈可用于将pcu固定到车辆上。

pcu的接口面板(205)可以根据用户偏好和/或具体应用和/或要求来配置。图8示出了pcu机箱的实施例中的接口面板。pcu机箱可以包括指示灯(208),例如,这些指示灯被示为状态、来自交流电(ac)的电源、来自直流电(dc)的电源以及dc电源故障的指示灯。可以经由ac断路器组件(215b)处的ac电源连接器(215a)和/或经由dc断路器(211)处的dc电源输入(210)处的dc电源供电。pcu可以经由电源开关(216)打开和关闭。pcu机箱可包括一个或多个冷却通风口(214)。如图所示,通风口可以由一片坚固材料(诸如金属)制成,其具有孔的图案以允许空气排出。通风孔还可以或可替代地可包括滤网和/或过滤器,诸如高流量、可更换的滤筒。pcu的接口面板(205)可以包括电缆或多电缆接口连接或互连(209),以及以太网端口(213)和/或电池监控端口(212)。互连可以例如促进与天线接口单元的通信。

图10示出了pcu机箱的另一实施例。根据此实施例,pcu接口面板可以包括电源开关和/或拨动开关(217)和/或一个或多个断路器(218、219)。接口面板上的灯(227、228)可以指示各种状态数据。接口面板灯可以是通用系统指示器和/或与可配置端口(226)相关联的指示器。接口端口可以是多针端口(220、221)、轴向端口(224)和/或也可以包括多轴向端口(222)。其他端口类型(诸如插孔(223、225)和/或用于与外围设备接口的端口)可以被包括在接口面板上。

图11示出了可以包括aiu(100)和pcu(200)的系统。aiu和pcu可以经由接口电缆(301)互连。接口电缆可以是各种长度,以便于aiu/pcu系统的现场配置。例如,接口电缆可以是一米或两米,或者接口电缆可以是几十米。aiu可以被通信地连接到天线(302–306)。例如,在实施例中,aiu可以被连接到高频带天线(302)、低频带天线(303)、第一wi-fi天线(304)、第二wi-fi天线(305)和gps天线(306)。经由接口电缆连接单独的单元可以允许aiu被放置得比pcu更靠近天线。这可以促进将pcu定位在比aiu更凉爽和/或更受保护的环境中。无论天线被配置为根据数字还是模拟协议进行通信,物理通信本身在本质上都必然是模拟的。因此,将aiu定位得更靠近天线还可以促进在接收或发送点处理模拟信号,这可以改善信号质量并降低噪声。此外,经由接口电缆的通信可以是数字的,可以通过由aiu将模拟信号转换为数字信号,也可以是通过从pcu发送到aiu的数字信号,无论是否随后转换为模拟信号。

计算机和无线电设备可生成大量热量。与本文公开的实现相比,现有的解决方案可能需要更多的空间并且效率可能更低,并且这样的电子设备和无线电系统在没有空调以防止过热的情况下会发生故障。aiu和pcu机箱可有利地包括传热设备,以散发这样的热能而无需空调。例如,顶板(101,201)可以是散热器。背板也可以是散热器。图12示出了具有带翼片的替代aiu散热器(401)的aiu机箱。类似地,图13示出了具有带翼片的替代pcu散热器(501)的pcu。实施例可以在冷却电子和/或无线电系统中提供重要的优点。

在优选实施例中,pcu机箱包括热管,这些热管结合了导热率和相变以释放由pcu的处理器产生的热量。图14示出了了pcu机箱的内部。热管(601)的高温端可以被定位以便与处理器热接触。热管的低温端可以被定位以便与机箱的背面热接触,例如如图15中所示。可替代地,热管的低温端可以与散热器热接触,例如顶板(101,201),或者图12和/或13的散热器,应当理解,热管可类似地有利地用于aiu机箱中。

本文讨论的热管和散热器可以无需风扇。风扇可用来提高散热速率。在另一实施例中,图12和13的散热器可以被布置在机箱内,即,在顶板(101,201)下方。风扇可以将空气从通风口(114,214)吸入机箱中,并将空气吹得通过散热器(401,501)的翼片,并且空气可以通过机箱背板中的通风口离开机箱。可以类似地采用风扇而无需翼片式散热器。在优选实施例中,aiu机箱和pcu机箱每个还可包括顶板(101,201)下方的内板。内板可以将电子部件密封在机箱内,并且可以包括散热器。如图5和图8所示,通风口(114,214)可以通过可以与散热器热连通的一个或多个管道引导空气。

机箱(100,200)的框架优选地是金属,尽管可以考虑其他材料。在优选实施例中,机箱框架由铝或钢制成,其既可以提供良好的导热率又可以提供保护免受物理冲击。系统的部分,诸如手柄等,可以包括具有较低传导率的材料,以保护附近的物体和/或人免于过热和/或燃烧。在一些实施例中,框架的厚度在三到十毫米之间。机箱的板优选地是一到十毫米厚的金属。这些板可以通过铆钉或螺栓被附接到机箱的框架上。可替代地,框架和一个或多个板可以被构造为单体结构。实施例的优点可以是机箱的模块化,这可以促进将系统安装在小空间并附随不相关的电子设备的其他机架。其他优点可以包括保护系统控件免受损坏和/或无意的移动,如果系统被设置在其侧面或受到人员或物体的撞击。

