未来战争需要连接器行业的不断创新
新的战场策略将通过网络取代士兵的传感器以及射击武器,这一战术正在推动数字技术的发展以及更为先进的互连方式。
今天,实时策略(RTS)游戏和虚拟现实(VR)耳机正在被转化到真实世界的战斗中。 美国所有四个军种都开始了一种联合作战的概念,称为联合全域指挥和控制(JADC2),它利用了数字技术的迅速发展。
联合全域指挥和控制运动(JADC2)计划模型
联合多域作战行动
在实现JADC2概念时,互连的挑战是巨大的。JADC2的目标是从空中、陆地、海洋、空间和网络空间等所有领域为每个士兵、智能设备和武器平台建立网络。启用一个分布式命令,使用任何可用的资源在任何地方实现任务目标。例如,美国陆军正在用头盔式抬头显示器(HUD)训练士兵,这些显示器利用增强现实来增强他们的态势感知能力。这些耳机是商业上使用的混合现实智能眼镜的军事化版本,提供了集成的视觉增强系统(IVAS),能显示热和三维图像、定向罗盘路径点和武器交叉等。所有这些都让士兵通过镜头看到地形,而不受智能手机类产品的干扰。
弗吉尼亚Pickett堡的士兵测试微软设计的原型护目镜,该产品集成视觉增强系统(IVAS)。
想象一下在战场上,从你的头盔上翻转一个透明的屏幕,扫描周边环境来识别朋友或敌人。不仅仅是识别,视觉扫描也决定了队伍的健康和准备状态。嵌入在制服和其它可穿戴设备中的生物传感器可以检测到生命体征等。位于战场或远程的指挥官可以获得丰富的士兵信息,包括休息/睡眠、水化、注意力、警觉性、血糖、代谢状态和能量储备、高度适应、弹药数量、电池水平,甚至潜在接触有毒化学品和材料等。通过算法可以从环境中获取数据,再加上生物识别传感器的数据,能推断对供应和其它强化标准的需求。
IVAS,也被称为HUD3.0,就是通过提供战术信息来帮助战场,例如识别敌方飞机导弹发射器,然后将坐标传输到网络,这样就可以迅速摧毁它。
传感器
商用现成(COTS)产品通常不是为恶劣环境或苛刻应用要求设计的,因此大小、重量和功率(SWAP)无法满足这些新应用的挑战。为了发挥综合作战平台的作用,IVAS将利用美国陆军新的自适应阵形架构(ASA)。ASA并不是一个开放的体系结构,需要指定组件。网络互连使用大规模、非常安全的数据交换,同时防止被敌人获取。ASA还旨在优化士兵装备的SWAP。为了在完成任务速度上提供数据决策信息,一些基于云的基础设施正在布置中,例如,联合企业防御基础设施(JEDI)和美国空军的云一号企业云解决方案。
与国防部((DoD)云连接,用于使用人工智能(AI)和机器学习(ML)的数据分析,可以提供实时答案,比如,自己的部队和对手在哪里? 部队准备好装备和补给了吗?
为新的战斗系统做准备
JADC2、JEDI和IVAS都带来了带宽和SWAP挑战,这些挑战推动了连接产品的重大创新发展。电池、电缆和设备必须与其他士兵部件互连。这包括在军事物联网或战场物联网上使用越来越多的传感器和计算机设备嵌入士兵装备。从靴子中的计步器到胸甲中的心率传感器,士兵佩戴的传感器和计算设备可以提供关于士兵身体状况以及有价值的感知生物特征。然而,在战斗中实现个人、团队、指挥和云连通的复杂性给军事电子产品设计师带来了严峻挑战。
为了支持这些先进的应用和增强下一代战场技术,目前已有大量高级天线、传感器、互连、电线和电缆和附件等。首先要考虑的是数据传输链路物理层使用的连接组件。例如,O.C.H。 无论电子设备戴在人身上还是系在车辆上,TE的微型连接器解决了许多连接挑战。这些小型轻量级连接器最初是为美国陆军的Nett战士计划开发的,是为未来士兵装备设计的,包括士兵背心电缆、电池、天线、通信系统、电源集线器、收音机和军用车辆等。
TE的O.C.H. Micro Circular 连接器
设计采用推拉分离耦合机制,可快速连接和断开。 O.C.H. 微型圆形连接器符合MIL-STD-810G的严格机械和性能要求。坚固的铝壳既可全部镀镍,也可选择镀抗反射黑锌/镍,塑料插头;六或七个镍底镀金的铜合金触点,以及多种键控选项,确保在苛刻的战场环境中的正确配合。此外,铝壳和塑料插头尺寸小,重量轻。连接器的工作温度从-18°C到71°C,配上22AWG电线,也可抗冲击和振动,并可与许多其它Nett战士产品互换。
使用单对以太网将电缆体积减少一半以上
在恶劣环境作战系统的高速数据链路电缆必须传输高保真的信号和数据,并持续不间断向连接设备供电。 当然,以太网协议使得数据路由传输变得容易。但对于士兵装备,使用笨重的八线6类电缆是不可能的。幸运的是,以太网物理层(PHY)可以在单对以太网(SPE)配置中使用两根线,通常称为100BASE-T1。 为了满足航空电子产品的可靠性要求,TE最近引入了Mini-ETHSPE系统,该系统参考了即将发布的ARINC854标准。 Mini-ETH组件只使用一对电线,比传统的定制设计,尺寸、重量和成本更小。
Mini-ETH电缆在15米(49英尺)链路长度下具有200MHz和100Mb/s的传输能力。 此外,TE还有另外一个计划,在40米(131英尺)链路上支持1Gb/s和10Gb/s的数据传输速度和超过750MHz的频率。同时还计划使用Power-over-Data-Line(Po DL)版本。
最初用于飞机上的屏幕、传感器、数据集线器和其它电子设备,紧凑的Mini-ETH电缆和连接器也是新战斗系统的候选者,在这些系统中,减小尺寸和重量是有帮助的。
TE的Mini-ETH单对以太网解决方案
TE的Mini-ETH单对以太网解决方案可以使用屏蔽369系列连接器,与传统的微型圆形连接器相比,尺寸小了37%。上图左上角:一个耐用的369系列连接器外壳。 右上:一个迷你ETH组件与金属编织线。 底部左:一个迷你ETH组件与密封套。 底部右:一个超模迷你ETH电缆组件。
对于导弹预警、无线电通信、远程武器和消防系统等后端军事和国防应用,已经开发了一种新的第7类以太网电缆,可在超过15米(49英尺)链路上实现100GB/s速度,更远的距离速度可到10GB/s。 TE 的Raychem Cat 7电缆是单根屏蔽的,符合IEC61156-6的要求,在某些军事和航空航天应用中使用26AWG电线。
未雨绸缪
在当今和未来的战场上,士兵需要依靠战场上即时信息优势。士兵系统的连接器、电缆和附件在不断的变化,通过经验丰富的制造商设计和生产,来满足国防工业的各种应用需求。
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