遠程裝置控制和電力供應(yīng)的制作方法
【專利摘要】提供了一種具有逐步減低高電壓以由航空器中的遠程輔助負載使用的電源的致動器控制器。通過航空器延伸的高電壓電力總線可以使用高規(guī)格或者較小直徑的線路，從而在電力總線中產(chǎn)生重量節(jié)省。延伸通過航空器的控制網(wǎng)絡(luò)可以使用光纖電纜布線，從而提供進一步的重量減少。致動器控制器可以從電力總線接收高電壓并且向遠程裝置提供較低電壓。致動器控制器可以促進在控制網(wǎng)絡(luò)和遠程裝置之間的通信?？刂坪碗娏?yīng)的集成可以增強耐久性，可靠性，并且使得遠程裝置能夠被本地校準。模塊化機翼組件可以包括接口控制器，高和低電力母線工件，和遠程裝置。模塊化機翼組件可以包括電力和控制互連。
【專利說明】遠程裝置控制和電力供應(yīng)
[0001]相關(guān)申請
本申請要求于2008年9月23日提交的并且題目為“Ethernet Based ActuatorController”的美國臨時申請n0.61/194，055的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其整體并入在此。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明總體上涉及航空器。更加具體地，本發(fā)明涉及增強對遍布航空器定位的遠程裝置的控制和電力供應(yīng)。

【背景技術(shù)】
[0003]按照現(xiàn)在將越南戰(zhàn)爭作為直升飛機戰(zhàn)爭被記得的方式，目前在伊拉克和阿富汗中的沖突可能由于無人駕駛飛機的使用而被記得。無人駕駛飛機可以促進遠程情報收集，從而減輕對步兵在關(guān)于敵方勢力的位置和力量的信息很少或者沒有的情況下“盲目地”進入敵方區(qū)域的需要。無人駕駛飛機可以提供近距離作戰(zhàn)支持，例如識別和消除感興趣的目標，從而減輕將士兵和/或飛行員暴露于潛在的小型武器射擊、迫擊炮、火箭榴彈、路邊炸彈、防空武器、導(dǎo)彈和其它危險的需要。
[0004]通常地關(guān)于航空器，長期以來感到存在增強性能的需要。先前的改進包括在美國專利 N0.4，816，828 (fiber optics interconnected with cameras)> 美國專利N0.5, 255, 880 (fiber optics interconnected with a column signal generator)和美國專利N0.4，143，410 (miniature gage control wiring)中公開的那些。然而，傳統(tǒng)航空器和無人駕駛飛機的操作能力仍然有限。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]所公開的系統(tǒng)和方法可以增強航空器的耐久性、機動性、操作能力和/或最大可維持高度?？梢蕴峁┮环N致動器接口控制器，該致動器接口控制器與遍布航空器(例如在機翼、機尾、起落架、機身和其它位置中)定位的遠程裝置接合。該接口控制器可以接受來自高電壓電力總線的高電壓，并且然后向低電壓電力總線提供逐步減低的或者較低的電壓以向所述遠程裝置供電。該接口控制器可以中繼從指示該遠程裝置的操作的控制網(wǎng)絡(luò)接收的命令。該接口控制器可以為(a)從位于接口控制器上的本地處理器發(fā)送到遠程裝置的命令信號，和(b)從遠程裝置接收的反饋信號提供信號調(diào)節(jié)。該接口控制器可以將與遠程裝置的操作有關(guān)的反饋傳達到控制網(wǎng)絡(luò)。
[0006]在一個實施例中，可以提供一種用于向位于航空器中的遠程輔助負載供應(yīng)電力的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以包括位于包括電源的航空器中的致動器接口控制器。該電源可以與高規(guī)格導(dǎo)線和低規(guī)格導(dǎo)線互連，其中高規(guī)格導(dǎo)線是比低規(guī)格導(dǎo)線更高規(guī)格的線路。該高規(guī)格導(dǎo)線可以用作高電壓電力總線并且向所述電源提供高電壓輸入。該電源可以被配置為將所接收的高電壓逐步減低為低于高電壓電力總線上的高電壓的低電壓并且將該低電壓置于可以用作低電壓電力總線的低規(guī)格導(dǎo)線上。該低電壓電力總線可以與遠程輔助負載互連并且向遠程輔助負載提供低電壓。該遠程輔助負載可以位于距航空器的動力裝置一定距離處。結(jié)果，一段長度的用作低電壓電力總線的低規(guī)格線路和更長的一段長度的用作高電壓電力總線的相對較輕的高規(guī)格導(dǎo)線二者均可以被用于將電力從航空器的動力裝置中繼到遠程輔助負載，從而降低向遠程輔助負載供應(yīng)電力所需要的、位于航空器中的線路的總重量。
