산업기술
산업 제조
마이크로일렉트로닉스와 대역폭 소자 기술 발전이 디지털화를 추진함에 따라, RF 통합은 더 넓은 대역폭과 부피, 무게, 비용의 점진적 감소를 통해 더 높은 수준으로 올라갈 것입니다. 또한 시스템 하드웨어 구성과 통합 구조에 혁명적 변화가 일어날 것이며, 하드웨어 일반화는 필연적 추세가 될 것입니다. 공수 임무 시스템 통합과 소형화 설계를 통해 모든 시스템의 안테나를 주파수 대역과 기능에 따라 적은 수의 안테나로 요약하거나 재구성할 수 있습니다. 또한 안테나, 아날로그 회로, 제어 회로, 디지털 회로, 연결 네트워크에 대한 종합적 처리를 통해 광대역 주파수 스펙트럼, 다중 채널, 자기 적응성을 갖춘 RF 송수신 시스템을 구축할 수 있습니다. 통합 RF의 목적은 비용, 무게, 부피를 줄여 사용자가 비용을 수용 가능하게 하고 실용성과 신뢰성도 동시에 높이기 위함입니다. 실험을 통해 커뮤니티, 모듈, 자원 공유, 시험성, 재구성 수단을 통해 통합 시스템의 MTBCF(평균 치명적 고장 간격)를 2배 증가시킬 수 있음을 입증했습니다.
포트 부동산, 무게, 공간, 전원 공급 등 일련의 실제 제한으로 인해 공수 임무 시스템은 유사 기능의 자원을 통합하고 공유하는 통합 설계를 적용합니다. 그 결과 시스템 기능 지표 구현을 보장하면서 경량화, 소형화, 저전력 소모 목표를 달성하여 항공기 조립 요구 사항과 호환되게 합니다.
a. 시스템 제한 관점에서, 모든 센서와 송수신 시스템의 안테나는 전체 시스템에서 부동산, 무게, 전력 소비 측면에서 대부분을 차지하며 신호 방출과 인식을 담당합니다. 위 요구 사항을 모두 충족하기 위해 통합 RF 시스템 설계를 수행해야 합니다.
b. 시스템 능력 관점에서, 군사적 요구에 따른 빠른 피드백은 새로운 기능을 짧은 시간 내 저비용으로 추가하여 신속한 시스템 업그레이드와 기능 확장을 달성할 수 있는 높은 기능적 유연성을 요구합니다.
c. 장비 구성 개선 관점에서, 통합 설계, 디지털 수집, 정보 공유 구현이 효과적입니다.
d. 플랫폼 유연성 관점에서, 통합 RF 설계 적용으로 항공 운반체가 무게 감소와 통전을 통해 조립 적응성 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 또한 안테나 수 증가로 인한 차단, 전자기 간섭, 반사 면적 증가 등 일련의 문제를 성공적으로 해결할 수 있습니다.
플랫폼의 제한된 자원과 호환되고 군사 작전 요구를 충족하기 위해, 공수 임무 시스템에는 기본 모듈이 전체 시스템에 기여하는 개방형 구성이 적용됩니다. 통합 RF 설계는 레이더 탐지, 수동 탐지, 통신/데이터 체인, IFF(피아 식별)를 결합하여 다중 스펙트럼, 다중 수단, 자기 적응성을 특징으로 하는 통합 전자 장치를 생성합니다.
통합 RF 속성에는 다음이 포함됩니다:
무선 수신 통합은 서로 다른 임무 시스템이 공통 RF 입력 채널을 공유하여 각자 신호 수신 기능을 달성하는 과정을 의미합니다. 수신 채널 기능은 수신 안테나에서 수신된 RF 신호가 증폭, 필터링, 주파수 변환, 디지털화, 신호 전처리되어 통합 코어 프로세서로 출력되어 신호 처리와 데이터 처리가 이루어지도록 요구합니다. 신호 중 하나는 여러 수신 채널을 필요로 할 수 있으며, 이들은 공유 네트워크 핸드오버, 저잡음 증폭, 채널 이득, AGC, 다이내믹 레인지, 채널 대역폭, 채널 밸런스 등 성능 요구 사항과 함께 연동 동작해야 합니다.
무선 수신 통합과 관련하여 다음 요소를 고려해야 합니다:
RF 방출 통합은 서로 다른 임무 시스템이 공통 RF 출력 채널을 공유하여 각자 신호 방출 기능을 완료하도록 합니다. 방출 채널은 해당 신호 파형, 변조, 주파수 변환, 드라이브 증폭, 전력 출력을 제공하여 안테나로 전송합니다. 주요 성능은 신호 파형, 신호 안정성, 채널 이득, 다이내믹 레인지, 출력 전력, 출력 스펙트럼 순도입니다.
