0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

无人潜航器和无人机的COTS解决方案的共性

星星科技指导员 来源:嵌入式计算设计 作者:MIKE SOUTHWORTH 2022-10-31 10:12 次阅读

前段时间,当设计人员开始考虑无人海底飞行器(UUV)应用时,有人担心海底环境可能如此不同或奇特,以至于标准解决方案需要大幅修改。然而,令许多人惊讶的是,发现无人机(UAV)和UUV环境之间存在显着的共性。可以肯定的是,每种类型的平台都有独特的方面,但总的来说,标准坚固的军事商用现货(COTS)嵌入式解决方案适用于这两种平台。

美国海军看到了使用无人水下飞行器(UUV)的巨大潜力,这些车辆今天已经在搜索和排除水雷以及收集海洋学数据等任务中服役。如果无人驾驶空中和地面车辆的使用激增是任何预测因素,那么这些平台的任务范围和范围肯定会迅速扩大。

预计这些车辆,无论是小到足以从潜艇的鱼雷发射管发射,还是像波音的Echo Voyager一样长51英尺,都将具有越来越多的自主性,并将被派往越来越复杂的任务,如情报,监视和侦察(ISR)和态势感知。这些类型的计算密集型应用程序将推动需要在UUV上部署的处理和网络能力的大幅增加。好消息是,许多已经在无人机(UAV)上开发、部署和现场验证的COTS解决方案也适用于UUV。无人潜航器面临的挑战,就像它们的空中和地面兄弟姐妹一样,通常归结为尺寸、重量和功率——尤其是功率。

UUV系统设计人员的诀窍是如何最好地优化任务有效载荷,同时考虑到水下航行器动力源的限制,这最终决定了最大续航力,距离和速度。根据定义,无人潜航器必须穿过浓稠的水介质,这意味着它需要八倍的能量才能使其以两倍的速度行驶。这就是为什么有一场技术竞赛来开发为UUV提供动力的最佳方式。今天的动力候选范围从环境推进的波浪滑翔机到电池,如锂离子设计,再到燃料发动机和电池。例如,最近,Aerojet Rocketdyne获得了美国海军的合同,开发技术,使UUV的电池能够在海底无线和远程充电。

COTS供应商通过应用他们在小型化电子设备和恶劣环境加固方面的专业知识,在帮助扩展UUV的能力方面发挥着重要作用。无人机典型的SWaP约束与水下航行器中的约束相似。此外,可以使用相同的系统架构、技术、模块和线路可更换单元 (LRU) 方法来加快开发速度并降低成本。但是,在海底部署COTS系统与在空中部署时存在一些差异。其中一些差异实际上使UUV设计人员的生活更轻松,并增加了与机载系统集成商不同的要求。

冷却它

可以肯定的是,对于大多数COTS系统设计人员来说,水下环境是不熟悉的。因此,发现UUV相对于空中和地面车辆的最大区别(和优势)之一是它们在所谓的世界上最大的散热器上运行,可能会令人惊喜。因此,提供高效的热管理在水下的麻烦要少得多。事实上,对于某些设计,实际上可以让水流过UUV的内部,以直接冷却隔离的有效载荷室。

冷却对无人机来说是一个挑战,原因很简单,在高海拔地区,空气中的分子较少。在无人机系统要求没有为冷却电子设备提供气流的情况下,热管理更加困难。UUV系统设计人员的优势在于,为在高海拔地区运行而建造的COTS系统也是可以信赖的在水下表现良好的系统。事实上,在没有空气的地方飞行的无人机的冷却要求比部署在密封室中的系统要严格得多,就像许多UUV子系统一样。

UUV系统设计师也不必担心高度。对于机载应用,海拔高度可能令人担忧,因为它对电解电容器等组件有潜在影响,这些组件在较高海拔地区容易发生故障。无人机系统设计人员必须确保他们使用的组件符合预期用途的高度等级。例如,直升机通常对可以在15,000英尺高空运行的设备感到满意,而侦察机可能需要可以在30,000至60,000英尺的高度运行的设备。机载 COTS 系统通常必须在高度模拟室中通过 MIL-STD-810 高度测试,以验证在预期应用所需的高度下的操作。

