Rozwiązania obliczeniowe typu embedded to pokładowe platformy przetwarzające, które umożliwiają systemom bezzałogowym sterowanie pojazdami, zarządzanie ładunkami, przetwarzanie danych z czujników oraz wspieranie autonomicznej realizacji misji. Systemy te, stosowane w bezzałogowych statkach powietrznych (UAV), bezzałogowych pojazdach lądowych (UGV), bezzałogowych statkach wodnych (USV), zdalnie sterowanych pojazdach podwodnych (ROV) oraz bezzałogowych pojazdach podwodnych (AUV), łączą procesory (CPU), procesory graficzne (GPU), układy FPGA, akceleratory sztucznej inteligencji, rozwiązania sieciowe oraz bezpieczne pamięci masowe w ramach wytrzymałych architektur o ograniczonych parametrach SWaP.
Na tej stronie przedstawiono wiodących producentów komputerów wbudowanych, dostarczających rozwiązania w zakresie sterowania w czasie rzeczywistym, fuzji danych z czujników, sztucznej inteligencji na obrzeżach sieci, wizji maszynowej, routingu komunikacji, diagnostyki oraz cyberbezpieczeństwa.
Przeczytaj Przegląd technologii
Platformy obliczeniowe Edge AI i SOM dla autonomicznych bezzałogowych statków powietrznych (UAV) nowej generacji oraz robotyki
Wytrzymałe moduły komputerowe i moduły wejścia/wyjścia wideo: 6U i 3U VPX, XMC, małe moduły i rozwiązania niestandardowe
Rozwiązania do przetwarzania i strumieniowego przesyłania wideo z wykorzystaniem sztucznej inteligencji brzegowej zapewniające świadomość sytuacyjną w czasie rzeczywistym dla bezzałogowych statków powietrznych i systemów bezzałogowych o znaczeniu krytycznym
Wytrzymałe naziemne stacje kontroli (GCS), specjalne uprzęże i gotowe rozwiązania dla bezzałogowych systemów i robotów o znaczeniu krytycznym
Rozwiązania w zakresie bezpiecznej łączności sieciowej i urządzenia szyfrujące IFF Mode 5 dla wojskowych i rządowych bezzałogowych statków powietrznych i systemów bezzałogowych
Przemysłowe systemy komputerowe do zastosowań w sztucznej inteligencji i uczeniu maszynowym
Oprogramowanie radarowe i rozwiązania do przetwarzania danych z czujników, kontrola radarowa na morzu, śledzenie i wizualizacja dla bezzałogowych statków morskich
Oprogramowanie i sprzęt do przetwarzania obrazu pokładowego dla systemów bezzałogowych
Wysokowydajne, wytrzymałe wyświetlacze i niestandardowe rozwiązania HMI dla bezzałogowych systemów o znaczeniu krytycznym
Solidne rozwiązania komputerowe dla bezzałogowych statków powietrznych (UAV) i systemów bezzałogowych o znaczeniu krytycznym
Niezwykle niezawodne, wytrzymałe rozwiązania sprzętowe dla bezzałogowych statków powietrznych i systemów bezzałogowych o znaczeniu krytycznym, działających w ekstremalnych warunkach
Najnowocześniejsze kontrolery lotu, czujniki i inne technologie elektroniczne dla dronów i robotyki
Elektrooptyczny nadzór i przetwarzanie obrazu wideo dla systemów bezzałogowych i zastosowań przeciwdziałających dronom
Wysokowydajne rozwiązania graficzne, GPGPU, przetwarzanie AI/ML i wyświetlanie dla zastosowań C5ISR
Fuzja danych z radarów i ADS-B, integracja i wyświetlanie | Śledzenie bezzałogowych statków powietrznych i integracja z ATC
Wytrzymałe zasilacze i przetworniki mocy do systemów bezzałogowych i UAV
Jeśli projektujesz, budujesz lub dostarczasz Komputery wbudowane, Załóż profil, aby zaprezentować swoje możliwości i nawiązać kontakt z osobami, które aktywnie poszukują Twoich rozwiązań.
Rozwiązania obliczeniowe wbudowane stanowią podstawę przetwarzania pokładowego w nowoczesnych systemach bezzałogowych, przekształcając surowe dane z czujników w kluczowe działania operacyjne. W odróżnieniu od standardowego sprzętu stacjonarnego, obliczenia wbudowane stosowane w bezzałogowych pojazdach opierają się na wyspecjalizowanych modułach, które wykonują zadania przy ściśle ograniczonych parametrach dotyczących rozmiarów, masy, mocy i temperatury, jednocześnie wytrzymując intensywne wibracje, wstrząsy oraz ekstremalne warunki środowiskowe.