机箱可以包括内部安装座,用于在机箱内安装计算机和无线电部件。安装座可以是防震座,包括例如可压缩阻尼器和/或弹簧。

c-suas可以包括建立在灵活的软件定义无线电(sdr)架构上的非动力学、无法归因的(即,对策的起源不能归因于具体位置)对策,以跟上世界快速扩展的suas威胁环境的步伐。c-suas实施例如图16所示。c-suas可以包括子系统,诸如天线子系统、天线接口单元(aiu)和互连电缆、处理器控制单元(pcu)和用户接口,诸如笔记本电脑。如图所示,天线子系统可以被安装在车辆外部,或者其可以被安装在车辆内部,或者甚至固定现场处。天线子系统可以经由rf布线被连接到天线接口单元。天线接口单元可以通过互连电缆被连接到处理单元。笔记本电脑可以例如通过标准以太网电缆被连接到处理单元。

实施例可以在高温和极端振动环境中不受损害地部署。本文公开和描述的aiu和pcu可以满足和/或超过军用标准mil-std-810g的环境要求。例如,实施例可以满足温湿度(0℃至60℃和5%至95%的湿度)、雨(4英寸每小时)、冰(1/2英寸累积)、盐雾(48小时暴露)、冲击和振动(来自崎岖的道路条件和船舶安装)、运输跌落(运输箱保护)和风(100mph)。

根据本公开的一方面,一种用于容纳电子部件的机箱可以包括具有顶板和底板的机箱框架,其中,机箱框架具有延伸超过顶板和所述底板的多个突起;第一手柄和第二手柄,其中第一手柄被附接到多个突起中的两个并且第二手柄被附接到多个突起中的两个;接口面板和背板,其中背板与接口面板相对位于机箱框架上;以及第一冷却通风口。多个突起可以被配置为在机箱的运输、安装和操作期间保护接口面板。接口面板包括被配置为与处理器控制单元或天线接口单元通信的接口连接。机箱可包括具有螺栓孔的防震座,其中防震座是机箱框架的单体组件。机箱可以包括布置在机箱框架内部的多个热管,其中多个热管之一与顶板热接触,并且多个热管之一与背板热接触。顶板可包括带有翼片的散热器。第二冷却通风口可以位于背板中。第一冷却通风口可以位于接口面板中。机箱可以包括风扇,该风扇可操作以将空气吸入机箱并从机箱排出空气。机箱可以包括内部安装座,用于将计算机部件和无线电部件安装在机箱框架内。

根据本公开的其他方面,一种用于容纳电子部件的多机箱系统可以包括具有第一顶板和第一底板的第一机箱框架,其中第一机箱框架具有延伸超过第一顶板和第一底板的多个第一突起;第一手柄和第二手柄,其中第一手柄被附接到多个第一突起中的两个并且第二手柄被附接到多个第一突起中的两个;具有第一端口的第一接口面板;第一背板,其中第一背板与第一接口面板相对位于第一机箱框架上;具有第二顶板和第二底板的第二机箱框架,其中第二机箱框架具有延伸超过第二顶板和第二底板的多个第二突起;第三手柄和第四手柄,其中第三手柄被附接到多个第二突起中的两个并且第四手柄被附接到多个第二突起中的两个;具有第二端口的第二接口面板;第二背板,其中第二背板与第二接口面板相对位于第二机箱框架上;以及其中第一端口和第二端口被配置为经由有线通信链路耦合。

有线通信链路可操作以在第一接口面板和第二接口面板之间运送通信信号。有线通信链路还可以可操作以将电力从第一接口面板运送到第二接口面板。多个第一突起可以被配置为在多机箱系统的运输、安装和操作期间保护第一接口面板,并且多个第二突起可以被配置为在多机箱系统的运输、安装和操作期间保护第二接口面板。

第二接口面板可以包括第一wi-fi天线端口、第二wi-fi天线端口、高频带天线端口、低频带天线端口和gps天线端口。第一和第二机箱框架可以包括内部安装座,用于将计算机部件和无线电部件安装在相应的机箱框架内。多个热管可被布置在第一和第二机箱框架内部。

根据本公开的其他方面,可以提供一种系统,该系统包括可操作地被耦合到天线接口单元机箱的处理器控制单元机箱。处理器控制单元机箱可以包括第一接口面板和第一电子部件。天线接口单元机箱可以包括第二接口面板和第二电子部件。系统可以检测无人驾驶飞机系统进入受限空域。系统可以基于检测步骤来定位无人驾驶飞机系统。系统可以基于检测步骤来识别无人驾驶飞机系统。系统可以基于检测步骤来缓解无人驾驶飞机系统的威胁。缓解步骤可以包括传递非动力学、无法归因的信号。系统可以是反无人驾驶飞机系统。

处理器控制单元机架和天线接口单元机架可以通过通信链路连接。信号可以经由通信链路在第一接口面板和第二接口面板之间运送。电力可以经由通信链路从第一接口面板被运送到第二接口面板。

可以通过为处理器控制单元机箱提供延伸超过第一接口面板的第一保护性突起、包括第二翼片的第一散热器、布置在处理器控制单元机箱内部的第一热管以及第一冷却通风口来保护第一电子部件。类似地,可以通过为天线接口单元机箱提供延伸超过第二接口面板的第二保护性突起、包括第二翼片的第二散热器、布置在处理器控制单元机箱内部的第二热管以及第二冷却通风口来保护第二电子部件。处理器控制单元机箱和天线接口单元机箱可以经由防震座被固定到物体上。

根据本公开,可以在不进行过度实验的情况下制造和实现本文公开和要求保护的所有系统。尽管已经根据优选实施例描述了本发明的装置,但是对于本领域技术人员将显而易见,在不脱离本发明的概念、精神和范围的情况下,可以对本文描述的系统和装置进行各种变形。另外,从前述内容将看出,本发明非常适合于实现上述所有目的和目标以及其他优点。将理解的是,某些特征和子组合是有用的,并且可以在不参考其他特征和子组合的情况下被采用。这是所考虑的并且在所附权利要求的范围内。对于本领域技术人员显而易见的所有这样的类似的替代和修改都被认为在所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内。

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