RF 방출 통합과 관련하여 다음 요소를 고려해야 합니다:
위 요소들은 통합 RF 방출로 보장되어야 합니다. 동시에 신호를 수신할 수 있는 무선 수신 통합과 달리, 동시 방출에서는 여전히 몇 가지 이슈가 존재하며, 특히 대역폭 파형에서 그렇습니다. 핵심 이슈는 다중 소스 공통 방출이 전력 증폭기 선형성에 높은 요구를 제기한다는 사실에 있습니다.
통합 안테나나 안테나 어레이는 공수 임무 시스템에 기여하는 핵심 물리적 부품으로, 서브시스템에 의해 공간 전기 RF 에너지와 고주파 전기 RF 에너지 간 변환을 구현합니다. 공역, 주파수 영역, 시간 영역, 변조 영역 요구 사항과 기능, 동작 모드, 동작 주파수 범위, 공역 커버리지, 동작 주기, 변조 모드, 편파, 공수 적응성 속성에 따라 모든 종류의 안테나를 통합하고, 초광대역, 컨포멀, 소형화, 공통 개구부, 재구성 같은 현재 안테나 설계 첨단 기술을 최대한 적용해야 합니다. 지표, 부피, 무게, 비용 측면에서 최적 설계 타겟을 달성하고 모든 안테나를 기능과 주파수 최적화 후 통합 설계하여 최종적으로 안테나 개구부를 통합해야 합니다.
고전력 대역폭 소자 기술, 마이크로시스템 기술, MEMS(마이크로 전자 기계 시스템), 분산 기술을 기반으로 일반화, 디지털화, 모듈화 설계를 통해 통합 RF 표준 시스템을 구축합니다. 또한 일반 RF 송수신 채널과 하드웨어 플랫폼을 구축하여 RF 시스템 채널이 전 스펙트럼 호환, 재구성 가능, 디지털화, 마이크로시스템화가 가능하도록 합니다.
공수 임무 시스템 일반 개발 요구 사항과 구조 정의, 통합 설계 원칙에 따라 RF 프론트엔드 통합 설계 방법은 다음 측면을 포함합니다:
공수 임무 시스템에 속하는 센서 섹션(RF 프론트엔드 아날로그 회로, RF 리어엔드 디지털 회로)은 개방형 시스템 구조를 적용하고, 서로 다른 기능과 적은 유형의 표준 하드웨어 모듈(RF 프론트엔드 모듈, 일반 수신 모듈, 전처리 모듈, 신호 처리 모듈, 다주파 방출 모듈, 다기능 변조 모듈, 안테나 인터페이스 유닛, 매트릭스 스위치 어레이)을 사용합니다. 이들 모듈은 센서 RF 기능 요구에 따라 동적으로 결합되어 서로 다른 센서 기능을 실현할 수 있습니다. 엄격하고 균일한 구조 표준 치수에 따라 설계 제조되어 표준 설치 프레임에 설치 사용될 수 있습니다.
안테나 인터페이스 유닛은 RF 전환 스위치 기능을 완료하여 안테나에서 수신된 RF 신호를 RF 프론트엔드 모듈로 전송합니다. 다주파 방출 모듈과 연결되어 방출 준비된 RF 신호를 해당 안테나로 전송합니다. 안테나 인터페이스 유닛은 송수신 신호가 안테나를 공유할 때 발생할 수 있는 충돌을 해결할 수 있습니다.
RF 프론트엔드 수신 모듈은 RF 신호를 표준 중간 주파수로 변환하고, 중간 주파수 스위치는 RF 프론트엔드 수신 모듈 출력 중간 주파수 신호를 일반 수신 모듈로, 다기능 변조기 생성 중간 주파수 변조 신호를 해당 방출 모듈로 전송합니다. 중간 주파수 스위치는 송수신 중간 주파수 신호가 일반 수신 모듈과 다기능 변조 모듈을 공유할 때 생성될 수 있는 충돌을 해결하는 역할을 합니다.
중간 주파수 신호는 일반 수신 모듈(대역통과 필터링, A/D 변환, DDC(디지털 다운 컨버전)) 처리 후 신호 전처리기로 전송됩니다. 신호 전처리기는 일반 수신 모듈 디지털화 후 신호에 매칭 필터링을 수행하며 베이스밴드 신호 위상 변환, 펄스 포착, 디지털 디스프레딩을 완료합니다. 또한 신호 프로세서 처리 작업 일부를 공유하며 전처리 후 디지털 신호는 신호 처리 모듈로 전송됩니다. 방출 과정에서 신호 전처리기는 디지털 스프레드 스펙트럼과 펄스 성형 구현 후 베이스밴드 신호를 다기능 변조기로 전송합니다.
