以網(wǎng)絡(luò)為中心和高速串行結(jié)構(gòu)技術(shù)的最新進(jìn)展，以及傳統(tǒng)的設(shè)備橋接方法，使高度靈活的無人機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)能夠滿足21世紀(jì)戰(zhàn)場快速變化的需求，同時(shí)縮短上市時(shí)間并降低風(fēng)險(xiǎn)。

無人機(jī)（UAV）的作用，隨著無人機(jī)的戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)任務(wù)能力的不斷擴(kuò)展，對高度可靠、高性能的電子系統(tǒng)的需求不斷增加，這些系統(tǒng)可以支持平臺內(nèi)以及從平臺到指揮和控制基礎(chǔ)設(shè)施的高帶寬網(wǎng)絡(luò)連接。無人機(jī)正日益成為網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng);它們是整個(gè)無人機(jī)系統(tǒng)（UAS）的一個(gè)元素，可與其他元素（如地面控制站和地面/遠(yuǎn)程終端）通信并共享關(guān)鍵任務(wù)有效載荷和傳感器信息，以提供通用的操作畫面。

從以平臺為中心的系統(tǒng)方法到以網(wǎng)絡(luò)為中心的系統(tǒng)方法的遷移帶來了新的挑戰(zhàn)，使用開放式架構(gòu)可以應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。以前，無人機(jī)采用以平臺為中心的架構(gòu)，依賴于專有接口?，F(xiàn)在，許多設(shè)計(jì)問題都可以通過加固商業(yè)電子產(chǎn)品來克服，使子系統(tǒng)技術(shù)能夠包含COTS組件，并加快上市時(shí)間。結(jié)果是在戰(zhàn)場上快速部署了最新技術(shù)。

開放標(biāo)準(zhǔn)性能（如 VPX 高速串行結(jié)構(gòu)）的進(jìn)步，以及橋接傳統(tǒng)設(shè)備的能力，使得以顯著降低開發(fā)和物流風(fēng)險(xiǎn)開發(fā)可擴(kuò)展且可互操作的以網(wǎng)絡(luò)為中心的子系統(tǒng)成為可能。

以網(wǎng)絡(luò)為中心，簡化接口

以網(wǎng)絡(luò)為中心的架構(gòu)使無人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算元素和界面元素之間的接口。例如，COTS SBC 可能沒有板載所需的 ADC/DAC，但可以在車輛的傳感器和執(zhí)行器上或附近提供具有 ADC/DAC 功能的網(wǎng)絡(luò)連接遠(yuǎn)程接口單元 （RIU）。（有關(guān)以網(wǎng)絡(luò)為中心的參考設(shè)計(jì)，請參見圖 2。在這種情況下，RIU將數(shù)字化輸入，通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口（如GbE）與SBC通信，并生成模擬輸出，從而在處理器和I/ O之間創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)化接口。同樣的方法也適用于網(wǎng)絡(luò)連接存儲 （NAS）。NAS 通過網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng) （NFS） 協(xié)議提高了數(shù)據(jù)可訪問性，同時(shí)使以后能夠無縫地增加網(wǎng)絡(luò)上的存儲容量。只要新設(shè)備符合相同的 GbE 和文件共享協(xié)議，系統(tǒng)的其余部分就不會受到影響。

傳統(tǒng)上，來自平臺特定傳感器的輸入要么直接硬連線到處理器，要么通過MIL-STD-1553或ARINC-429總線傳輸，處理器板必須設(shè)計(jì)有專用信號，如離散的模擬I/O MIL-STD-1553/ARINC-429總線接口來處理該通信。這帶來了過時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)閷@些特殊信號的支持沒有被業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)化。換句話說，必須制造定制產(chǎn)品，其價(jià)格是陡峭的非經(jīng)常性和經(jīng)常性價(jià)格。為了消除這些問題，采用RIU方法，網(wǎng)絡(luò)連接的傳感器和效應(yīng)器可以使用GbE通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行通信，從而使處理器卡不需要任何特殊的板載I / O。這允許傳感器保持在原位，而處理器卡或電子系統(tǒng)可以單獨(dú)更換或升級，并具有減少主線束組件中電線數(shù)量的額外好處。結(jié)合確定性以太網(wǎng)，如用于航空電子設(shè)備的ARINC-664 / AFDX，可以滿足飛行控制需求。