W przypadku mniejszych platform projektanci korzystają z komputerów wbudowanych o niewielkich rozmiarach lub kompaktowych modułów komputerowych w połączeniu z dostosowaną płytką nośną. Wraz ze wzrostem złożoności misji architektura rozszerza się na wytrzymałe systemy obliczeniowe, niestandardowe komputery wbudowane lub modułowe jednostki płyt głównych, przetwarzające obszerne ilości danych całkowicie na pokładzie, aby umożliwić autonomię w czasie rzeczywistym w przypadku zakłóceń lub braku łączności.
Przetwarzanie w czasie rzeczywistym stanowi kluczowy wymóg sterowania pojazdami bezzałogowymi, gwarantując, że stabilizacja, korekty nawigacyjne oraz monitorowanie bezpieczeństwa odbywają się w deterministycznych przedziałach czasowych. Wysokowydajne systemy komputerów wbudowanych koordynują dane inercyjne o dużej częstotliwości, reakcje siłowników oraz sygnały zwrotne z silników przy minimalnym opóźnieniu, aby zapobiec zakłóceniu krytycznych pętli sterowania przez drugorzędne zadania obliczeniowe.
Platformy bezzałogowe opierają się na niezawodnej fuzji danych z czujników, która łączy informacje z systemów GNSS, inercyjnych jednostek pomiarowych, radarów, systemów LiDAR, sonarów oraz kamer EO/IR, tworząc spójny obraz operacyjny. Wbudowana platforma obliczeniowa synchronizuje te zróżnicowane strumienie danych zarówno w czasie, jak i w przestrzeni, ograniczając liczbę fałszywych wykryć oraz zapewniając dokładny kontekst nawigacyjny nawet w środowiskach o dużym zagęszczeniu obiektów, pozbawionych sygnału GPS lub o ograniczonej widoczności.
Rozwiązanie obliczeniowe Condor GR5SL-B5000 firmy EIZO Rugged Solutions
Przetwarzanie pokładowe umożliwia przejście od zdalnego pilotowania do nadzorowanej autonomii, obejmującej działanie filtrów nawigacyjnych, procedur optymalizacji trasy oraz logiki misji. W celu zapewnienia bezpieczeństwa operacji wysoce niezawodne moduły obliczeniowe dla platform robotycznych wymuszają ścisły rozdział między doradczymi funkcjami autonomicznymi, takimi jak identyfikacja obiektów, a poleceniami pojazdu o charakterze rozkazującym, takimi jak automatyczne przywracanie sprawności w sytuacjach awaryjnych.
Oprócz sterowania pojazdem wbudowane urządzenia obliczeniowe zarządzają skomplikowanymi wymaganiami dotyczącymi synchronizacji, zasilania i routingu danych w przypadku specjalistycznych ładunków, w tym kamer mapujących, czujników gazu i ramion robotycznych. Dobrze zaprojektowana architektura wbudowana umożliwia płynną integrację urządzeń peryferyjnych, uruchamianie rejestracji danych oraz synchronizację znaczników czasu bez uszczerbku dla rezerwy mocy obliczeniowej niezbędnej do zapewnienia sprawności pojazdu.
Rozwiązania komputerowe wbudowane, stanowiące centralny element sieci pojazdu, obsługują ruch w wewnętrznych magistralach, takich jak CAN i Ethernet, jednocześnie zarządzając zewnętrznymi łączami radiowymi, komórkowymi lub satelitarnymi. Ponieważ nowoczesne urządzenia obrazujące generują więcej danych surowych, niż są w stanie przesłać standardowe łącza, systemy przetwarzania brzegowego nadają priorytet krytycznej telemetrii i kompresują bogate zbiory danych do lekkich pakietów metadanych. Dzięki integracji tych systemów z architekturą Internetu rzeczy (IoT) operatorzy mogą wdrożyć skalowalne monitorowanie stanu technicznego całej floty oraz scentralizowane rejestrowanie misji
Zadania związane z wizją maszynową wymagają znacznej mocy obliczeniowej do przetwarzania obrazów optycznych, termowizyjnych lub sonarowych na żywo w celu śledzenia celów, ekstrakcji cech oraz odometrii wizualnej. Zintegrowanie dedykowanych akceleratorów z architekturą wbudowaną umożliwia klasyfikację terenu w czasie rzeczywistym oraz automatyczną ocenę strefy lądowania bezpośrednio na obrzeżach sieci, eliminując opóźnienia związane z przetwarzaniem w stacji naziemnej.
W celu ochrony zasobów o wysokiej wartości architektura wbudowana nieustannie monitoruje stan komponentów elektronicznych poprzez śledzenie poboru prądu, profili temperatury oraz integralności pamięci we wszystkich podsystemach. W przypadku wykrycia anomalii system uruchamia lokalną diagnostykę lub zautomatyzowane protokoły zarządzania awariami, zapewniając, że pojazd będzie mógł bezpiecznie przerwać misję lub powrócić do bazy, zanim dojdzie do krytycznej awarii.
