Les ordinateurs embarqués robustes constituent des plateformes de traitement embarquées conçues pour acquérir des données de capteurs, exécuter des logiciels de contrôle, gérer des charges utiles et prendre en charge des fonctions autonomes sur les drones aériens (UAV), les véhicules terrestres sans pilote (UGV), les véhicules sous-marins sans pilote (UUV) et les systèmes robotiques. Ils prennent en charge les missions de renseignement, de surveillance et de reconnaissance (ISR), la fusion de capteurs, la vision artificielle, le routage des communications et la navigation en l'absence de signal GNSS.
Cette page présente les principaux fabricants d’ordinateurs embarqués robustes, notamment les fournisseurs de SBC, de systèmes « computer-on-module », de plates-formes VPX et de solutions montées en rack.
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Les ordinateurs embarqués renforcés assurent le traitement à bord des données issues des capteurs, l’exécution des logiciels de contrôle, la gestion des charges utiles et la prise de décision autonome dans des environnements exigeants. À bord d’un drone (UAV), ils peuvent servir d’ordinateur de mission, de contrôleur de charge utile, d’enregistreur de données, de passerelle de communication ou de processeur de perception.
Contrairement aux ordinateurs commerciaux standard, les systèmes robustes sont conçus pour résister aux vibrations, aux chocs, aux températures extrêmes, à l’altitude, à l’humidité, aux perturbations électriques, aux interférences électromagnétiques, à la poussière, à l’humidité et à une circulation d’air restreinte. Un ordinateur embarqué robuste destiné à un UAV doit également respecter des contraintes strictes en matière de taille, de poids, de consommation électrique et de refroidissement, tout en tolérant les fluctuations de l’alimentation électrique de l’aéronef. Des exigences similaires s’appliquent aux véhicules terrestres sans pilote (UGV), aux véhicules sous-marins sans pilote (UUV) et aux plateformes robotiques.
Ordinateurs embarqués robustes de Review Display Systems, systèmes embarqués x86.
Les ordinateurs en boîtier robustes intègrent des processeurs, de la mémoire, un dispositif de stockage, une alimentation électrique et des interfaces au sein d’un boîtier étanche ou renforcé. Leur conception autonome simplifie l’installation lorsque des connexions Ethernet, série, CAN (Controller Area Network), USB (Universal Serial Bus), vidéo ou à des capteurs sont nécessaires.
Un ordinateur monocarte (SBC) regroupe les fonctions de traitement essentielles sur une seule carte compacte. Ces ordinateurs conviennent aux systèmes soumis à des contraintes d’espace et intégrant des capteurs, des pilotes automatiques ou des composants électroniques sur mesure. Les modèles renforcés peuvent inclure des composants résistants à des températures extrêmes, un revêtement conforme, des connecteurs verrouillables et un refroidissement par conduction.
Les systèmes « Computer-on-Module » séparent le processeur, la mémoire et le chipset central de la carte porteuse spécifique à l’application. Cela permet de prendre en charge des interfaces personnalisées sans avoir à repenser l’architecture de traitement principale. Les mises à niveau ne restent envisageables que si le brochage, les limites de puissance, le micrologiciel, les exigences thermiques et la disponibilité restent compatibles.
Les ordinateurs VPX utilisent des cartes modulaires et des fonds de panier commutés à haut débit, tandis que la norme OpenVPX définit des profils destinés à améliorer l’interopérabilité. Ces systèmes prennent en charge les charges de travail liées aux radars, à la guerre électronique (EW), à l’imagerie et à la fusion de capteurs, impliquant des processeurs, des accélérateurs, des commutateurs réseau et des modules de stockage.
Les architectures CompactPCI offrent une informatique modulaire grâce à des cartes et des fonds de panier normalisés. La norme CompactPCI Serial ajoute des interfaces telles que PCI Express, Ethernet, Serial ATA (SATA) et USB. Ces systèmes prennent en charge le contrôle distribué, les communications et l’acquisition de données sur des plateformes sans pilote à long cycle de vie.
Les systèmes PC/104 et PCIe/104 utilisent des cartes empilables pour créer des ordinateurs compacts sans fond de panier classique. Leur faible encombrement convient aux véhicules à espace restreint, bien que la gestion thermique, l’intégrité du signal et la fixation mécanique nécessitent une conception minutieuse.
Les châssis ATR (Air Transport Rack) offrent des boîtiers robustes pour les cartes de traitement modulaires. Ils peuvent recourir au refroidissement par conduction, à des verrous à coin, à un flux d’air filtré ou à une gestion thermique assistée par liquide. Les systèmes ATR conviennent aux applications nécessitant des modules remplaçables, une densité de traitement élevée et un transfert thermique contrôlé.
Les ordinateurs robustes montés en rack offrent une plus grande capacité d’extension que les systèmes compacts. Ils sont utilisés dans les postes de commandement mobiles, les stations de contrôle au sol (GCS), les installations de planification de mission et les abris transportables. Leur construction renforcée, ainsi que leurs interfaces de stockage, graphiques et réseau redondantes, prennent en charge les charges de travail de supervision.