신호 처리 모듈은 모든 센서 기능의 신호 처리를 담당하며, 복조, 채널 자기 적응 밸런스, 오류 정정 인코딩/디코딩, 암호화/복호화를 포함합니다.
통합 RF 프론트엔드에서 다중 채널이 함께 또는 독립적으로 작동하고 특정 신호 파형이 처리될 때, 모든 하드웨어 모듈 자원은 디지털 변환 네트워크 내에서 결합되어 신호 파형 처리를 지원하는 하드웨어 스레드를 생성할 수 있습니다. 통합 RF 프론트엔드는 안테나 스캐닝 전략이나 신호 처리 절차에 따라 균일하거나 독립적으로 작동할 수 있는 다중 하드웨어 스레드를 지원할 수 있습니다. 그 결과 시스템 RF 프론트엔드는 시스템 정보 처리 요구에 따라 다중 신호를 다중 기능으로 처리할 수 있습니다. RF, 튜닝, 중간 주파수 채널에 여유 채널이 여전히 존재하여 모든 채널이 서로 백업으로 유지되어 시스템 신뢰성을 높입니다. 일부 신호 채널에 문제가 생겨 다중 신호 병렬 처리를 완전히 지원하지 못하면, 시스템 작동 모드와 신호 처리 우선순위에 따라 서로 다른 병렬 또는 시분할 처리 스레드를 형성할 수 있습니다.
그림 1에서 보는 바와 같이 RF 프론트엔드에는 다중 신호의 수많은 병렬 채널이 있으며, 시스템 제어를 통해 스위칭하거나 병렬로 작동할 수 있습니다. 튜닝 수신 채널은 다양한 순수 신호를 추출하여 주파수 변환을 통해 중간 주파수로 진입시킵니다. 모든 신호는 주파수 공유나 시분할 방법으로 일부 공통 중간 주파수 채널로 합리적으로 분할되어 스위치 어레이 선택과 결합 후 다기능 디지털 수신기에서 처리됩니다. 시스템은 광대역, 다중 포인트 주파수, 신속한 민첩성, 결합 출력이 특성인 통합 주파수 통합기를 적용합니다.
마이크로시스템은 센서, 판독 회로, 디지털 신호 프로세서, AD/DA, 송수신 부품, 전원 공급 장치 등을 마이크로미터 범위 내에 통합하여 시스템과 구성의 부피와 전력 소비를 대폭 줄입니다. 3S(SoP, SiP, SoC) 기술 적용을 통한 RF 송수신 채널 마이크로시스템, 소자, 부품 구성은 광대역 핵심 개발로 이어집니다.
시스템 통합 설계 기술은 임무 시스템 통합 달성에 잠재적 역할을 하며, 모든 전자 장치 효율을 최대한 활용하고 통합 군사 능력을 보장합니다. 시스템 관점에서 구성, 구조, 기능, 상호 연결 방법에 통합을 구현하여 임무 시스템 통합 설계를 최적화해야 합니다. 군사 임무와 임무 요구에 부합하여 임무 시스템 통합 설계는 전체 시스템 정의, 분석, 설계, 테스트, 평가를 담당하여 임무 시스템이 기능, 성능, 신뢰성, 유지보수, 지원성, 수명주기 비용 측면에서 임무 요구와 호환되도록 합니다. 시스템 설계자는 산업 컨포멀, 장기, 기초 프로젝트에 따라 계획과 연구에 참여해야 합니다.
개방형 시스템 구조는 분산 시스템 형성에 유리하며, 서로 다른 제조사의 하드웨어, 다양한 타입넘버 컴퓨터 등 간 상호 연결과 상호 운용에 편의를 제공합니다. 하드웨어와 소프트웨어 이식, 기능 향상과 확장에 편리합니다. 또한 시스템의 가변적 규모를 지원하여 연구 개발 기간 단축에 도움이 됩니다.
개방형 시스템 구조 구현의 핵심은 모든 종류의 표준 인터페이스 제조와 적합성에 있어, 서로 다른 제품 개발과 제조 유닛이 동일한 표준과 규정을 따를 수 있도록 하는 것입니다. 하드웨어 외에도 소프트웨어도 개방형 시스템 구조에 관여하며, 소프트웨어 개방형 시스템, 재사용성, 가변적 규모에서 여전히 중요한 역할을 합니다. 또한 시스템 수명주기 비용과 개발 기간 감소를 위한 중요한 조치로 간주됩니다. 새로운 버전 통합 임무 시스템 소프트웨어는 균일한 표준과 규정을 준수해야 하며, 재사용성, 표준화, 지능화, 이식성, 신뢰성 등 소프트웨어 특성 일부가 대표적 소프트웨어 기술의 특성 파라미터에 포함되어야 합니다.
