Robuste Embedded-Computer sind bordeigene Verarbeitungsplattformen, die für die Erfassung von Sensordaten, die Ausführung von Steuerungssoftware, die Verwaltung von Nutzlasten sowie die Unterstützung autonomer Funktionen in UAVs, UGVs, UUVs und Robotersystemen entwickelt wurden. Sie unterstützen ISR, Sensorfusion, maschinelles Sehen, Kommunikationsrouting und Navigation ohne GNSS-Signale.
Auf dieser Seite werden führende Hersteller robuster Embedded-Computer vorgestellt, darunter Anbieter von SBCs, Computer-on-Module-Systemen, VPX-Plattformen und Rackmount-Lösungen.
Lesen Sie den Technologieübersicht
Edge-KI-Lösungen für Videoverarbeitung und -Streaming Echtzeit-Situationsbewusstsein für missionskritische UAVs und unbemannte Systeme
Robuste Bodenkontrollstationen (GCS), spezielle Kabelbäume und schlüsselfertige Lösungen für missionskritische unbemannte Systeme und Robotik
Industrietaugliche eingebettete Computersysteme für KI-Edge-Computing und maschinelles Lernen
Hochleistungsfähige, robuste Displays und maßgeschneiderte HMI-Lösungen für missionskritische unbemannte Systeme
Robuste Computerlösungen für missionskritische Drohnen und unbemannte Systeme
Äußerst zuverlässige, robuste Hardwarelösungen für missionskritische UAVs und unbemannte Systeme, die in extremen Umgebungen eingesetzt werden
Elektrooptische Überwachung und Videoverarbeitung für unbemannte Systeme und Anwendungen zur Drohnenabwehr
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Robuste Embedded-Computer bieten integrierte Rechenleistung zur Erfassung von Sensordaten, zur Ausführung von Steuerungssoftware, zur Verwaltung von Nutzlasten und zur Unterstützung autonomer Entscheidungsfindung in anspruchsvollen Umgebungen. In einem unbemannten Luftfahrzeug (UAV) können sie als Missionscomputer, Nutzlaststeuerung, Datenaufzeichnungsgerät, Kommunikationsgateway oder Wahrnehmungsprozessor dienen.
Im Gegensatz zu handelsüblichen Standardcomputern sind robuste Systeme für Vibrationen, Stöße, extreme Temperaturen, Höhenlagen, Feuchtigkeit, elektrische Störungen, elektromagnetische Interferenzen, Staub, Nässe und eingeschränkte Luftzirkulation ausgelegt. Ein robuster Embedded-Computer für UAVs muss zudem strenge Vorgaben hinsichtlich Größe, Gewicht, Leistungsaufnahme und Kühlung erfüllen und gleichzeitig Schwankungen in der Stromversorgung des Fluggeräts tolerieren. Ähnliche Anforderungen gelten für unbemannte Bodenfahrzeuge (UGVs), unbemannte Unterwasserfahrzeuge (UUVs) und Roboterplattformen.
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Robuste Box-Computer vereinen Prozessoren, Arbeitsspeicher, Speicher, Stromversorgung und Schnittstellen in einem versiegelten oder verstärkten Gehäuse. Ihr in sich geschlossenes Design vereinfacht die Installation, wenn Ethernet-, serielle, Controller Area Network (CAN)-, Universal Serial Bus (USB)-, Video- oder Sensoranschlüsse erforderlich sind.
Ein Einplatinencomputer (SBC) vereint die zentralen Rechenfunktionen auf einer kompakten Platine. Diese Computer eignen sich für Systeme mit begrenztem Platzangebot, die mit Sensoren, Autopiloten oder kundenspezifischer Elektronik integriert sind. Robuste Modelle können Komponenten für erweiterte Temperaturbereiche, eine Schutzbeschichtung, verriegelbare Steckverbinder und Konduktionskühlung umfassen.