[0007]在另一實施例中，可以提供一種用于向位于航空器中的遠程裝置供應(yīng)電力的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以包括與高電壓電力總線互連并且具有電源的致動器接口控制器。該電源可以被配置為將從高電壓電力總線接收的高電壓降低為低電壓電力總線的低電壓并且將低電壓置于離開該致動器接口控制器的低電壓電力總線上。該高電壓電力總線具有第一粗度(thickness)和每單位距離的第一重量。該低電壓電力總線可以具有第二粗度和每單位距離的第二重量。低電壓電力總線的低電壓可以小于高電壓電力總線的高電壓。低電壓電力總線的第二粗度和每單位距離的第二重量可以大于高電壓電力總線的第一粗度和每單位距離的第一重量，從而使得比較而言每單位距離的高電壓電力總線比低電壓電力總線更輕。該系統(tǒng)可以包括遠程裝置，其與低電壓電力總線互連并且從由低電壓電力總線輸送的低電壓供電。結(jié)果，可以通過低電壓電力總線和相對較輕的高電壓電力總線這二者將電力傳送到遠程裝置，從而降低向遠程裝置供應(yīng)電力所需要的、在航空器中的線路的總重量。
[0008]在另一實施例中，可以提供一種用于對位于航空器中的遠程裝置進行控制和供應(yīng)電力的方法。該方法可以包括提供位于航空器中的第一位置處的接口控制器，并且將高規(guī)格導(dǎo)線與接口控制器互連。該高規(guī)格導(dǎo)線可以從位于航空器的機身中的動力裝置延伸第一距離到位于第一位置處的接口控制器。該方法可以包括將比較而言相對于高規(guī)格導(dǎo)線較低的低規(guī)格導(dǎo)線互連到接口控制器。該低規(guī)格導(dǎo)線可以從接口控制器延伸第二距離到位于航空器中的第二位置處的遠程裝置。該高規(guī)格導(dǎo)線可以具有比較低規(guī)格導(dǎo)線更小的、每單位距離的重量和粗度。該方法可以包括將從位于機身中的動力裝置產(chǎn)生的高電壓置于延伸到接口控制器的高規(guī)格導(dǎo)線上，并且經(jīng)由與接口控制器相關(guān)聯(lián)的電壓轉(zhuǎn)換器將高電壓逐步減低為低于高電壓的低電壓并且將低電壓置于低規(guī)格導(dǎo)線上以對遠程裝置供電。結(jié)果，通過低規(guī)格導(dǎo)線和相對較輕的高規(guī)格導(dǎo)線二者從位于機身中的動力裝置向位于航空器中的遠程裝置傳送電力，由此降低向遠程裝置供電所需要的、在航空器中的線路的總重量。
[0009]根據(jù)已經(jīng)通過說明的方式示出和描述的優(yōu)選實施例的以下描述，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，優(yōu)點將變得更加顯而易見。如將會認識到地，該系統(tǒng)和方法能夠具有其它的和不同的實施例，并且它們的細節(jié)能夠在各個方面進行修改。相應(yīng)地，附圖和描述應(yīng)該被視為本質(zhì)上是說明性的而非限制性的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1說明航空器的不例性不意圖；
圖2說明示例性致動器控制器接口 ；
圖3說明用于集成對位于航空器的機翼中的遠程裝置的控制和向其供應(yīng)電力的示例性技術(shù)；
圖4說明示例性無人駕駛飛機；以及圖5說明用于無人駕駛飛機的操作的示例性概念。

【具體實施方式】
[0011]一種系統(tǒng)和方法可以經(jīng)由致動器接口控制器集成對位于航空器中的遠程裝置進行的控制和供應(yīng)電力。每一個遠程裝置均可以位于機翼、機身、機尾、起落架和航空器上的其它位置中。類似地，該接口控制器可以位于機翼、機身、機尾、起落架和航空器的其它位置中，并且優(yōu)選地位于對應(yīng)的遠程裝置附近。該接口控制器可以從高電壓電力總線接收高電壓并且將逐步減低的較低電壓提供到低電壓電力總線上從而向遠程裝置供電。該接口控制器可以包括指示遠程裝置的操作的本地處理器。
[0012]高電壓電力總線可以從航空器的動力裝置延伸到接口控制器。高電壓電力總線可以包括比低電壓電力總線更細和/或重量更輕的線路，并且可以在航空器內(nèi)延伸大約相同或者更大的距離，如與低電壓電力總線的長度相比的那樣。依次地，相對較重的低電壓電力總線可以從接口控制器到遠程裝置延伸相對較短的距離，并且因此降低重量。
[0013]該接口控制器可以與遠程裝置和控制航空器的控制網(wǎng)絡(luò)二者數(shù)據(jù)通信。該接口控制器可以經(jīng)由光纖電纜而被連接到控制網(wǎng)絡(luò)，并且可以使用信號調(diào)節(jié)器以促進與遠程裝置通信。該接口控制器可以包括指示遠程裝置的操作并且向控制網(wǎng)絡(luò)提供從遠程裝置接收的操作反饋的本地處理器。該遠程裝置可以包括伺服控制器、致動器、燈、傳感器、制動器、發(fā)射器、接收器、錄像機、天線、武器、溫度監(jiān)視器、速度檢測器、其它航空器硬件、其它電氣或者機械裝置，和/或其它輔助負載。
[0014]如在本文所討論的那樣，該接口控制器可以降低機翼重量和信號干擾。該接口控制器還可以增強航空器的模塊性、可靠性和控制。
[0015]1.遠程裝置控制和電力供應(yīng)的集成
