Les cartes porteuses constituent la base électrique et mécanique permettant d'intégrer des modules de calcul, des contrôleurs de vol, des capteurs, du matériel de communication, des dispositifs de stockage et des périphériques dans les drones et les systèmes sans pilote. Parmi les modèles proposés, on trouve les cartes porteuses Jetson pour l'IA et la vision en périphérie, les plateformes COM Express et COM-HPC pour le calcul modulaire de mission, ainsi que les cartes porteuses Pixhawk ou Cube pour l'intégration des systèmes de contrôle de vol.
Cette catégorie présente les fournisseurs de cartes porteuses proposant des configurations compactes, robustes, prêtes à l’emploi et personnalisables.
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Les cartes porteuses constituent la base physique et électrique permettant d’intégrer des modules de traitement, des contrôleurs de vol, des capteurs, du matériel de communication, des dispositifs de stockage et d’autres périphériques dans les drones et les plateformes autonomes. Elles mettent à disposition les interfaces d’un module informatique ou d’un pilote automatique, tout en ajoutant une alimentation électrique adaptée à l’application, des connecteurs, des interfaces d’extension et des composants électroniques auxiliaires.
Pour les concepteurs de drones, une carte porteuse adaptée permet de simplifier l’intégration avionique tout en réduisant le câblage, le nombre de cartes, l’encombrement et le poids. Les conceptions vont des plateformes de développement aux cartes porteuses compactes, robustes et prêtes à l’emploi, conçues en fonction de modules de calcul, de pilotes automatiques, de charges utiles, de budgets énergétiques, de limites thermiques et d’exigences environnementales spécifiques.
Une carte porteuse Jetson relie un module de calcul NVIDIA Jetson à des caméras, des réseaux, des dispositifs de stockage, des capteurs et des systèmes embarqués. Les conceptions des cartes porteuses NVIDIA Jetson sont particulièrement adaptées à l’IA en périphérie, à la vision par ordinateur, à la navigation autonome, à la cartographie et au traitement multicapteurs. Les cartes Jetson peuvent prendre en charge des modules tels que le Jetson Orin Nano, l’Orin NX, l’AGX Orin, ainsi que des plateformes antérieures telles que le Xavier NX. La compatibilité doit tenir compte du brochage du module, de l’affectation des voies haut débit, des exigences en matière d’alimentation et de gestion thermique, ainsi que de la configuration logicielle spécifique à la carte porteuse.
Une carte porteuse COM Express fournit des E/S et une alimentation spécifiques à l’application autour d’un module de calcul COM Express normalisé. L’architecture sépare le processeur, la mémoire et les fonctions de calcul principales de la carte porteuse, ce qui permet aux développeurs de drones et de systèmes robotiques de personnaliser la mise en réseau, le stockage, les interfaces série, les extensions et l’intégration mécanique. Le type de module, sa taille, son brochage, la séquence d’alimentation et la mise en œuvre de la carte porteuse doivent rester compatibles.
Carte porteuse EDU450 de CubePilot.
Une carte porteuse COM-HPC prend en charge l’informatique modulaire haute performance lorsque de grands ensembles de données de capteurs, un traitement accéléré ou une mise en réseau à large bande passante sont requis. Cette architecture étend l’approche « ordinateur sur module » à des configurations de traitement exigeantes et peut prendre en charge des ordinateurs de mission avancés, des systèmes autonomes et des plateformes d’informatique en périphérie. La bande passante et la puissance accrues confèrent une importance particulière au refroidissement, à l’alimentation électrique et à l’intégrité du signal.
Les cartes porteuses d’IA embarquée sont optimisées pour les processeurs, les GPU, les NPU, les FPGA ou d’autres accélérateurs utilisés pour l’inférence embarquée. Elles peuvent combiner des entrées de caméras haute vitesse, des extensions PCIe, un stockage NVMe, un port Ethernet, des signaux de synchronisation et des dispositifs de gestion thermique afin de prendre en charge localement les charges de travail liées à la perception et à l’IA.
Une carte porteuse Pixhawk fournit les interfaces électriques nécessaires pour intégrer un pilote automatique compatible au reste d’un aéronef sans pilote. Selon la conception, les interfaces peuvent inclure l’alimentation, le GNSS, la télémétrie, le CAN, la commande radio (RC), les sorties servo, le contrôle de la charge utile et d’autres connexions avioniques. Les conceptions utilisant le bus Pixhawk Autopilot Bus (PAB) peuvent assurer l’interopérabilité électrique et mécanique entre les modules de contrôle de vol compatibles et les cartes mères.
Les cartes porteuses CubePilot Cube remplissent un rôle d’intégration similaire pour les modules de pilotage automatique au format Cube. Les configurations standard, les cartes porteuses Cube Mini et les configurations personnalisées peuvent proposer différentes combinaisons d’alimentation et de connectivité périphérique. Les conceptions des cartes porteuses Cube Orange et Cube Orange Mini peuvent également répondre aux exigences mécaniques et d’E/S de certains systèmes de contrôle de vol basés sur le format Cube.
Les cartes porteuses sont disponibles dans des configurations optimisées pour différentes étapes de développement et différentes contraintes liées aux plateformes sans pilote.
La configuration appropriée dépend du module de calcul, de la maturité du système et des exigences opérationnelles.