VPX 和高速串行結(jié)構(gòu)

在無人機(jī)上采用新的開放架構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)勢是它們對分布式計(jì)算的支持。在當(dāng)今的系統(tǒng)中，通常每個(gè)SBC都被分配特定的功能。SBC的密度限制，目前傳導(dǎo)冷卻3U卡的密度限制約為18 GFLOPS，這意味著這些要求通常無法在單個(gè)插槽中解決。另一方面，分布式或集群環(huán)境使任務(wù)能夠在SBC之間共享，從而有效地將CPU功率增加到視頻處理和智能算法所需的100多個(gè)GFLOPS。與RIU協(xié)同工作，處理器現(xiàn)在可以物理地重新定位到機(jī)身內(nèi)的幾乎任何地方，在那里可以更有效地管理CPU功率，電子封裝，電源和冷卻能力以及空間可用的地方。圖3顯示了一個(gè)堅(jiān)固的電子外殼，它支持高速接口，可以根據(jù)VITA 48.x以不同的方式進(jìn)行冷卻。

這種類型的處理器到處理器協(xié)作基本上將對稱多處理（SMP）和多核模型從插槽級別擴(kuò)展到機(jī)箱級別及以后。這種協(xié)作需要高速互連，通常以每秒數(shù)千兆字節(jié)的速度進(jìn)行，現(xiàn)在可以通過VPX（VITA 46）等開放標(biāo)準(zhǔn)及其對串行結(jié)構(gòu)（如串行RapidIO和PCIe）的支持來實(shí)現(xiàn)。較新的開放式VPX（VITA 65）進(jìn)一步完善了互操作性的引腳排列定義。機(jī)箱外部的外部通信可通過 GbE 和 10 GbE 實(shí)現(xiàn)。滿足對更多處理日益增長的需求的一種方法是對支持分布式計(jì)算的通信協(xié)議進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

與傳統(tǒng)設(shè)備橋接

隨著無人機(jī)平臺遷移到以網(wǎng)絡(luò)為中心的方法，1553、RS-232和CANbus等傳統(tǒng)總線將需要通過橋接設(shè)備與較新的基于GbE的接口進(jìn)行通信。這種方法允許與當(dāng)今現(xiàn)有預(yù)算限制相匹配的增量升級，因?yàn)椴惶赡芡瑫r(shí)替換所有較舊的LRU。在一段時(shí)間內(nèi)，新的電子系統(tǒng)和基于傳統(tǒng)接口的舊電子系統(tǒng)必須共存。

Curtiss-Wright Controls電子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)橋接技術(shù)用于傳感器管理和有效載荷管理計(jì)算機(jī)，除了通過將通信協(xié)議從一側(cè)轉(zhuǎn)換為另一側(cè)來執(zhí)行數(shù)據(jù)融合之外，還可以集成傳統(tǒng)，專有和新興接口。例如，當(dāng)需要從 1553 網(wǎng)絡(luò)升級遠(yuǎn)程終端 （RT） 并將其放到 GbE 端時(shí)，網(wǎng)橋可以透明地模擬 RT 的 I/O，就好像它仍然在 1553 端一樣。無人機(jī)上的其他LRU甚至不會檢測到RT已經(jīng)轉(zhuǎn)移到GbE端?？偩€監(jiān)視器 （BM） 和總線控制器 （BC） 也可以實(shí)現(xiàn)相同的目的。

超前思維

戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略無人機(jī)對具有先進(jìn)多處理器計(jì)算技術(shù)的電子系統(tǒng)的需求帶來了許多挑戰(zhàn)。VPX （VITA 46）、開放 VPX （VITA 65） 和 VPX-REDI （VITA 48） 等開放接口標(biāo)準(zhǔn)，以及采用 GbE 和 PCIe 等標(biāo)準(zhǔn)化高速互連，使設(shè)計(jì)人員能夠克服這些挑戰(zhàn)。對等式來說，橋接傳統(tǒng)設(shè)備的能力也是至關(guān)重要的。因此，現(xiàn)在是設(shè)計(jì)人員使用以網(wǎng)絡(luò)為中心的開放式架構(gòu)方法優(yōu)化其電子系統(tǒng)的時(shí)候了，以實(shí)現(xiàn)更高水平的處理效率和性能。

審核編輯：郭婷