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，同時縮短上市時間并降低風(fēng)險。

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);它們是整個無人機(jī)系統(tǒng)（UAS）的一個元素，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。現(xiàn)在，許多設(shè)計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)計人員能夠標(biāo)準(zhǔn)化計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，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。這帶來了過時的風(fēng)險，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，其價格是陡峭的非經(jīng)常性和經(jīng)常性價格。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)的另一個優(yōu)勢是它們對分布式計算的支持。在當(dāng)今的系統(tǒng)中，通常每個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顯示了一個堅固的電子外殼，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替換所有較舊的LRU。在一段時間內(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，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。總線監(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