Les cartes porteuses permettent de regrouper l’alimentation et la connectivité du contrôleur de vol tout en fournissant des interfaces vers les moteurs, les actionneurs, les récepteurs GNSS, les radios de télémétrie, les systèmes de données aérodynamiques et les contrôleurs de charge utile. Les architectures des cartes porteuses Pixhawk et Cube illustrent l’approche modulaire utilisée pour simplifier l’intégration de l’avionique des drones.
Une carte porteuse ADS-B ou une configuration de carte porteuse avionique peut fournir l’alimentation, les interfaces de données et le support de montage nécessaires pour intégrer un équipement ADS-B compatible dans un drone. Les exigences d’intégration dépendent du fait que le matériel connecté assure la réception du trafic, des fonctions de surveillance ou d’autres capacités de connaissance de l’espace aérien.
Les cartes porteuses peuvent fournir des interfaces série, CAN, Ethernet ou d’alimentation dédiées pour le matériel d’identification à distance. L’intégration de ces connexions dans l’électronique de l’appareil permet de réduire le câblage séparé tout en permettant au sous-système d’identification à distance d’échanger les données requises avec des équipements de contrôle de vol ou de navigation compatibles.
Carte porteuse « Cube orange », PowerCube One, de NW Blue.
Les récepteurs GNSS, les IMU, les magnétomètres et les systèmes de navigation intégrés peuvent se connecter via des interfaces série, CAN, USB, Ethernet ou autres. Une conception efficace de la carte porteuse tient également compte de l’intégrité de l’alimentation, des interférences électromagnétiques, de la mise à la terre, des entrées de synchronisation telles que les signaux d’impulsion par seconde, ainsi que de la séparation physique par rapport aux composants électroniques générateurs de bruit.
Les radios de télémétrie, les modems cellulaires, les terminaux satellitaires et autres systèmes de communication nécessitent des interfaces de données adaptées et une alimentation stable. Une carte porteuse permet de centraliser ces connexions et de fournir, si nécessaire, des convertisseurs de niveau, des filtres, des emplacements d’extension ou des interfaces réseau.
Les caméras EO/IR, les LiDAR, les radars, les instruments multispectraux, les charges utiles de cartographie et les capteurs spécialisés peuvent nécessiter des interfaces électriques très différentes. Les cartes porteuses permettent de relier ces charges utiles à l’ordinateur de mission tout en prenant en charge la synchronisation, les signaux de déclenchement, le transfert de données à haut débit et les rails d’alimentation dédiés.
Les ordinateurs de mission utilisent des cartes porteuses pour associer le traitement embarqué aux données issues des capteurs, du stockage, de la mise en réseau et du contrôle de vol. Les cartes porteuses dotées d’IA embarquée sont particulièrement pertinentes lorsque les drones doivent effectuer localement des tâches de vision par ordinateur, de détection d’objets, de fusion de capteurs, de navigation ou d’autres fonctions autonomes.
Le choix de l’interface d’une carte porteuse doit tenir compte des débits de données requis, de la compatibilité des périphériques, de la longueur des câbles, des niveaux de tension, de l’affectation des voies, de l’environnement électrique et des besoins d’extension de l’aéronef.
| Interface | Rôle type d’une carte porteuse |
| Ethernet et réseaux haut débit | Caméras, LiDAR, réseaux de mission, charges utiles et liaisons de calcul à calcul |
| PCI Express | Accélérateurs à large bande passante, périphériques réseau et matériel d’extension |
| USB | Caméras, modems, dispositifs de stockage, périphériques de configuration et périphériques généraux |
| MIPI CSI-2 et liaisons de caméras sérialisées | Connectivité directe ou à distance des caméras et capteurs de vision à large bande passante |
| CAN, CAN FD et DroneCAN | Avionique distribuée, contrôleurs électroniques de vitesse (ESC), capteurs, appareils GNSS et autres nœuds CAN |
| UART et interfaces série | GNSS, télémétrie, pilote automatique, charge utile et communications périphériques |
| RS-232, RS-422 et RS-485 | Dispositifs série hérités, industriels, longue distance et différentiels |
| I²C et SPI | Capteurs au niveau de la carte, circuits intégrés périphériques et communications entre périphériques de bas niveau |
| GPIO et PWM | Commande discrète, déclencheurs, lignes d’état, servomoteurs et signaux spécifiques à l’application |
| Extensions M.2 et Mini PCIe | Modules de communication, stockage, mise en réseau et extensions spécialisées |
| Stockage SATA et NVMe | Stockage de données intégré à haute capacité ou haut débit |
La combinaison d’interfaces doit être adaptée aux capteurs, au matériel de contrôle de vol, aux charges utiles et à l’architecture de calcul, plutôt que de viser un nombre maximal de connecteurs.
Les cartes porteuses destinées à l’aérospatiale, à la défense et à d’autres applications exigeant une fiabilité élevée peuvent devoir satisfaire à des exigences environnementales, électromagnétiques, de fabrication et relatives aux matériaux, tant au niveau de la carte qu’au niveau du système.
Les exigences applicables dépendent de l’environnement d’exploitation, des spécifications du client, des exigences de production et des marchés sur lesquels le système fini sera déployé.
Le développement des cartes porteuses est de plus en plus influencé par une informatique de périphérie plus puissante et par le transfert des fonctions d’autonomie vers le véhicule lui-même.
Ces avancées favorisent la mise en place d’architectures informatiques de plus en plus compactes, modulaires et déployables pour les drones et autres systèmes sans pilote.
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