Computer-on-Module-Systeme trennen den Prozessor, den Speicher und den Kern-Chipsatz von der anwendungsspezifischen Trägerplatine. Dies ermöglicht kundenspezifische Schnittstellen, ohne dass die Hauptverarbeitungsarchitektur neu gestaltet werden muss. Upgrades sind nur dann praktikabel, wenn Pinbelegung, Leistungsgrenzen, Firmware, thermische Anforderungen und Verfügbarkeit weiterhin kompatibel sind.
VPX-Computer verwenden modulare Karten und schnelle, geschaltete Backplanes, während OpenVPX Profile definiert, die die Interoperabilität verbessern sollen. Diese Systeme unterstützen Arbeitslasten in den Bereichen Radar, elektronische Kriegsführung (EW), Bildverarbeitung und Sensorfusion, bei denen Prozessoren, Beschleuniger, Netzwerk-Switches und Speichermodule zum Einsatz kommen.
CompactPCI-Architekturen ermöglichen modulares Computing durch standardisierte Karten und Backplanes. CompactPCI Serial erweitert dies um Schnittstellen wie PCI Express, Ethernet, Serial ATA (SATA) und USB. Diese Systeme unterstützen verteilte Steuerung, Kommunikation und Datenerfassung in unbemannten Plattformen mit langem Lebenszyklus.
PC/104- und PCIe/104-Systeme nutzen stapelbare Platinen, um kompakte Computer ohne herkömmliche Backplane zu schaffen. Ihre geringe Stellfläche eignet sich für Fahrzeuge mit beengten Platzverhältnissen, wobei jedoch das Wärmemanagement, die Signalintegrität und die mechanische Befestigung eine sorgfältige technische Planung erfordern.
Air Transport Rack (ATR)-Gehäuse bieten robuste Einbauräume für modulare Rechenkarten. Sie können über Konduktionskühlung, Keilverriegelungen, gefilterten Luftstrom oder flüssigkeitsgestütztes Wärmemanagement verfügen. ATR-Systeme eignen sich für Anwendungen, die austauschbare Module, eine hohe Rechendichte und eine kontrollierte Wärmeübertragung erfordern.
Robuste Rackmount-Computer bieten eine größere Erweiterungsfähigkeit als kompakte Systeme. Sie kommen in mobilen Kommandostationen, Bodenkontrollstationen (GCS), Einrichtungen zur Missionsplanung und transportablen Schutzräumen zum Einsatz. Eine verstärkte Bauweise sowie redundante Speicher-, Grafik- und Netzwerkschnittstellen unterstützen Überwachungsaufgaben.
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Robustes Embedded-Computersystem von Neousys Technology, Nuvo-9154GC.[/caption]
Die Wahl des Prozessors bestimmt, wie effektiv ein robuster Embedded-Computer die Arbeitslasten in den Bereichen Steuerung, Wahrnehmung, Kommunikation, Speicherung und Missionsverarbeitung aufteilen kann. Entwickler müssen ein Gleichgewicht zwischen Leistung und Stromverbrauch, Wärmeabgabe, Softwarekompatibilität, Echtzeitverhalten, Cybersicherheit und Entwicklungstools herstellen.
Die endgültige Architektur sollte anhand gemessener Arbeitslasten, Worst-Case-Timing, Bandbreite, thermischer Grenzen und Fehlerreaktionen ausgewählt werden und nicht allein anhand der Spitzenleistung. Die Wahl des Betriebssystems, die Softwarepartitionierung, die Synchronisation, Watchdogs und ausfallsicheres Verhalten spielen ebenfalls eine Rolle.
Computer für die maschinelle Bildverarbeitung verarbeiten Daten von Kameras im sichtbaren, infraroten und multispektralen Bereich sowie Tiefen- und ereignisbasierte Kameradaten. Sie unterstützen die Objektklassifizierung, Zielverfolgung, Inspektion, Landeunterstützung, Geländebewertung und Hindernisvermeidung. Die lokale Verarbeitung reduziert die zu übertragenden Datenmengen, wobei jedoch die Modellleistung, die Aktualisierungssteuerung und das Verhalten bei Leistungsminderung validiert werden sollten.
