基于COTS的技術和相關的熱管理產品正在幫助現代無人機/ UAS提供內置的惡劣環境生存能力和可靠性，此外還有助于有效實現視頻和存儲需求。

無人機和系統（UAV / UAS）在情報，監視和偵察（ISR）方面的發展已被證明是軍方游戲規則的根本改變者。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計挑戰。這是因為需要在最小的尺寸、重量和功耗 （SWaP） 約束內打包高水平的計算能力和數據收集/分發元件，同時保持堅固耐用的功能，以便在非常苛刻的環境中運行。

此外，無人機的功能已經大大超越了其最初的“無人機”目的，現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調整。這些基于UAV/UAS的新型系統的復雜性要求高性能、高帶寬的計算技術，這些技術只會為設計挑戰增加有效的熱管理。

根據美國空軍2009-2047年未分類的飛行計劃，“標準和互操作性是聯合部隊在當今網絡環境中獲得信息優勢的關鍵。因此，無人機開發目標要求基于標準接口和可互操作的“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 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要求設計人員對應用和系統級選項有深入的了解。

基于COTS的新型嵌入式計算技術及其相關的熱管理解決方案正在幫助推進無人機/無人機設計。兩個考慮因素至關重要：在惡劣環境中構建生存能力和可靠性，以及針對視頻和存儲需求進行設計。基于COTS的選項可以幫助克服發展挑戰，以實現與軍方統一的網絡目標與其ISR任務目標相匹配的緊密集成的系統。

技術驅動增強的無人機/無人機系統能力

UAS/UAV開發中的首要重要考慮因素之一是評估廣泛的新平臺和系統級技術，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，而不是軍事設計人員必須開發多個專用于單獨任務的系統。例如，UAS偵察程序必須包括多種功能，例如視覺系統，熱傳感器，電磁頻譜傳感器，生物傳感器和化學傳感器。

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合，可以處理海量和不斷增長的傳感器數據的計算密集型需求。軍事系統設計人員不斷轉向經過驗證的、基于標準的平臺，如模塊上的計算機 （COM）、CompactPCI 和 VPX，以實現其 ISR 互操作性計劃目標。但是，還必須權衡每種機身及其任務的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控 UAV/UAS 應用帶來了重大突破，由于采用了新的集成芯片組和先進的顯示接口，提高了數據流性能。

無人機應用關鍵要求

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而變化;但是，某些關鍵要求對于成功部署用于 ISR 程序的嵌入式計算系統至關重要。

惡劣環境的生存能力和可靠性

如果系統不能在其目標環境中連續可靠地運行，則ISR應用中無人機中新的復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計方法是將嵌入式計算技術放置在根據MIL-901D沖擊和MIL-167-1振動制造的機箱或外殼中。這樣，它可以承受惡劣環境中的特定振動，沖擊，鹽霧，沙子和化學品暴露。

另一個堅固耐用的考慮因素是，標準化的COTS機箱可以適應移動應用中的特定冷卻需求。由于SWaP和環境限制，許多無人機設計人員選擇傳導冷卻方法（帶或不帶風扇輔助），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認證的MIL-E-5400 COTS平臺，這些平臺也可以定制和定制以適應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則。環境溫度、海拔高度、發電量和其他環境因素可能會使這些近似值發生顯著變化。

冷卻方式的選擇主要受總功率耗散的驅動;然而，在機載應用中，環境壓力很重要，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，增加的系統成本和降低液冷系統的整體MTBF是重要的考慮因素，需要根據更簡單的解決方案進行分析。

針對視頻和存儲需求進行設計

無人機經常收集的大量視覺內容和其他數據在幾年前是不可想象的。此外，對實時遠程監控的需求以及攻擊功能的集成需要更高水平的計算性能。除了收集和存儲數據外，車載系統還必須能夠實時流式傳輸視覺信息。因此，支持這些海量數據速率所需的計算性能必須非常出色。

對于這些實時成像應用，VPX 使用串行交換結構提供更高帶寬的處理，從而顯著提高子系統應用性能。基于 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 或聚合數百 GBps，具體取決于系統實現。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。考慮到 COTS 產品的多樣性和可用性，某些應用可能最好使用多個總線結構進行設計。例如，通過利用混合背板，緊湊型PCI開關可以與基于VPX的電路板一起使用。

模塊化、高密度的基于 SSD 的存儲子系統也正在部署中，以有效處理大量數據并支持快速交換交換，以實現快速任務匯報和/或任務周轉，而不是等待通過 I/O 連接下載數據。然而，重要的是要注意，可能會出現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計。例如，系統內的定位對于發熱的 VPX 板和電源有效管理熱負荷要求至關重要，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。

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無論設計人員是集成基于 COTS 的平臺，還是將平臺用作定制 UAV/UAS 設計的基礎，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 技術進步以及可行冷卻方法和外殼的發展確保了當今無人機/UAS 設計的擴展加固、網絡支持、實時成像期望已準備好部署在 ISR 程序中。適用于 UAS/UAV 開發的 COTS 杠桿平臺的一個例子是基于模塊的控創鈷，它允許設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 實現擴展到 25 W 的英特爾酷睿 2 雙核系統。

重用經過驗證的技術可以加快開發速度并提高可靠性，并促進更大的設計靈活性，同時不斷推動未來的設計創新。

審核編輯：郭婷