无人潜航器的不同之处:冲击测试

虽然高度不是UUV的要求,但它们可能与无人机具有非常不同的冲击和振动要求。例如,UUV测试可能需要模拟鱼雷击中的影响。认证此类威胁意味着UUV子系统可能需要证明MIL-S-901D(美国海军冲击测试标准)所涵盖的相关频率的可靠性。在这种情况下,用于部署在UUV上的COTS解决方案可能需要在浮动驳船测试中幸存下来,在那里它暴露在爆炸性冲击下。或者,冲击测试可能涉及901D锤击测试,在此期间,电子设备被硬安装在金属板上,然后用大型锤状摆锤装置敲击,产生大量的G力。

全面的 SoC

总体而言,UUV、无人机甚至无人驾驶地面车辆 (UGV) 的 COTS 解决方案要求存在很大的共性。例如,所有三个平台都可以使用片上系统 (SoC) 技术: 由于 SWaP 是一个关键问题,因此使用基于 IntelARM 内核 SoC 的移动类处理器(将 CPU、I/O 和内存控制器全部整合到单个 IC 封装中,例如英特尔凌动 3800 系列处理器)是有益的。可以选择组合处理器、其配套芯片组和图形处理器(如英特尔凌动)的单个芯片,或组合更高性能的 CPU 和集成 GPU(如英特尔酷睿 i7 产品)有助于减少物理板的空间和重量,从而减少系统的整体物理尺寸。此外,这些架构中的每一个都使用先进的电源管理技术,从每瓦特MIPS(每秒数百万条指令)或FLOPS(每秒浮点运算)的角度来看,它们的效率要高得多。因此,它们越来越多地用于存在功率灵敏度的应用,例如UUV。

UUV 组件的一个很好的解决方案是通过被动自然对流冷却的 LRU;在这些中,热量通过机箱的热质量向外辐射,没有任何移动部件、液体或气流。由于机箱不需要用螺栓固定即可将热量向下传导到冷板,因此这些类型的子系统更容易进行热管理和集成,并且可以位于平台内更广泛的位置。在自然对流下冷却的坚固耐用的LRU的一个例子是Curtiss-Wright的Parvus DuraCOR任务计算机和DuraNET网络交换机(图1)。

图1:DuraNET 20-11 交换机支持 IEEE-1588 PTP,可用于 UUV 和 UAV 应用。

21

无论平台是UUV还是UAV,任务通常需要通信,计算和传感器。目标环境,无论是空中、地面还是海上,都将决定需要支持哪些类型的传感器。例如,无人机需要FLIR(一种前视红外摄像机),而UUV则需要声纳。尽管各种类型的车辆之间的有效载荷会有所不同,但基本的COTS电子设备不会有太大差异。

UUV和UAV之间的另一个共同点似乎是使用以太网作为选择的网络骨干。两个平台的底层基础设施将使用相同的传统以太网接口连接,并且可以使用相同的 COTS 构建块进行构建。此外,通过网络进行IEEE-1588精确计时协议(PTP)同步也越来越成为海底和飞行器之间的共同特征。

审核编辑:郭婷

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 嵌入式
    +关注

    关注

    5058

    文章

    18972

    浏览量

    301909
  • 无人机
    +关注

    关注

    226

    文章

    10301

    浏览量

    179058
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    科技防线:无人机干扰系统如何保障空域安全 特信无人机反制

    随着无人机技术的快速发展,无人机在民用和军事领域的应用日益广泛。然而,无人机带来的隐私和保密问题也日益突出,使得无人机干扰系统的研发与应用显得尤为重要。
    的头像 发表于 11-05 09:54 80次阅读

    无人机巡检系统光伏巡检方案与作用

    无人机巡检系统光伏巡检方案与作用 随着科技的不断发展,无人机技术在各个领域得到了广泛的应用。在新能源领域,尤其是在光伏电站巡检管理中,无人机巡检已经成为了一种高效、安全、环保的新型巡检
    的头像 发表于 08-08 16:32 414次阅读

    无人机机巢散热解决方案

    无人机机巢,也称无人机机库/机场,具备无人机存储以及放飞/回收、充电等功能。无人机在机库内充电时会产生高温,且无人机机库放置在室外环境中,对
    的头像 发表于 05-30 17:13 499次阅读
    <b class='flag-5'>无人机</b>机巢散热<b class='flag-5'>解决方案</b>

