Le soluzioni di elaborazione integrate sono piattaforme di elaborazione di bordo che consentono ai sistemi senza equipaggio di controllare i veicoli, gestire i carichi utili, elaborare i dati dei sensori e supportare l’esecuzione autonoma delle missioni. Utilizzati su UAV, UGV, USV, ROV e AUV, questi sistemi combinano CPU, GPU, FPGA, acceleratori di intelligenza artificiale, connettività di rete e archiviazione sicura all’interno di architetture robuste e soggette a vincoli SWaP.
Questa pagina presenta i principali produttori di computer integrati, che forniscono soluzioni per il controllo in tempo reale, la fusione dei dati dei sensori, l’intelligenza artificiale edge, la visione artificiale, l’instradamento delle comunicazioni, la diagnostica e la sicurezza informatica.
Leggi il Panoramica tecnologica
Piattaforme di elaborazione AI edge e SOM per l'autonomia degli UAV e la robotica di nuova generazione
Moduli di elaborazione e I/O video rinforzati: 6U e 3U VPX, XMC, Small Form Factor e soluzioni personalizzate
Soluzioni di elaborazione video e streaming Edge AI che forniscono consapevolezza situazionale in tempo reale per UAV e sistemi senza pilota mission-critical
Stazioni di controllo a terra (GCS) robuste, imbracature speciali e soluzioni chiavi in mano per sistemi senza pilota e robotica mission-critical
Soluzioni di connettività di rete sicure e dispositivi di crittografia IFF Mode 5 per UAV e sistemi senza pilota militari e governativi
Sistemi informatici integrati di livello industriale per l'edge computing AI e l'apprendimento automatico
Software radar e soluzioni di elaborazione dei sensori, controllo radar marittimo, tracciamento e visualizzazione per USV
Software e hardware di elaborazione video a bordo per sistemi senza pilota
Display robusti ad alte prestazioni e soluzioni HMI personalizzate per sistemi senza pilota in missioni critiche
Soluzioni informatiche robuste per UAV e sistemi senza pilota destinati a missioni critiche
Soluzioni hardware ultra affidabili e robuste per UAV e sistemi senza pilota mission-critical che operano in ambienti estremi
Controller di volo all'avanguardia, sensori e altre tecnologie elettroniche per droni e robotica
Sorveglianza elettro-ottica ed elaborazione video per sistemi senza pilota e applicazioni anti-drone
Controller integrati, test avionici, simulazione HIL e sistemi di acquisizione dati per applicazioni UAV/UAS
Grafica video ad alte prestazioni, GPGPU, elaborazione AI/ML e soluzioni di visualizzazione per applicazioni C5ISR
Fusione, integrazione e visualizzazione dei dati di sorveglianza radar e ADS-B | Tracciamento UAV e integrazione ATC
Alimentatori e convertitori di potenza rinforzati per sistemi senza pilota e UAV
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Le soluzioni di elaborazione integrata costituiscono la base di elaborazione a bordo dei moderni sistemi senza pilota, trasformando i dati grezzi provenienti dai sensori in comportamenti operativi critici. A differenza dell’hardware desktop standard, l’elaborazione integrata per il controllo dei veicoli senza pilota si basa su moduli specializzati che eseguono attività entro vincoli altamente restrittivi in termini di dimensioni, peso, potenza e temperatura, pur resistendo a vibrazioni intense, urti e condizioni ambientali estreme.
Per le piattaforme di dimensioni ridotte, gli sviluppatori si affidano a un computer integrato di piccole dimensioni o a un modulo informatico integrato compatto abbinato a una scheda portante su misura. Man mano che la complessità della missione aumenta, l’architettura si adatta a sistemi informatici rinforzati, computer integrati personalizzati o unità modulari con backplane, elaborando grandi quantità di dati interamente a bordo per consentire l’autonomia in tempo reale quando le comunicazioni vengono interrotte o impedite.
L’elaborazione in tempo reale è un requisito fondamentale per il controllo dei veicoli senza pilota, in quanto garantisce che la stabilizzazione, le correzioni di navigazione e il monitoraggio della sicurezza avvengano entro finestre temporali deterministiche. I sistemi informatici embedded ad alte prestazioni coordinano dati inerziali ad alta frequenza, risposte degli attuatori e feedback dei motori con una latenza minima, per impedire che i circuiti di controllo critici vengano interrotti da attività di calcolo secondarie.
Le piattaforme senza pilota si affidano a una solida fusione dei sensori per combinare gli input provenienti da GNSS, unità di misura inerziale, radar, LiDAR, sonar e telecamere EO/IR in un quadro operativo resiliente. La piattaforma di elaborazione integrata allinea questi flussi di dati eterogenei sia nel tempo che nello spazio, riducendo i falsi allarmi e mantenendo un contesto di navigazione accurato anche in ambienti congestionati, privi di segnale GPS o con scarsa visibilità.