單一接口控制器可以相對于遠程裝置本地集成遠程裝置控制和電力供應(yīng)。該接口控制器可以被配置為適應(yīng)很多類型的遠程裝置。為了支持不同類型的遠程裝置，該接口控制器可以被配置為具有為每一個遠程裝置或者每一種類型的遠程裝置專門地定制的軟件和/或硬件。
[0016]該接口控制器可以被配置為作為在控制網(wǎng)絡(luò)和遠程裝置之間的橋接器而操作。為了作為從控制網(wǎng)絡(luò)(例如從控制網(wǎng)絡(luò)的主控制器)到一個或者多個遠程裝置的橋接器而操作，該接口控制器可以與(I)主電力總線或者其它電力總線、(2)光纖網(wǎng)絡(luò)，和/或(3)—個或者多個遠程裝置接合。到接口控制器的輸入和來自接口控制器的輸出可以包括電力和控制信號二者。該接口控制器可以產(chǎn)生低電壓電力信號并且將其置于低電壓總線上。該低電壓總線可以與位于機翼、機身、機尾、起落架和航空器的其它位置中的遠程裝置互連并且向所述遠程裝置供應(yīng)電力。該接口控制器可以產(chǎn)生指示遠程裝置的操作的控制信號。該接口控制器可以向由該接口控制器控制的每一個相關(guān)聯(lián)遠程裝置傳送數(shù)據(jù)和從所述每一個相關(guān)聯(lián)遠程裝置接收數(shù)據(jù)。
[0017]I1.減少的航空器導(dǎo)線重量
可以通過使用重量更輕的高電壓傳輸線向接口控制器和本地電源提供電力來實現(xiàn)重量減少。高電壓可以在接口控制器處被本地轉(zhuǎn)換成能夠被用于向接口控制器和遠程裝置二者供電的較低電壓。
[0018]輸入到接口控制器的高電壓總線可以使得能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)于航空器的重量節(jié)省，包括在機翼、機身、機尾和其它位置中的重量節(jié)省。使用高電壓總線電壓向位于航空器中的遠程接口控制器饋電可以允許為所需電流采用尺寸小得多和重量更輕的導(dǎo)體。
[0019]可以通過使用光纖電纜布線實現(xiàn)進一步的重量減少，光纖電纜布線可以替換較重的傳統(tǒng)導(dǎo)線例如銅電纜。光纖電纜可以被用于中繼去向和來自主控制器的控制信號。該接口控制器可以經(jīng)由與位于接口控制器上的本地處理器互連的光纖接口與控制網(wǎng)絡(luò)和/或主網(wǎng)絡(luò)控制器通信。
[0020]例如，標準光纖電纜的重量可以是大約2.5克每米。傳統(tǒng)的銅導(dǎo)線可以重大約4.5克每米。利用傳統(tǒng)技術(shù)，可能需要兩個銅導(dǎo)體一一根銅導(dǎo)線可以被用于向遠程負載發(fā)送信號，并且第二銅導(dǎo)線可以被用于從遠程負載接收信號。結(jié)果，傳統(tǒng)的信號對的實際重量可以是大約9克每米，即，4.5克每米乘以二。在另一方面，光纖電纜布線可以是雙向的，即，僅僅需要單一電纜。因此，如與傳統(tǒng)的銅線路信號對相比的那樣，光纖可以提供在大約60%和80%之間的重量節(jié)省。
[0021]II1.數(shù)據(jù)和控制信號的長距離傳輸
光纖換能器可以允許實現(xiàn)非常長的傳輸距離和高的通信數(shù)據(jù)速率，這在大型航空器中可能是有利的。例如，大型航空器可能具有相對較大的機翼，其中可能要求遠程裝置物理上被遠離彼此和/或機身放置。光纖可以例如以光信號的形式快速地通過那些距離輸送用于指示遠程裝置的操作的控制信號。
[0022]IV.系統(tǒng)可靠性
本實施例可以減輕信號干擾并增強模塊性、組件可互換性和替換、本地校準和/或本地地線，所有這些都可以增強總體系統(tǒng)可靠性。
[0023]A.抗電磁干擾
位于航空器上的設(shè)備例如電動機、發(fā)電機、有效負載、天線、發(fā)射器、接收器、推進器和其它電氣設(shè)備可能引起電磁干擾。還可能從附近的航空器或者基于陸地的源和發(fā)射器輻射電磁干擾。
[0024]然而，光纖電纜布線可以不受電磁干擾影響?，F(xiàn)代光纖電纜可以被構(gòu)造成最小化源自航空器自己的設(shè)備或者別處的外部信號可以干擾在航空器內(nèi)發(fā)射和接收的數(shù)據(jù)的可能性。因此，沿著光纖電纜行進的信號可能不會高度地受到電磁干擾影響。
[0025]由光纖提供的抗擾度在關(guān)鍵性的航空器系統(tǒng)中可以是非常有利的?，F(xiàn)代光纖換能器可以允許在非常長的距離上，并且以高的通信數(shù)據(jù)速率可靠地傳送數(shù)據(jù)和控制信號。如上所指出地，在包括物理地位于距機身和/或主控制器大的距離處的遠程裝置的較大航空器中，這可以是有益的。
[0026]B.模塊性
本實施例可以提供模塊化翼板、接口控制器和其它組件。外部或者其它翼板可以是可與替換翼板互換的。機翼可以包括多個翼板，并且可以連同位于翼板內(nèi)的所有的組件一起地替換每一個翼板。如與被替換的原始翼板相比的那樣，替換翼板自己可以包括另外的、較少的或者可替代的替換接口控制器和/或遠程裝置。
