基于COTS的技術(shù)和相關(guān)的熱管理產(chǎn)品正在幫助現(xiàn)代無人機/ UAS提供內(nèi)置的惡劣環(huán)境生存能力和可靠性，此外還有助于有效實現(xiàn)視頻和存儲需求。

無人機和系統(tǒng)（UAV / UAS）在情報，監(jiān)視和偵察（ISR）方面的發(fā)展已被證明是軍方游戲規(guī)則的根本改變者。這些無人駕駛車輛能夠進行遠程操作，也帶來了一些最困難的設(shè)計挑戰(zhàn)。這是因為需要在最小的尺寸、重量和功耗 （SWaP） 約束內(nèi)打包高水平的計算能力和數(shù)據(jù)收集/分發(fā)元件，同時保持堅固耐用的功能，以便在非?？量痰沫h(huán)境中運行。

此外，無人機的功能已經(jīng)大大超越了其最初的“無人機”目的，現(xiàn)在具有先進的機載智能，能夠進行高度自主的飛行，并能夠進行實時任務(wù)調(diào)整。這些基于UAV/UAS的新型系統(tǒng)的復(fù)雜性要求高性能、高帶寬的計算技術(shù)，這些技術(shù)只會為設(shè)計挑戰(zhàn)增加有效的熱管理。

根據(jù)美國空軍2009-2047年未分類的飛行計劃，“標(biāo)準(zhǔn)和互操作性是聯(lián)合部隊在當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中獲得信息優(yōu)勢的關(guān)鍵。因此，無人機開發(fā)目標(biāo)要求基于標(biāo)準(zhǔn)接口和可互操作的“即插即用”有效載荷的一組通用機身。這種互操作性要求采用開放式架構(gòu) COTS 方法。然而，部署的機身范圍及其隨附的地面指揮和控制系統(tǒng)要求設(shè)計人員對應(yīng)用和系統(tǒng)級選項有深入的了解。

基于COTS的新型嵌入式計算技術(shù)及其相關(guān)的熱管理解決方案正在幫助推進無人機/無人機設(shè)計。兩個考慮因素至關(guān)重要：在惡劣環(huán)境中構(gòu)建生存能力和可靠性，以及針對視頻和存儲需求進行設(shè)計?；贑OTS的選項可以幫助克服發(fā)展挑戰(zhàn)，以實現(xiàn)與軍方統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)與其ISR任務(wù)目標(biāo)相匹配的緊密集成的系統(tǒng)。

技術(shù)驅(qū)動增強的無人機/無人機系統(tǒng)能力

UAS/UAV開發(fā)中的首要重要考慮因素之一是評估廣泛的新平臺和系統(tǒng)級技術(shù)，以提供更高的計算和通信能力以及更大的實時操作控制。除了實際的無人機飛機之外，無人機還包括地面站和其他元素，因此嵌入式平臺必須能夠支持多個任務(wù)，而不是軍事設(shè)計人員必須開發(fā)多個專用于單獨任務(wù)的系統(tǒng)。例如，UAS偵察程序必須包括多種功能，例如視覺系統(tǒng)，熱傳感器，電磁頻譜傳感器，生物傳感器和化學(xué)傳感器。

功能豐富、高性能和高帶寬的嵌入式計算解決方案與高密度存儲容量相結(jié)合，可以處理海量和不斷增長的傳感器數(shù)據(jù)的計算密集型需求。軍事系統(tǒng)設(shè)計人員不斷轉(zhuǎn)向經(jīng)過驗證的、基于標(biāo)準(zhǔn)的平臺，如模塊上的計算機 （COM）、CompactPCI 和 VPX，以實現(xiàn)其 ISR 互操作性計劃目標(biāo)。但是，還必須權(quán)衡每種機身及其任務(wù)的SWaP和熱管理要求的能力。

例如，具有高性能要求的小型機身是基于COM的解決方案的理想選擇。有一系列基于處理的全新英特爾酷睿 i7 COM，可為這些空間受限的 UAV 設(shè)計提供更高的處理器效率、更好的信號完整性和更高的性能。這些新型 COM 為計算和圖形密集型成像或監(jiān)控 UAV/UAS 應(yīng)用帶來了重大突破，由于采用了新的集成芯片組和先進的顯示接口，提高了數(shù)據(jù)流性能。

無人機應(yīng)用關(guān)鍵要求

每個定義的機身都有特定的要求，這些要求將隨其獨特的操作目標(biāo)而變化;但是，某些關(guān)鍵要求對于成功部署用于 ISR 程序的嵌入式計算系統(tǒng)至關(guān)重要。

惡劣環(huán)境的生存能力和可靠性

如果系統(tǒng)不能在其目標(biāo)環(huán)境中連續(xù)可靠地運行，則ISR應(yīng)用中無人機中新的復(fù)雜功能的好處將被消除。隨著時間的推移，已被證明最有效的設(shè)計方法是將嵌入式計算技術(shù)放置在根據(jù)MIL-901D沖擊和MIL-167-1振動制造的機箱或外殼中。這樣，它可以承受惡劣環(huán)境中的特定振動，沖擊，鹽霧，沙子和化學(xué)品暴露。