공수 임무 시스템 필수 부품인 안테나나 안테나 어레이는 수많은 무선 신호 방출과 수신을 담당합니다. 수많은 시스템 구성으로 인해 안테나 유형과 수량에 대한 요구가 증가하며, 동작 주파수 범위, 편파 모드, 이득, 공역 커버리지 등에서 서로 다른 요구가 있습니다. 또한 공수 플랫폼 공간과 안테나 설치 위치 제한으로 시스템 안테나 레이아웃이 거칠어지며, 안테나 수 감소에 대한 엄격한 요구가 생깁니다.
시스템 안테나 레이아웃 난이도를 낮추기 위해, 기능에 부합하는 안테나 요구 충족 후 안테나나 안테나 어레이 무결성 설계를 수행해야 합니다. 모든 안테나를 통합하고 공유하여 공유 센서 프론트엔드가 되게 함으로써 안테나 개구부를 통합적으로 적용할 수 있습니다. 또한 시스템 작동 시 기능 간 EMC(전자기 호환성)를 보장하기 위해 시스템 안테나 레이아웃에 최적화 설계를 수행하여 안테나 성능과 안테나 간 상호 영향에 대한 효과를 최소화해야 합니다.
시스템 내 고수준 통합인 CIP는 다중 첨단 기술을 결합하며, 수많은 컴퓨팅, 처리, 제어, 관리 기능이 내부에서 완료됩니다. CIP는 통합 처리, 데이터 융합, 임무 컴퓨팅, 비디오 정보 생성, 내비게이션 컴퓨팅, 저장 관리, 전자 백업, 국방 관리, 통신 관리, 시스템 제어, 고장 모니터링, 검사, 센서 입력 데이터 재구성 등을 담당합니다. 새로운 버전 임무 시스템의 수많은 중요한 특성이 CIP에 관여하며, 기술적으로 공용 모듈, 병렬 처리 시스템, 분산 실시간 운영 체제 특성을 최대한 활용하고, 공유 코어로 자원을 처리하며, 성능과 신뢰성을 개선하여 공수 처리 능력과 컴퓨팅 능력 빠른 발전 요구를 충족합니다.
공수 임무 시스템은 넓은 주파수 범위, 수많은 신호 변조 방법과 신호 포맷, 큰 차이의 신호 레벨을 커버합니다. 전통적 하드웨어 밀도 통신 시스템의 소자는 복잡한 상호 연결 관계, 높은 비용, 높은 업그레이드 이전 난이도, 시스템 간 상호 연결 어려움을 가집니다. 따라서 소프트웨어 무선과 RF 샘플링 기술에 의존하여 디지털화를 추진하고 RF 프론트엔드 처리 채널을 줄이며 리어엔드 디지털 신호 처리의 기능 재사용을 늘려 시스템의 다중 기능, 광범위 주파수, 다중 변조 방법 관련 통합 이슈를 해결해야 합니다. 또한 모듈러 하드웨어와 소프트웨어 적용으로 시스템 설계와 신기술 도입에 편의를 제공하여 성능 개선, 비용과 시간 절감을 도모합니다.
산업기술
Q&A: 효율적인 가스 분배로 비용 절감과 안전 개선 방법 가스 분배 시스템은 정유소, 연구 시설, 실험실 및 기타 산업 현장의 효율적인 운영에 필수적입니다. 이러한 시설을 운영한다면 가스 분배 및 공급이 주력 비즈니스는 아닐 것입니다. 다른 중요한 운영 우선순위에 시간과 자원을 쏟고 있을 가능성이 높습니다. 그러나 시스템을 사내에서 설계했든 가스 공급업체의 도움으로 조립했든, 가스 공급 시스템을 최적화하여 현장 안전을 강화하고 총 운영 비용을 절감할 기회는 분명히 존재합니다. 실제로 스와제로크 현장 엔지니어링 슈퍼바이저 존 케스트
정밀 주조의 핵심 공정은 용융 금속을 세라믹 몰드에 주입하는 것입니다. 용융 금속은 몰드 구석구석까지 고르게 완전히 채워져야 니어넷셰이프 부품이 나옵니다. 하지만 부품 복잡도에 따라 어려움이 발생할 수 있습니다. 금속이 응고 전 모든 지점, 모서리, 격리 구역에 도달하지 못하면 표면 결함, 기공, 스크랩이 발생합니다. 세라믹 몰드 전체에 용융 금속을 최적으로 공급하기 위해 게이팅 시스템을 설계합니다. 게이팅 시스템은 금속 흐름을 부품 각 구역으로 유도하며 몰드 내 금속 공급량을 제어합니다. 금속 유입 방향과 공급 속도를 정밀 제어