Nutzlasten für Aufklärung, Überwachung und Aufklärung (ISR) generieren Bild-, Video-, Radardaten sowie Metadaten. Robuste Embedded-Computer koordinieren Sensoren, komprimieren Daten, zeichnen Missionsinformationen auf und bereiten die Ausgaben für die Übertragung vor. Verarbeitung und Speicherung müssen den Anforderungen hinsichtlich Auflösung, Bildrate, Einschaltdauer, Aufzeichnungsdauer und Datenschutz entsprechen.
Die Sensorfusion kombiniert Kameras, Radar, LiDAR, Trägheitssensoren, GNSS-Empfänger (Global Navigation Satellite System), akustische Systeme und andere Quellen. Der Computer gleicht die Daten zeitlich und räumlich ab. Synchronisation, Kalibrierung, Latenzmessung und der Umgang mit Konfidenzwerten sind von entscheidender Bedeutung.
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Nutzlasten für elektronische Kriegsführung (EW) und Signalaufklärung (SIGINT) erfordern eine Erfassung mit hohem Durchsatz und eine Verarbeitung mit geringer Latenz. Embedded-Computer können Kanalisierung, Filterung, Spektralanalyse, Erkennung, Klassifizierung und Datenreduktion durchführen. FPGA- und GPU-Beschleunigung können dabei helfen, doch ein nachhaltiger Durchsatz und der Datenfluss sind oft wichtiger als Spitzenleistung.
Ein robuster, eingebetteter Bordcomputer kann Nutzlasten, Fahrzeugsteuerungen, Funkgeräte und Bodensysteme miteinander verbinden. Er kann Daten über Ethernet-, serielle, CAN-, drahtlose, Satelliten- oder Mesh-Verbindungen weiterleiten und dabei Priorisierung, Verschlüsselung, Bandbreitenmanagement, Netzwerksegmentierung und Überwachung durchführen.
Wenn Satellitennavigation nicht verfügbar oder unzuverlässig ist, können eingebettete Computer Trägheitsmessungen mit visueller Odometrie, Radar, LiDAR, Geländedaten oder Gelegenheitssignalen kombinieren. Vorhersehbare Latenz, Integritätsprüfungen, Driftabschätzung und Notbetriebsmodi sind unerlässlich, da Navigationsfehler die Routenplanung und -steuerung beeinträchtigen.
Kooperative unbemannte Systeme tauschen Positionsdaten, Statusinformationen, Sensorbeobachtungen und Aufgabeninformationen aus. Eingebettete Computer unterstützen lokale Entscheidungen, wenn sich die Netzwerkqualität ändert. Die Anforderungen hängen von der Teilnehmerzahl, der Latenz, der Bandbreite, dem Vertrauensniveau und der Komplexität der Koordination ab.
Ein Missionscomputer kann austauschbare Nutzlasten über standardisierte elektrische, mechanische und Software-Schnittstellen steuern. Er kann die Stromversorgung, den Zustand, Befehle, Aufzeichnungen und die Kommunikation verwalten. Modulare Software, konfigurierbare Ein- und Ausgänge, Hardware-Abstraktion und kontrollierte Updates helfen den Plattformen dabei, neue Sensoren zu integrieren, ohne den gesamten Computer austauschen zu müssen.
Die robuste Computertechnik entwickelt sich weiter, da unbemannte Systeme immer leistungsfähigere Sensoren mitführen und komplexe Aufgaben mit geringerem Bedienereingriff ausführen. Aktuelle Entwicklungen legen den Schwerpunkt auf Rechendichte, Wärmemanagement, Cyber-Resilienz, Softwareportabilität, offene Schnittstellen und Energieeffizienz.
Diese Entwicklungen ermöglichen es robusten Embedded-Computern, autonomere, datenintensive und rekonfigurierbare unbemannte Systeme innerhalb der Plattformgrenzen zu unterstützen.
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