Soluzione di elaborazione integrata Condor GR5SL-B5000 di EIZO Rugged Solutions
L’elaborazione a bordo consente il passaggio dal pilotaggio remoto all’autonomia supervisionata, eseguendo filtri di navigazione, routine di ottimizzazione del percorso e logica di missione. Per garantire la sicurezza delle operazioni, i moduli di elaborazione ad alta affidabilità per piattaforme robotiche impongono una rigorosa separazione tra le funzioni di autonomia consultiva, come l’identificazione degli oggetti, e i comandi del veicolo con potere decisionale, quali il recupero automatico in caso di emergenza.
Oltre al controllo del veicolo, i dispositivi di elaborazione integrati gestiscono i complessi requisiti di temporizzazione, alimentazione e instradamento dei dati dei carichi utili specializzati, tra cui telecamere di mappatura, sensori di gas e bracci robotici. Un’architettura integrata ben progettata consente un’integrazione perfetta delle periferiche, attivando l’acquisizione dei dati e sincronizzando i timestamp senza compromettere la riserva di elaborazione necessaria per la sopravvivenza del veicolo.
Situate al centro della rete del veicolo, le soluzioni informatiche integrate gestiscono il traffico su bus interni quali CAN ed Ethernet, gestendo al contempo i collegamenti dati esterni via radio, cellulare o satellite. Poiché i moderni carichi utili di imaging generano più dati grezzi di quanti ne possano trasmettere i collegamenti standard, i sistemi di elaborazione periferica danno priorità alla telemetria critica e condensano ricchi set di dati in pacchetti di metadati leggeri. Integrando questi sistemi in un framework dell’Internet delle cose (IoT), gli operatori possono abilitare un monitoraggio scalabile dello stato di salute dell’intera flotta e la registrazione centralizzata delle missioni
I carichi di lavoro di visione artificiale richiedono una notevole capacità di calcolo per elaborare immagini ottiche, termiche o sonar in tempo reale ai fini del tracciamento dei bersagli, dell’estrazione delle caratteristiche e dell’odometria visiva. L’integrazione di acceleratori dedicati all’interno dell’architettura integrata consente la classificazione del terreno in tempo reale e la valutazione automatizzata della zona di atterraggio direttamente in edge, eliminando la latenza dell’elaborazione da parte della stazione di terra.
Per salvaguardare le risorse di alto valore, l’architettura integrata monitora costantemente lo stato di salute dei componenti elettronici, rilevando l’assorbimento di corrente, i profili di temperatura e l’integrità dei dati memorizzati in tutti i sottosistemi. Qualora venga rilevata un’anomalia, il sistema avvia procedure diagnostiche localizzate o protocolli automatizzati di gestione dei guasti, garantendo che il veicolo possa interrompere in sicurezza una missione o tornare alla base prima che si verifichi un guasto critico.
Modulo informatico integrato VPX3U-AD5000E-CX7 (WOLF-153L) di Wolf Advanced Technology
Gli UAV richiedono un’efficienza rigorosa, poiché ogni grammo di carico utile e ogni watt di potenza incidono direttamente sull’autonomia di volo. Moduli informatici integrati robusti e di dimensioni ridotte sono ampiamente impiegati in queste piattaforme per supportare missioni di ISR (ricognizione, sorveglianza e intelligence), mappatura e ispezione industriale.
Mentre un controller di volo dedicato gestisce la stabilità aerodinamica di base, un computer integrato robusto per UAV si occupa di attività intensive di intelligenza artificiale (AI) edge, stabilizzazione della telecamera e tracciamento degli oggetti. La progettazione termica rimane una sfida primaria, che richiede involucri sigillati e privi di ventola, in grado di dissipare il calore attraverso la cellula per resistere al carico solare e alle variazioni di altitudine.
Gli UGV richiedono computer embedded robusti integrati a bordo, costruiti per resistere a urti meccanici estremi, polvere, fango e infiltrazioni d’acqua durante le operazioni sul campo. Queste piattaforme elaborano carichi di lavoro di percezione del campo vicino unendo i dati provenienti da LiDAR, visione stereo ed encoder delle ruote per navigare su terreni complessi o in ambienti urbani.
Per la robotica specializzata nello smaltimento di ordigni esplosivi (EOD) e nelle operazioni pericolose, il sistema integrato coordina il controllo preciso del manipolatore e i flussi video ad alta definizione. Poiché questi computer operano in prossimità di sistemi di trasmissione elettrici ad alta potenza, i progettisti ricorrono a I/O isolati e a un robusto sistema di condizionamento dell’alimentazione per prevenire le interferenze elettromagnetiche.
Gli impieghi in ambito marittimo comportano gravi rischi ambientali, costringendo gli ingegneri a specificare computer di grado marittimo dotati di sigillatura con grado di protezione IP67 contro la nebbia salina e di rivestimenti anticorrosivi specializzati. All’interno di scafi sottomarini sigillati, dove il raffreddamento attivo tramite flusso d’aria è impossibile, le soluzioni di elaborazione compatte devono dissipare il calore tramite conduzione attraverso lo chassis.