    演唱会无人机乱飞,无人机反制枪守护安全|特信无人机反制

    随着无人机技术的普及,越来越多的无人机出现在各类大型活动中,如演唱会。然而,无人机乱飞的现象也带来了诸多安全隐患,如影响演出秩序、侵犯他人隐私等。为了应对这一挑战,无人机反制枪成为了保
    的头像 发表于 05-22 09:11 507次阅读

    第四集 知语云智能科技无人机反制技术与应用--无人机的组成与工作原理

    随着科技的飞速发展,无人机已成为航空领域的一股新兴力量,广泛应用于军事侦察、民用航拍、农业喷洒等多个领域。然而,随着无人机技术的普及,无人机反制技术也愈发受到关注。今天,我们将通过知语云智能
    发表于 03-12 11:28

    第三集 知语云智能科技无人机反制技术与应用--无人机的应用领域

    不断创新和研发,为我们提供了有效的无人机反制解决方案,让我们的生活更加安全、美好。在未来,我们有理由相信,无人机无人机反制技术将共同推动科技进步,为人类社会的发展贡献力量。
    发表于 03-12 11:13

    第二集 知语云智能科技无人机反制技术与应用--无人机的发展历程

    随着科技的飞速发展,无人机技术日益成为当今社会的热门话题。从最初的军事侦察到如今的民用消费,无人机凭借其灵活性和高效性,在航拍、农业、物流等多个领域大放异彩。然而,无人机技术的广泛应用也带来
    发表于 03-12 10:56

    第一集 知语科技无人机反制技术与应用--无人机的定义与分类

    随着科技的飞速发展,无人机技术已成为当今社会的热点话题。从航拍、农业喷洒到军事侦察,无人机的应用领域日益广泛。然而,无人机技术的普及也带来了一系列安全隐患,无人机反制技术应运而生。本文
    发表于 03-12 10:42

    知语云智能科技揭秘:无人机威胁如何破解?国家安全新防线!

    解决方案无人机侦测与追踪技术 知语云智能科技研发出高效的无人机侦测与追踪技术,能够迅速发现非法飞行的无人机,并通过高精度追踪系统锁定其位置。这一技术的运用,极大地提高了对
    发表于 02-27 10:41

    知语云智能科技无人机防御系统:应对新兴威胁的先锋力量

    随着科技的飞速发展,无人机技术在各个领域的应用日益广泛,但随之而来的是无人机威胁的不断升级。为了有效应对这些新兴威胁,知语云智能科技推出了先进的无人机防御系统,为空中安全保驾护航。 无人机
    发表于 02-26 16:35

    知语云智能科技:反制无人机新篇章—全景监测与激光打击的尖端技术

    行业的领导者。 知语云智能科技的反制无人机系统融合了全景监测、热成像、可见光、无线电干扰和激光打击等多项先进技术,为无人机管理和安全防护提供了新的解决方案。这一系统的全景监测功能,能够实现对空
    发表于 02-23 11:37

    无人机全景监测:空域管理的新革命

    和人工巡查,存在效率低下、反应速度慢等问题。而无人机全景监测技术的引入,为这些问题提供了有效的解决方案。 实时监测与快速响应:无人机能够迅速起飞,对空域进行实时监测,一旦发现异常情况,可以立即进行反馈
    发表于 02-20 15:23

    震撼发布!知语云智能科技引领革新,全景反制无人机系统破茧而出!

    安全问题提供全面解决方案。 作为一家致力于智能科技研发与应用的企业,知语云智能科技一直走在科技创新的前沿。此次推出的全景反制无人机系统,是知语云智能科技经过多年潜心研发、精心打造的成果。该系统采用
    发表于 01-30 16:07

    \"【重磅推出】知语云智能科技:革新低空无人机反制系统,守护领空安全!

    为政府和军队提供了强有力的低空安全保障,也为民用领域提供了可靠的无人机管控方案。无论是大型活动的安全保障,还是特定区域的无人机禁飞管控,该系统都能发挥出巨大的作用。 在无人机技术日新月
    发表于 01-26 16:10

    【开源项目】使用 Blues Swan 3.0 制作的的 DIY 无人机

    制作你自己的空气质量和天气监测无人机:DIY技术与环保意识相遇。构建、感知、探索和贡献! 本项目中使用的物品 前言 在环保意识日益增强的时代,如果您可以通过制造一架远程监测周围空气质量和天气状况
    发表于 12-20 13:59