[0027]位于替換翼板內(nèi)的替換遠程裝置可以已經(jīng)在互換翼板之前得以校準。結(jié)果，替換翼板可以僅僅需要互連電力和網(wǎng)絡(luò)連接，這可以促進翼板和相關(guān)聯(lián)組件的快速和高效的替換?？商娲?，一旦替換翼板得以安置，運行一個或者多個嵌入軟件例程的替換接口控制器便可以本地地和自動地校準替換遠程裝置。
[0028]另外地，接口控制器自己可以是可與其它接口控制器互換的。每一個接口控制器均可以具有多個電插腳。電插腳可以將接口控制器與機翼互連并且將接口控制器物理地保持到適當?shù)奈恢?。電插腳可以促進每一個接口控制器的高效的物理可互換性。
[0029]C.本地校準
接口控制器可以提供來自傳感器和其它遠程裝置的數(shù)據(jù)的本地縮放和校準。每一個接口控制器均可以促進與位于機翼的特定部分中的一個或者多個遠程裝置的數(shù)字互連。如果例如利用包括另外的或者不同的軟件和/或硬件的另一個接口控制器替換接口控制器，則可以僅僅有必要關(guān)于與被替換的接口控制器互連的遠程裝置進行再次校準。
[0030]將校準和其它數(shù)據(jù)本地存儲在位于接口控制器上的存儲器中可以縮短被發(fā)送到遠程裝置的數(shù)據(jù)和命令的傳輸時間。同樣地，可以縮短在接口控制器處接收從遠程裝置傳送的反饋信號所需要的時間。因此，僅僅需要被替換接口控制器指示的遠程裝置(位于翼梢、尾段或者其它航空器部分中)的本地校準的再次校準過程可以允許換出任務(wù)專用的接口控制器和遠程裝置。
[0031]D.本地電力轉(zhuǎn)換
接口控制器可以提供本地電力轉(zhuǎn)換。在一個或者多個遠程裝置附近的逐步減低的電力轉(zhuǎn)換可以促進位于接口控制器上的低電壓電源的模塊化替換。
[0032]通過遍布機翼、機身、機尾或者其它航空器位置提供一個或者多個本地地線，本地提供的低電壓的電平可以是更加準確的。覆蓋一定距離的長電力母線工件(busswork)可以沿著該距離產(chǎn)生電壓降。結(jié)果，在任何給定點處的電壓可能是不確定的。將不可靠的或者不足的電壓施加到遠程裝置可能會使操作降級。利用本實施例，每一個接口控制器均可以包括本地地線，并且通過使用例如串聯(lián)的多個接口控制器，或者使用其它多個本地地線，可以最小化電力母線工件的每一個部分從地線延伸到地線的長度。
[0033]E.故障檢測和自動重啟
接口控制器可以具有允許位于接口控制器上的本地處理器自己重啟的嵌入軟件。如果存在引起接口控制器掉線(drop offline)的故障或者外部事件,貝U接口控制器可以自己自動地重啟。
[0034]例如，接口控制器可以包括連續(xù)運行“檢查健康狀況”例程的本地處理器。如果本地處理器檢測到外部事件，例如雷擊、保險絲熔斷、功率驟增或者其它事件，則它可以快速地并且自動地自己重啟。重啟功能性可以消除對位于接口控制器上的備用電源例如電池的需要。在檢測到外部事件時，本地處理器可以產(chǎn)生警告報警信號并且向控制網(wǎng)絡(luò)或者主控制器傳送該警告報警信號?？商娲?，該警告報警信號可以被本地處理。
[0035]本地處理器可以詢問校準數(shù)據(jù)或者可以本地存儲校準數(shù)據(jù)。如與更遠的控制相比的那樣，在遠程裝置附近的本地處理可以提供更加快速的響應(yīng)時間。本地處理可以提供各種運行時間循環(huán)的控制和本地過濾。示例性運行時間循環(huán)可以指示遠程裝置的操作并且提供反饋，例如與遠程裝置相關(guān)聯(lián)的伺服定位。
[0036]V.示例性航空器
圖1是采用致動器接口控制器112的航空器100的示例性示意圖。航空器100可以包括機身102、機翼104、動力裝置106、高電壓電力母線工件110、接口控制器112、低電壓電力母線工件114、遠程裝置116，和模塊化機翼組件118。航空器100可以包括另外的、更少的或者可替代的組件。
[0037]高電壓電力母線工件110可以從航空器100的動力裝置106延伸到每一個接口控制器112。動力裝置106可以將高電壓置于高電壓電力母線工件110上。航空器的動力裝置108可以位于機身102中或者機翼104中。動力裝置108可以是內(nèi)燃機、推進器驅(qū)動的發(fā)電機、電池、太陽能電池陣或者其它類型的動力裝置。在一個實施例中，該相對較高電壓可以在大約60V和大約600V之間，并且優(yōu)選地為大約350V?？梢允褂闷渌母唠妷?。
[0038]高電壓電力母線工件110可以從動力裝置106和/或機身102并且通過機身102延伸到機翼104和/或機尾段的內(nèi)部。在機翼104和/或機身102中，高電壓電力母線工件110可以與一個或者多個接口控制器112互連。接口控制器112可以將在高電壓電力母線工件110上的高電壓降低或者逐步減低為比較而言較低的電壓(相對于高電壓較低)。接口控制器112然后可以將逐步減低的較低電壓置于低電壓電力母線工件114上。
[0039]低電壓電力母線工件114可以從接口控制器112延伸到一個或者多個相關(guān)聯(lián)遠程裝置116。可以從由低電壓電力母線工件114供應(yīng)的低電壓為遠程裝置116供電。遠程裝置116可以包括伺服機、傳感器、致動器、攝影機、發(fā)射器、接收器、成像裝置、錄像機和其它輔助負載，包括在本文中別處指出的那些。低電壓可以在大約5V和大約60V之間，并且優(yōu)選地為大約28V?？梢允褂闷渌牡碗妷?，包括大約12V。