Système informatique embarqué robuste de Neousys Technology, Nuvo-9154GC.
Le choix du processeur détermine l’efficacité avec laquelle un ordinateur embarqué robuste peut répartir les charges de travail liées au contrôle, à la perception, aux communications, au stockage et au traitement des missions. Les concepteurs doivent trouver un équilibre entre les performances, la consommation d’énergie, le dégagement thermique, la compatibilité logicielle, le comportement en temps réel, la cybersécurité et les outils de développement.
L’architecture finale doit être choisie en fonction des charges de travail mesurées, des délais dans le pire des cas, de la bande passante, des limites thermiques et de la réponse en cas de défaillance, plutôt qu’en se basant uniquement sur les performances de pointe. Le choix du système d’exploitation, le partitionnement logiciel, la synchronisation, les chiens de garde et le comportement à sécurité intégrée sont également des facteurs importants.
Les ordinateurs de vision artificielle traitent les données provenant de caméras visibles, infrarouges, multispectrales, de profondeur et basées sur les événements. Ils prennent en charge la classification d’objets, le suivi de cibles, l’inspection, l’assistance à l’atterrissage, l’évaluation du terrain et l’évitement d’obstacles. Le traitement local réduit le volume de données transmises, bien que les performances des modèles, le contrôle des mises à jour et le comportement en cas de dégradation doivent être validés.
Les charges utiles de renseignement, de surveillance et de reconnaissance (ISR) génèrent des images, des vidéos, des données radar et des métadonnées. Les ordinateurs embarqués robustes coordonnent les capteurs, compressent les données, enregistrent les informations de mission et préparent les données de sortie en vue de leur transmission. Le traitement et le stockage doivent répondre aux exigences en matière de résolution, de fréquence d’images, de cycle de service, de durée d’enregistrement et de protection des données.
La fusion des capteurs combine des caméras, des radars, des LiDAR, des capteurs inertiels, des récepteurs du Système mondial de navigation par satellite (GNSS), des systèmes acoustiques et d’autres sources. L’ordinateur aligne les données dans le temps et dans l’espace. La synchronisation, l’étalonnage, la mesure de la latence et la gestion du niveau de confiance sont essentiels.
Système informatique embarqué robuste de Maris Tech, Onyx.
Les charges utiles de guerre électronique (EW) et de renseignement d’origine électromagnétique (SIGINT) nécessitent une acquisition à haut débit et un traitement à faible latence. Les ordinateurs embarqués peuvent effectuer la canalisation, le filtrage, l’analyse spectrale, la détection, la classification et la réduction des données. L’accélération par FPGA et GPU peut être utile, mais un débit soutenu et le transfert des données sont souvent plus importants que les performances de pointe.
Un ordinateur embarqué robuste peut relier les charges utiles, les contrôleurs de véhicule, les radios et les systèmes au sol. Il peut acheminer les données via des liaisons Ethernet, série, CAN, sans fil, par satellite ou en maillage, tout en appliquant la hiérarchisation, le chiffrement, la gestion de la bande passante, la segmentation du réseau et la surveillance.
Lorsque la navigation par satellite n’est pas disponible ou n’est pas fiable, les ordinateurs embarqués peuvent combiner des mesures inertentielles avec l’odométrie visuelle, le radar, le LiDAR, les données topographiques ou des signaux d’opportunité. Une latence prévisible, des contrôles d’intégrité, l’estimation de la dérive et des modes dégradés sont essentiels, car les erreurs de navigation affectent la planification d’itinéraire et le contrôle.
Les systèmes sans pilote collaboratifs échangent des informations sur leur position, leur état, les observations des capteurs et les missions à accomplir. Les ordinateurs embarqués prennent en charge les décisions locales lorsque la qualité du réseau varie. Les exigences dépendent du nombre de participants, de la latence, de la bande passante, du niveau de confiance et de la complexité de la coordination.
Un ordinateur de mission peut contrôler des charges utiles interchangeables via des interfaces électriques, mécaniques et logicielles normalisées. Il peut gérer l’alimentation, la surveillance de l’état de santé, les commandes, l’enregistrement et les communications. Des logiciels modulaires, des E/S configurables, l’abstraction matérielle et les mises à jour contrôlées permettent aux plateformes d’intégrer de nouveaux capteurs sans avoir à remplacer l’ordinateur dans son intégralité.
L’informatique robuste évolue à mesure que les systèmes sans pilote embarquent des capteurs plus performants et effectuent des tâches complexes avec une intervention moindre de l’opérateur. Les développements actuels mettent l’accent sur la densité de traitement, le contrôle thermique, la cyber-résilience, la portabilité logicielle, les interfaces ouvertes et l’efficacité énergétique.
Ces avancées permettent aux ordinateurs embarqués robustes de prendre en charge des systèmes sans pilote plus autonomes, traitant de grands volumes de données et reconfigurables, tout en respectant les contraintes de la plateforme.
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