Moduł komputerowy wbudowany VPX3U-AD5000E-CX7 (WOLF-153L) firmy Wolf Advanced Technology
Bezzałogowe statki powietrzne wymagają najwyższej wydajności, ponieważ każdy gram masy ładunku i każdy wat mocy ma bezpośredni wpływ na czas lotu. W platformach tych szeroko stosuje się wytrzymałe moduły komputerowe wbudowane o niewielkich rozmiarach, które wspierają misje z zakresu rozpoznania, obserwacji i zwiadu (ISR), mapowania oraz inspekcji przemysłowych.
Podczas gdy dedykowany kontroler lotu zarządza podstawową stabilnością aerodynamiczną, wytrzymały moduł komputerowy wbudowany w bezzałogowy statek powietrzny (UAV) obsługuje wymagające zadania związane z sztuczną inteligencją na obrzeżach sieci (edge-AI), stabilizację kamery oraz śledzenie obiektów. Projektowanie termiczne pozostaje głównym wyzwaniem, wymagającym bezwentylatorowych, szczelnych obudów, które odprowadzają ciepło przez płatowiec, aby wytrzymać obciążenia słoneczne i zmiany wysokości.
Pojazdy UGV wymagają wytrzymałych komputerów wbudowanych, skonstruowanych tak, aby wytrzymać ekstremalne wstrząsy mechaniczne, pył, błoto oraz przedostawanie się wody podczas operacji terenowych. Platformy te przetwarzają zadania związane z postrzeganiem najbliższego otoczenia poprzez łączenie danych z systemu LiDAR, wizji stereo oraz enkoderów kół, co umożliwia poruszanie się po złożonym terenie lub w środowiskach miejskich.
W przypadku specjalistycznej robotyki służącej do usuwania materiałów wybuchowych (EOD) oraz robotyki przeznaczonej do zadań niebezpiecznych system wbudowany koordynuje precyzyjne sterowanie manipulatorem oraz przekaz obrazu wideo w wysokiej rozdzielczości. Ponieważ komputery te działają w pobliżu silnych układów napędowych, projektanci stosują izolowane wejścia/wyjścia oraz solidne układy kondycjonowania zasilania, aby zapobiegać zakłóceniom elektromagnetycznym.
Zastosowania morskie wiążą się z poważnymi zagrożeniami środowiskowymi, co zmusza inżynierów do stosowania komputerów klasy morskiej, charakteryzujących się uszczelnieniem o stopniu ochrony IP67 chroniącym przed mgłą solną oraz specjalistycznymi powłokami antykorozyjnymi. Wewnątrz szczelnych kadłubów podwodnych, gdzie aktywne chłodzenie strumieniem powietrza jest niemożliwe, kompaktowe rozwiązania obliczeniowe muszą odprowadzać ciepło poprzez przewodzenie przez obudowę.
Autonomiczne pojazdy podwodne (AUV) opierają się całkowicie na pokładowych modułach obliczeniowych do uruchamiania filtrów nawigacyjnych oraz przetwarzania danych sonarowych lub akustycznych, ponieważ sygnały radiowe nie są w stanie przenikać przez wodę. W przypadku bezzałogowych pojazdów powierzchniowych (USV) oraz pojazdów zdalnie sterowanych (ROV) systemy te zarządzają autonomicznym unikaniem kolizji, przetwarzają strumienie obrazu z kamer o wysokiej rozdzielczości oraz zapewniają szybką komunikację przewodową.
Komputery jednopłytkowe (SBC) integrują procesor, pamięć oraz standardowe interfejsy wejścia/wyjścia na jednolitej płytce, zapewniając wysoce zoptymalizowane i ekonomiczne przetwarzanie danych. Alternatywnie, architektura typu „komputer na module” izoluje podstawowe elementy obliczeniowe na niewielkiej płytce mezzanine, którą podłącza się do płyty nośnej dostosowanej do konkretnego zastosowania, minimalizując złożoność niestandardowych układów inżynieryjnych. Wiodący producenci modułów komputerowych projektują te platformy modułowe tak, aby wytrzymywały ekstremalne temperatury przemysłowe, zapewniając integratorom systemów długoterminową elastyczność w zakresie modernizacji technologicznej.