[0040]在低電壓電力母線工件114上的低電壓可能需要相對較重的電纜以用于傳輸。在另一方面，輸送較高電壓的高電壓母線工件110可以包括比較而言更小并且更輕的線路。高電壓母線工件I1可以包括規(guī)格為大約24的線路到規(guī)格為大約36的線路。低電壓母線工件114可以包括相對較厚和較重的線路，例如規(guī)格為大約12到規(guī)格為大約24的線路。
[0041]通常，與按照數(shù)字來說的較低規(guī)格的導(dǎo)線相比，按照數(shù)字來說的較高規(guī)格的導(dǎo)線的直徑更小。例如，規(guī)格為12的導(dǎo)線的直徑比規(guī)格為30的導(dǎo)線大得多。實心導(dǎo)線直徑可以每隔5個規(guī)格增加了一倍，或者每隔9個規(guī)格增加了兩倍。規(guī)格為36的導(dǎo)線可以具有大約5密耳的直徑，規(guī)格為30的導(dǎo)線可以具有大約10密耳的直徑，規(guī)格為24的導(dǎo)線可以具有大約20密耳的直徑，并且規(guī)格為10的導(dǎo)線可以具有大約100密耳的直徑。
[0042]而且，直徑較大的導(dǎo)線可以輸送更大的電流。例如，規(guī)格為十的導(dǎo)線對于約30安培可以是安全的，而規(guī)格為16的導(dǎo)線可以僅僅對于約7.5安培是安全的。因此，與低電壓母線工件114相比，高電壓母線工件110可以具有更小的直徑并且能夠被操作用于安全地輸送較小的電流，而且輸送比低電壓母線工件114更高的電壓。
[0043]與高電壓電力母線工件110相關(guān)聯(lián)的相對較輕的線路可以在航空器內(nèi)延伸和與低電壓電力母線工件114相關(guān)聯(lián)的比較而言較重的線路大約相同或者更長的距離。例如，如由圖1描繪地那樣，從動力裝置106 (特別地如果動力裝置106位于航空器的機身中)到位于大的機翼或者機尾中的遠程接口控制器112的距離可以顯著地大于從遠程接口控制器112到位于機翼中的接口控制器112附近的遠程裝置116的距離。接口控制器還可以定位于其它位置處例如機身中或者起落架上。結(jié)果，可以實現(xiàn)與向遍布航空器定位的遠程裝置遞送電力所需要的電力母線工件相關(guān)聯(lián)的航空器(并且尤其機翼)中的重量節(jié)省。
[0044]機翼104可以包括多個模塊化機翼組件118。多個模塊化機翼組件118可以被預(yù)制成是與其它模塊化機翼組件118可互換和可互連的。每一個模塊化機翼組件118均可以包括一個或者多個接口控制器112、一個或者多個遠程裝置116、高電壓電力母線工件110的一部分和低電壓電力母線工件114的一部分。每一個模塊化機翼組件118均可以提供普通的(I)網(wǎng)絡(luò)連接、(2 )高電壓電力母線工件連接，和(3 )低電壓電力母線工件連接。例如，網(wǎng)絡(luò)和電力母線工件可以被分段，但是隨后經(jīng)由多個模塊化機翼組件118而被互連。
[0045]V1.示例性接口控制器
圖2是示例性致動器接口控制器200。致動器接口控制器200可以包括本地微處理器202、光纖接口控制器204、電源206、信號調(diào)節(jié)單元208和無線發(fā)射器和/或接收器210。致動器接口控制器可以包括另外的、更少的或者可替代的組件。
[0046]微處理器202可以與光纖接口 204、信號調(diào)節(jié)器208和無線收發(fā)器210雙向通信。依次地，光纖接口 204可以與航空器控制網(wǎng)絡(luò)例如飛行控制或者飛行控制計算機212雙向通信。信號調(diào)節(jié)器208可以與遠程裝置例如伺服控制器214雙向通信。
[0047]電源206可以從高電壓電力母線工件216接受高電壓。電源206可以將高電壓降低為第一較低電壓224并且將該第一較低電壓提供給微處理器202從而對微處理器202供電。電源206還可以將高電壓降低為第二較低電壓并且將該第二較低電壓置于低電壓電力母線工件218上從而對遠程裝置214供電。在一個實施例中，高電壓可以是大約350V，第一較低電壓可以是大約5V，并且第二較低電壓可以是大約12V或者大約28V。可以使用其它的電壓。
[0048]電源206可以包括:第一DC/DC轉(zhuǎn)換器，其將高電壓電力母線工件216上的高電壓降低為第一較低電壓以對微處理器202供電；和第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器，其將高電壓電力母線工件216上的高電壓降低為第二較低電壓以對低電壓電力母線工件218和遠程裝置214供電。
[0049]在一個可替代實施例中，電源206可以是智能電源并且與微處理器集成。智能電源可以從控制網(wǎng)絡(luò)212接收命令以打開和關(guān)閉遠程裝置214?？商娲?，接口控制器200包括作為主級電源或次級電源的電池或者能量收集裝置，以進一步增強可靠性。