I veicoli subacquei autonomi (AUV) si affidano interamente a moduli di elaborazione di bordo per l’esecuzione dei filtri di navigazione e l’elaborazione dei dati sonar o acustici, poiché i segnali radio non possono penetrare nell’acqua. Per i veicoli di superficie senza equipaggio (USV) e i veicoli telecomandati (ROV), questi sistemi gestiscono la prevenzione autonoma delle collisioni, elaborano i flussi video delle telecamere ad alta risoluzione e garantiscono comunicazioni via cavo ad alta velocità.
I computer a scheda singola (SBC) integrano elaborazione, memoria e I/O standard su un substrato unificato per fornire un’elaborazione altamente ottimizzata ed economicamente vantaggiosa. In alternativa, un’architettura “computer-on-module” isola gli elementi di elaborazione principali su una piccola scheda mezzanine che si inserisce in una scheda portante specifica per l’applicazione, riducendo al minimo le complessità del layout ingegneristico personalizzato. I principali produttori di computer-on-module progettano queste piattaforme modulari per resistere a temperature industriali estreme, offrendo agli integratori di sistemi una flessibilità a lungo termine in termini di aggiornamenti tecnologici.
Sistemi embedded ARM di Review Display Systems
I PC embedded rinforzati integrano l’hardware di elaborazione, il filtraggio interno dell’alimentazione e connettori esterni resistenti in involucri completamente sigillati e pronti per il montaggio, riducendo al minimo i costi di integrazione. Situato al vertice del sistema di controllo del veicolo, un computer di missione specializzato funge da coordinatore principale del sistema, stabilendo collegamenti sicuri per il trasferimento dei dati tra il pilota automatico, gli array di carico utile della missione e l’infrastruttura di elaborazione periferica.
Quando i sistemi autonomi richiedono una larghezza di banda di elaborazione estrema, le architetture a backplane modulare come VPX e OpenVPX offrono velocità di instradamento dei dati senza pari e un’integrità strutturale meccanica. Questi sistemi utilizzano slot standardizzati per consentire la coesistenza senza soluzione di continuità di blade di elaborazione intercambiabili, FPGA e switch di rete ad alta velocità, riducendo i rischi di obsolescenza a lungo termine per grandi impianti di difesa, radar e sistemi avanzati di elaborazione marittima.
L’edge computing mantiene la logica decisionale critica interamente a bordo del sistema senza equipaggio, garantendo che i comandi immediati di prevenzione delle collisioni e di stabilizzazione vengano eseguiti senza attendere risposte dalla rete esterna. Al contrario, l’autonomia connessa al cloud sfrutta l’infrastruttura di server remoti al termine della missione, consentendo agli operatori di caricare le diagnosi sullo stato di salute del veicolo, perfezionare i modelli di percezione basati sull’apprendimento automatico e sincronizzare i gemelli digitali dell’intera flotta una volta ristabilita la connettività ad alta larghezza di banda.
La scelta dell’architettura di elaborazione appropriata richiede un bilanciamento tra la potenza di calcolo e i vincoli termici ed energetici del veicolo.
| Tecnologia | Caso d’uso principale | Vantaggi e limiti ingegneristici |
| CPU | Logica di controllo, pianificazione, esecuzione del sistema operativo e applicazioni generali relative alla missione. | Eccellente logica sequenziale, catene di strumenti software consolidate e facilità di programmazione; tuttavia, possono rivelarsi inefficienti nella gestione di flussi di dati altamente parallelizzati. |
| GPU | Elaborazione parallela dei dati, analisi video in tempo reale e inferenza delle reti neurali. | Throughput senza pari per il miglioramento intensivo delle immagini, la mappatura 3D e il SLAM visivo; limitate dall’elevato consumo energetico e da gravi sfide di gestione termica in spazi sigillati. |
| FPGA | Elaborazione dei segnali deterministica a bassa latenza e collegamento I/O personalizzato. | Implementa la logica direttamente nell’hardware per garantire un’esecuzione prevedibile nell’ordine dei microsecondi, la pre-elaborazione dei dati sonar e il filtraggio radar; comporta un’elevata complessità di sviluppo e requisiti di programmazione specializzati. |
| Acceleratori AI / NPU | Inferenza di machine learning ed elaborazione percettiva ad alta efficienza energetica. | Metriche eccezionali di prestazioni per watt per l’esecuzione di modelli addestrati di rilevamento e classificazione di oggetti; richiede una quantizzazione rigorosa e la verifica della compatibilità dei modelli. |
La salvaguardia delle piattaforme autonome richiede una strategia difensiva implementata a livello hardware, in grado di proteggere i dati sensibili relativi alla missione e di mantenere l’integrità operativa.
L’integrazione diretta di queste misure di sicurezza nell’architettura informatica consente al sistema di isolare automaticamente le minacce e di mantenere il controllo del veicolo in condizioni avverse.
La rapida evoluzione delle piattaforme per veicoli autonomi sta determinando diversi progressi chiave nella progettazione hardware e nei paradigmi dell’edge computing.
Questi cambiamenti di ampio respiro garantiscono che le piattaforme senza equipaggio di nuova generazione rimangano adattabili, sicure e pienamente in grado di elaborare enormi carichi di dati direttamente sul campo.
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