另一個堅固耐用的考慮因素是，標(biāo)準(zhǔn)化的COTS機箱可以適應(yīng)移動應(yīng)用中的特定冷卻需求。由于SWaP和環(huán)境限制，許多無人機設(shè)計人員選擇傳導(dǎo)冷卻方法（帶或不帶風(fēng)扇輔助），但也可以使用其他方法。因此，表1給出了一組一般指南，指示每種冷卻方法每英寸間距耗散多少瓦特。但是，由于每個應(yīng)用都有自己獨特的熱方程，一個重要的考慮因素是能否利用預(yù)認證的MIL-E-5400 COTS平臺，這些平臺也可以定制和定制以適應(yīng)特定的機身或程序要求。

表 1：各種冷卻方法的近似功率耗散的一般準(zhǔn)則。環(huán)境溫度、海拔高度、發(fā)電量和其他環(huán)境因素可能會使這些近似值發(fā)生顯著變化。

冷卻方式的選擇主要受總功率耗散的驅(qū)動;然而，在機載應(yīng)用中，環(huán)境壓力很重要，因為空氣密度在強制空氣或被動對流冷卻外殼的系統(tǒng)熱效率中起著重要作用。液體冷卻僅用于在非常高的功率水平下運行或沒有可用的空氣或冷板的情況。然而，增加的系統(tǒng)成本和降低液冷系統(tǒng)的整體MTBF是重要的考慮因素，需要根據(jù)更簡單的解決方案進行分析。

針對視頻和存儲需求進行設(shè)計

無人機經(jīng)常收集的大量視覺內(nèi)容和其他數(shù)據(jù)在幾年前是不可想象的。此外，對實時遠程監(jiān)控的需求以及攻擊功能的集成需要更高水平的計算性能。除了收集和存儲數(shù)據(jù)外，車載系統(tǒng)還必須能夠?qū)崟r流式傳輸視覺信息。因此，支持這些海量數(shù)據(jù)速率所需的計算性能必須非常出色。

對于這些實時成像應(yīng)用，VPX 使用串行交換結(jié)構(gòu)提供更高帶寬的處理，從而顯著提高子系統(tǒng)應(yīng)用性能?；?VPX 的平臺使用 PCI Express、10 GbE 或串行快速 IO，在處理和 I/O 元素之間提供更高性能的處理，并在處理和 I/O 元素之間提供更高速的互連。這些互連在元素之間提供 10 Gbps 或聚合數(shù)百 GBps，具體取決于系統(tǒng)實現(xiàn)。VPX 還可以與 ITU-T H.263、H.264（MPEG-4 第 10 部分）和 JPEG2000 等編解碼器集成，以提供非常高效的圖像壓縮?？紤]到 COTS 產(chǎn)品的多樣性和可用性，某些應(yīng)用可能最好使用多個總線結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。例如，通過利用混合背板，緊湊型PCI開關(guān)可以與基于VPX的電路板一起使用。

模塊化、高密度的基于 SSD 的存儲子系統(tǒng)也正在部署中，以有效處理大量數(shù)據(jù)并支持快速交換交換，以實現(xiàn)快速任務(wù)匯報和/或任務(wù)周轉(zhuǎn)，而不是等待通過 I/O 連接下載數(shù)據(jù)。然而，重要的是要注意，可能會出現(xiàn)特定的機身配置要求，并且需要具有I / O路由選項的定制背板設(shè)計。例如，系統(tǒng)內(nèi)的定位對于發(fā)熱的 VPX 板和電源有效管理熱負荷要求至關(guān)重要，并且可能需要定制的冷卻解決方案或要求以特定方式冷卻和安裝機箱。

尋找最佳的嬰兒床解決方案

無論設(shè)計人員是集成基于 COTS 的平臺，還是將平臺用作定制 UAV/UAS 設(shè)計的基礎(chǔ)，兩者都提供了未來的可擴展性。更重要的是，COM、CompactPCI 和基于 VPX 的 COTS 平臺提供的 COTS 技術(shù)進步以及可行冷卻方法和外殼的發(fā)展確保了當(dāng)今無人機/UAS 設(shè)計的擴展加固、網(wǎng)絡(luò)支持、實時成像期望已準(zhǔn)備好部署在 ISR 程序中。適用于 UAS/UAV 開發(fā)的 COTS 杠桿平臺的一個例子是基于模塊的控創(chuàng)鈷，它允許設(shè)計人員將計算性能從基于 5 W 的基于英特爾凌動處理器的 COM 實現(xiàn)擴展到 25 W 的英特爾酷睿 2 雙核系統(tǒng)。

重用經(jīng)過驗證的技術(shù)可以加快開發(fā)速度并提高可靠性，并促進更大的設(shè)計靈活性，同時不斷推動未來的設(shè)計創(chuàng)新。

審核編輯：郭婷