[0050]信號調(diào)節(jié)器208可以提供對被發(fā)送212到遠程裝置214和從遠程裝置214接收222的信號的信號調(diào)節(jié)。信號調(diào)節(jié)器208可以提供主動顫振抑制、模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換和/或其它信號調(diào)節(jié)。信號調(diào)節(jié)器208可以適應(yīng)與很多類型的遠程裝置214 (例如圖2所示的伺服控制器和包括在本文討論的那些的其它輔助負載)進行通信。
[0051]光纖接口 204可以將本地微處理器202與航空器的控制網(wǎng)絡(luò)212的光纖電纜布線互連。在可替代實施例中，先進的光纖電纜布線自己可以用作遠程情報收集裝置，從而減輕對位于機翼中的某些遠程裝置的需要。在一個實施例中，可以由PhotoCraft Inc.?制造光纖電纜布線。
[0052]從控制器212通過光纖傳送并且由光纖接口 204接收的命令可以指示遠程裝置214的操作例如命令遠程伺服機到達某些位置。來自遠程裝置214的反饋然后可以經(jīng)由光纖接口 204中繼返回到控制器212。在一個實施例中，信號電平1-0或者高-低電壓可以命令伺服機和報告關(guān)于伺服機的定位的反饋。
[0053]VI1.示例性方法
圖3說明增強航空器300的耐久性和機動性的示例性方法。方法300可以包括降低電力總線302的重量、降低與控制網(wǎng)絡(luò)304通信的可靠裝置的重量、集成遠程裝置306的控制和電力供應(yīng)二者、提供組件模塊性從而易于替換和本地校準308，和增強系統(tǒng)可靠性310。該方法可以包括另外的、更少的或者可替代的動作。
[0054]方法300可以通過使用(a)用于電力總線例如高或低電壓電力總線的小規(guī)格線路(b)光纖電纜和/或(c)無線通信來降低電力總線302的重量。在一個方面，接口控制器可以與高電壓電力母線工件和低電壓電力母線工件二者互連。高電壓可以經(jīng)由用作高電壓電力總線的小的、輕的導(dǎo)線輸送。在一方面，低電壓可以在用作低電壓電力總線的比較而言更大的、重的導(dǎo)線上輸送。在較輕的電力總線之上傳送為遠程裝置供電所需要的電力的一個部分可以降低航空器的重量。在一個實施例中，傳送高電壓的、較輕的高電壓電力總線的長度可以基本上大于或者至少等于傳送低電壓的、較重的低電壓電力總線的長度。
[0055]方法300可以降低與控制網(wǎng)絡(luò)304通信的可靠裝置的重量。航空器可以包括享有抗擾度的光纖控制網(wǎng)絡(luò)。該控制網(wǎng)絡(luò)可以使用以太網(wǎng)技術(shù)以在航空器內(nèi)操作局域網(wǎng)?？梢允褂肐EEE 802或者其它通信標準。
[0056]可替代地，代替光纖系統(tǒng)地，每一個本地控制器均可以作為網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)或者其它網(wǎng)絡(luò)中的無線節(jié)點而操作。離散無線通信可以促進從主控制器到一個或者多個接口控制器的無損壞的長距離數(shù)據(jù)和控制信號傳輸。當從一個接口控制器到下一個接口控制器進行傳送時，可以例如經(jīng)由校驗和、標志、握手等檢查信號可靠性。如果信號可靠性未被確認，則每一個接口控制器對可以搜索可靠的離散的和可用的頻率。如果發(fā)現(xiàn)了可靠的頻率，則兩個接口控制器均可以試圖在被識別為可靠的、新的頻率上重新建立可靠通信。
[0057]方法300可以集成遠程裝置306的控制和電力供應(yīng)二者。遠程接口控制器可以定位于需要供應(yīng)控制信號和/或電力的遠程裝置的附近。接口控制器可以與航空器的光纖網(wǎng)絡(luò)和/或高電壓電力總線接合。接口控制器可以從高電壓電力總線接收高電壓和從光纖網(wǎng)絡(luò)接收控制信號。隨后，接口控制器可以將所接收的高電壓和控制信號分別地轉(zhuǎn)換成低電壓電力信號和經(jīng)調(diào)節(jié)的控制信號。低電壓電力信號可以對與接口控制器互連的遠程裝置供電，并且經(jīng)調(diào)節(jié)的控制信號可以指示與接口控制器互連的遠程裝置。
[0058]如在本文別處所討論的那樣，該方法可以包括提供模塊化組件308。例如，可以提供可互換的模塊化翼梢、機翼組件和機尾。每一個模塊化組件均可以具有專用接口控制器或者遠程裝置。每一個接口控制器均可以與用相同或者不同的任務(wù)包(miss1n package)編程的另一接口控制器可互換。
[0059]位于接口控制器上的本地處理器可以指示遠程裝置的自動校準。本地處理器可以包括對應(yīng)于位于模塊化翼梢、機尾或者機翼組件中的遠程裝置的嵌入校準數(shù)據(jù)和例程。例如，與以前的任務(wù)相關(guān)聯(lián)的翼梢或者其它模塊化組件可以用與新的任務(wù)相關(guān)聯(lián)的替換翼梢或者模塊化組件替換。替換翼梢可以包括與鄰接的機翼組件互連的電力和控制連接，例如與以上討論的控制網(wǎng)絡(luò)和高電壓電力母線工件的互連。