Systemy wbudowane ARM firmy Review Display Systems
Wytrzymałe komputery wbudowane łączą sprzęt obliczeniowy, wewnętrzne filtry zasilania oraz trwałe złącza zewnętrzne w całkowicie uszczelnionych, gotowych do montażu obudowach, co minimalizuje nakłady związane z integracją. Zajmujący czołową pozycję w systemie sterowania pojazdem, wyspecjalizowany komputer misyjny pełni rolę głównego koordynatora systemu, tworząc bezpieczne mosty danych między autopilotem, układami ładunku misji oraz infrastrukturą przetwarzania brzegowego.
Gdy systemy autonomiczne wymagają ekstremalnej przepustowości przetwarzania, modułowe architektury płyt tylnych, takie jak VPX i OpenVPX, zapewniają niezrównaną prędkość routingu danych oraz integralność konstrukcji mechanicznej. Systemy te wykorzystują standardowe gniazda, umożliwiające płynną współpracę wymiennych modułów obliczeniowych, układów FPGA oraz szybkich przełączników sieciowych, co zmniejsza ryzyko długoterminowego starzenia się sprzętu w dużych instalacjach obronnych, radarowych oraz zaawansowanych systemach przetwarzania danych morskich.
Przetwarzanie brzegowe pozwala na zachowanie krytycznej logiki decyzyjnej w całości na pokładzie systemu bezzałogowego, gwarantując natychmiastowe wykonywanie poleceń dotyczących unikania kolizji i stabilizacji bez konieczności oczekiwania na odpowiedzi z sieci zewnętrznej. Z kolei autonomia połączona z chmurą wykorzystuje infrastrukturę zdalnych serwerów po zakończeniu misji, umożliwiając operatorom przesyłanie wyników diagnostyki stanu pojazdu, udoskonalanie modeli percepcyjnych opartych na uczeniu maszynowym oraz synchronizację cyfrowych bliźniaków całej floty po przywróceniu łączności o dużej przepustowości.
Wybór odpowiedniej architektury przetwarzania wymaga zrównoważenia wydajności obliczeniowej z ograniczeniami termicznymi i energetycznymi pojazdu.
| Technologia | Główny przypadek zastosowania | Zalety i ograniczenia techniczne |
| Procesory | Logika sterowania, planowanie, wykonywanie systemu operacyjnego oraz ogólne zastosowania związane z realizacją misji. | Doskonała logika sekwencyjna, sprawdzone zestawy narzędzi programistycznych oraz łatwość programowania; jednakże mogą one stać się nieefektywne podczas przetwarzania wysoce zrównoleglonych strumieni danych. |
| Procesory graficzne (GPU) | Równoległe przetwarzanie danych, analiza obrazu na żywo oraz wnioskowanie w sieciach neuronowych. | Niezrównana przepustowość w przypadku intensywnej obróbki obrazu, mapowania 3D oraz wizualnego SLAM; ograniczeniem jest wysokie zużycie energii oraz poważne wyzwania związane z zarządzaniem temperaturą w zamkniętych przestrzeniach. |
| Układy FPGA | Deterministyczne przetwarzanie sygnałów o niskim opóźnieniu oraz niestandardowe mostkowanie wejść i wyjść. | Wdrażają logikę bezpośrednio w sprzęcie, zapewniając przewidywalne wykonanie w skali mikrosekund, wstępne przetwarzanie danych sonarowych oraz filtrowanie sygnałów radarowych; wiążą się z wysoką złożonością rozwoju oraz specjalistycznymi wymaganiami programistycznymi. |
| Akceleratory AI / procesory NPU | Energooszczędne zadania wnioskowania w ramach uczenia maszynowego oraz zadania związane z percepcją. | Wyjątkowe wskaźniki wydajności na wat przy uruchamianiu wytrenowanych modeli wykrywania i klasyfikacji obiektów; wymaga rygorystycznej kwantyzacji oraz weryfikacji zgodności modeli. |
Ochrona platform autonomicznych wymaga strategii obronnej opartej na sprzęcie, zdolnej do zabezpieczenia wrażliwych danych misji oraz utrzymania integralności operacyjnej.
Włączenie tych środków bezpieczeństwa bezpośrednio do architektury obliczeniowej pozwala systemowi na automatyczną izolację zagrożeń oraz zachowanie kontroli nad pojazdem w niekorzystnych warunkach.
Szybki rozwój platform pojazdów autonomicznych napędza kilka kluczowych postępów w projektowaniu sprzętu oraz paradygmatach przetwarzania brzegowego.
Te nadrzędne zmiany gwarantują, że bezzałogowe platformy nowej generacji pozostaną elastyczne, bezpieczne i w pełni zdolne do przetwarzania ogromnych ilości danych bezpośrednio w terenie.
Wyszukiwanie firm i produktów
Subskrybuj cotygodniowy eBrief
Najnowsze osiągnięcia inżynieryjne i techniczne prosto do Twojej skrzynki odbiorczej - dołącz do tysięcy inżynierów, którzy je otrzymują.