[0060]替換翼梢或者其它模塊化組件可以包括任務(wù)專用接口控制器、遠程裝置、軟件、本地處理器和其它任務(wù)專用替換組件。例如，接口控制器或者本地處理器可以被編程為指示遠程裝置收集情報，例如在起飛之前或者飛離識別的、感興趣的特定目標的視頻或者音頻記錄。
[0061 ] 在一個實施例中，兩個或者更多接口控制器可以串聯(lián)運行以提供多個逐步減低的電壓。高電壓可以被第一接口控制器從350 V逐步減低為中間電壓，例如28V。中間電壓可以對第一遠程裝置供電，也可以對第二接口控制器饋電。第二接口控制器然后可以將從第一接口控制器接收的28 V逐步減低為低電壓，例如可以對第二遠程裝置供電的12V或者5V低電壓。
[0062]該方法可以包括增強可靠性310。該方法可以包括本地電力轉(zhuǎn)換，例如電力被從相對較高電壓逐步減低為在遠程裝置附近的相比較而言較低的電壓；在遠程裝置可以促進更高的模塊性的情況下的本地校準；高電壓到低電壓電力母線工件和線路；和/或光纖接合。
[0063]另外地，利用傳統(tǒng)的裝置處理器，功率驟增或者其它外部或者內(nèi)部事件可能引起故障。利用本實施例，接口控制器可以包括帶有具有嵌入軟件的存儲器的本地處理器。嵌入軟件可以包括故障識別例程。如果本地處理器識別到與接口控制器相關(guān)聯(lián)的故障，則本地處理器可以自動地并且快速地自己重啟。得以識別的故障可以包括功率驟增、組件故障、保險絲熔斷、本地處理器停機和其它事件。結(jié)果，可以自動地最小化故障停機時間，而無需直接的人員干預(yù)并且無需可以減輕可能是耗時的和低效的人工糾正性故障檢修。
[0064]VII1.示例性應(yīng)用
圖4說明示例性航空器400。該航空器400可以是能夠維持在地面上方飛行高達65，000英尺的無人駕駛飛機。無人駕駛飛機400可以在空中交通和天氣以上操作，具有超過為期一周的飛行持續(xù)時間，提供位置保持能力，與支持(backup)平臺相結(jié)合地操作以在感興趣的區(qū)域之上保證連續(xù)的和遠程的情報收集覆蓋范圍，并且可以被直接地互連到外部通信網(wǎng)絡(luò)中。
[0065]無人駕駛飛機400可以是高空、長耐久性無人駕駛航空器。無人駕駛飛機400可以用作中繼通信和其它有效負載的平臺。無人駕駛飛機400可以促進雙向?qū)拵?、語音和/或窄帶通信。無人駕駛飛機400可以捕獲并且促進視頻和/或音頻的廣播。無人駕駛飛機400可以與(I)具有小至大約兩英寸的天線的固定用戶設(shè)備、(2)網(wǎng)關(guān)站、(3)互聯(lián)網(wǎng)、(4)碟形衛(wèi)星天線和(5)移動用戶設(shè)備例如手持式裝置、蜂窩電話、PDA、膝上型電腦、GPS裝置和其它裝置通信。
[0066]圖5說明用于無人駕駛飛機的操作的示例性概念。無人駕駛飛機可以經(jīng)由衛(wèi)星鏈路與位于地面上的任務(wù)控制站通信。本實施例可以向無人駕駛飛機提供的重量減少可以促進延長的、感興趣的遠程區(qū)域的觀察。無人駕駛飛機可以具有7天或者更大的耐久性并且隨著其它無人駕駛車輛旋轉(zhuǎn)以用于連續(xù)的戰(zhàn)場覆蓋。無人駕駛飛機可以提供實時高分辨率視頻成像，其能夠?qū)崟r地接近在地面上、在空中和在海上的作戰(zhàn)單元。
[0067]用于無人駕駛飛機的任務(wù)實例可以包括持久凝視通信或者GPS功能性、電磁干擾的檢測和定位、戰(zhàn)術(shù)的站上天氣和通信監(jiān)視、戰(zhàn)場指揮員進行動態(tài)任務(wù)分配、通信增強、帶寬擴展、在由少到無的其它覆蓋的情況下的魯棒區(qū)域覆蓋、實時地收集持久的和可行動的情報、干擾、干擾發(fā)射臺跟蹤、導(dǎo)彈防御、戰(zhàn)場和空域感知、空域防撞和專門的通信支持。
[0068]雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明不受這樣的限制并且可以在不偏離本發(fā)明的情況下進行修改。本發(fā)明的范圍是由所附權(quán)利要求限定的，并且意圖在其中涵蓋字面上地或者通過等價地歸入權(quán)利要求的含義內(nèi)的所有的裝置。
[0069]因此前面的詳細描述旨在被視為是說明性的而非限制性的，并且應(yīng)該理解以下權(quán)利要求(包括所有的等價物)旨在限定本發(fā)明的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于向位于航空器中的遠程輔助負載供應(yīng)電力的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 位于包括電源的所述航空器中的致動器接口控制器，所述電源與高規(guī)格導(dǎo)線和低規(guī)格導(dǎo)線互連，所述高規(guī)格導(dǎo)線是比所述低規(guī)格導(dǎo)線更高規(guī)格的線路， 其中所述高規(guī)格導(dǎo)線用作高電壓電力總線并且向所述電源提供高電壓輸入； 所述電源被配置為將所接收的高電壓逐步減低為低于所述高電壓電力總線上的所述高電壓的低電壓，并且將所述低電壓置于用作低電壓電力總線的低規(guī)格導(dǎo)線上； 所述低電壓電力總線與所述遠程輔助負載互連并且向所述遠程輔助負載提供低電壓；以及 所述遠程輔助負載位于距所述航空器的動力裝置一定距離處，從而使得一段長度的用作低電壓電力總線的低規(guī)格線路和更長的一段長度的用作高電壓電力總線的相對較輕的高規(guī)格導(dǎo)線二者均被用于將電力從所述航空器的所述動力裝置中繼到所述遠程輔助負載，從而降低向所述遠程輔助負載供應(yīng)電力所需要的位于所述航空器中的線路的總重量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進一步包括: 位于所述致動器接口控制器中的本地處理器，所述本地處理器經(jīng)由光纖接口而與控制網(wǎng)絡(luò)互連；以及 位于所述致動器接口控制器中的信號調(diào)節(jié)器，所述信號調(diào)節(jié)器與所述遠程輔助負載互連，其中所述電源被配置為向所述本地處理器供應(yīng)電力，并且所述致動器接口控制器被配置為經(jīng)由所述本地處理器控制所述遠程輔助負載的操作，所述本地處理器指示所述信號調(diào)節(jié)器向所述遠程輔助負載發(fā)送控制信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中所述致動器接口控制器的所述本地處理器被配置為在外部事件中斷所述本地處理器的正常操作時自動地重啟。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中所述致動器接口控制器的所述本地處理器包括帶有促進所述遠程輔助負載的遠程校準的嵌入軟件的存儲器，所述本地處理器根據(jù)所述嵌入軟件指示所述遠程校準。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中所述致動器接口控制器能夠與其它致動器接口控制器電氣互換，并且所述致動器接口控制器的所述本地處理器包括促進所述遠程輔助負載的控制的任務(wù)專用軟件，從而使得根據(jù)特定任務(wù)，具有第一任務(wù)專用軟件的一個致動器接口控制器能夠被具有第二任務(wù)專用軟件的第二致動器接口控制器物理地替換。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述高規(guī)格導(dǎo)線是規(guī)格為大約24或者更高的導(dǎo)線，并且所述低規(guī)格導(dǎo)線是規(guī)格為大約22或者更低的導(dǎo)線。
7.一種用于向位于航空器中的遠程裝置供應(yīng)電力的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 與高電壓電力總線互連并且具有電源的致動器接口控制器； 所述電源被配置為將從所述高電壓電力總線接收的高電壓降低為低電壓電力總線的低電壓并且將所述低電壓置于離開所述致動器接口控制器的所述低電壓電力總線上； 所述高電壓電力總線包括第一粗度和每單位距離的第一重量； 所述低電壓電力總線包括第二粗度和每單位距離的第二重量，所述低電壓電力總線的所述低電壓小于所述高電壓電力總線的所述高電壓，并且所述低電壓電力總線的第二粗度和每單位距離的第二重量大于所述高電壓電力總線的第一粗度和每單位距離的第一重量，從而使得比較而言每單位距離的所述高電壓電力總線比所述低電壓電力總線更輕；以及 遠程裝置，其與所述低電壓電力總線互連并且從由所述低電壓電力總線輸送的所述低電壓供電，從而使得通過低電壓電力總線和相對較輕的高電壓電力總線二者將電力傳送到所述遠程裝置，從而降低向所述遠程裝置供應(yīng)電力所需要的在所述航空器中的線路的總重量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中所述高規(guī)格導(dǎo)線是規(guī)格為大約24或者更高，并且所述低規(guī)格導(dǎo)線是規(guī)格為大約22或者更低。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中通過在所述高電壓電力總線上經(jīng)過第一距離而使電力到達位于所述機翼中的所述遠程裝置，所述第一距離大于電力在相對較重的低電壓電力總線上經(jīng)過的第二距離。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中所述接口控制器包括: 經(jīng)由光纖接口與控制網(wǎng)絡(luò)互連的本地處理器；以及 被配置為向所述遠程裝置發(fā)送控制信號和從所述遠程裝置接收反饋信號的信號調(diào)節(jié)器。
【文檔編號】B64D41/00GK104290914SQ201410366850
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2008年9月23日
【發(fā)明者】W.S.塞奇里斯特 申請人:飛行環(huán)境公司