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无人驾驶飞机，多核处理器的空白领域

http://cn.newmaker.com 10/10/2011 11:59:00 AM 电子工程专辑

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展厅 8	航空与航天设备展厅直升机, 无人机, 航空发动机, 航空材料, 飞机座椅, ...

随着无人驾驶飞机、卡车和船只等应用日益提升，过去专用于军事电子领域的技术也逐渐拓展其应用范围。

在某些情况下，军用移动系统的复杂性甚至不如智能手机，电子书阅读器和平板电脑。截至目前，军用移动装置仍未采用多核处理器或强韧的虚拟化软件，事实上，这类应用才刚开始建立开放式的应用平台。然而，这类应用却也推动了软件定义无线电(SDR)和传感器技术的发展。

据2010年10月向美国国会提交的报告，美军总共使用了超过10种的无人驾驶飞机。报告指出，在许多军事记录中，仅在2009年，就至少有6,000架的无人驾驶飞机飞行了超过N45万小时。

到2015年，美国国防部预测，仅美国就将会有105个据点配备197组无人驾驶车辆，较去年成35%。这个数字甚至并未将非军方政府机构如美国联邦航空管理局(FAA)、美国太空总署(NASA)、国土安全局和其他单位计算在内，因为采用无人驾驶车仅处于刚起步阶段，但未来预计将有愈来愈多单位开始采用各种用途的无人驾驶飞机。

此外，在地面上，安装于智能高速公路上的智能交通系统，多年来也一直扮演着引导消费者汽车的角色。

事实上，业界一直对无人驾驶车相当感兴趣──谷歌也正致力于开发自动驾驶车。

一份报告指出，2009~2013年，军用无人驾驶飞机的预算为150亿美元。然而，纽约时报却指称，仅美国海军便计划斥资120亿美元在《Global Hawk》无人侦察机上──估计每台侦察机的成本将达2.18亿美元。这对像General Atomics公司、Northrop Grumman Corp.、Raytheon Co.和其他无人机制造商无疑是一大利多。

这些无人驾驶装置往往搭载了各种先进的传感和可即时处理的数据，以大幅减少与地面站进行通讯的需求。

飞思卡尔半导体公司的航空暨国防部门行销经理Glenn Beck指出，随着汽车使用越来越多的传感器，它们的处理需求也水涨船高。目前这些车辆仍未使用多核处理器，主要是使用32位芯片。但未来，这些应用必然会采用多核和64位芯片。

开始虚拟化

第一代可大略在飞机上实现虚拟化的软件，才刚刚藉由一个名为653专案的计划展开，该计划致力于统整分离的波音777系统。Honeywell Inc. 为波音专案提供的飞机信息管理(AIM)系统被定义为开放式系统。它能让多达17个竞争的供应商在一个飞思卡尔处理器上共享时间切割段(time-sliced segments)，将多个箱(boxes)整合起来，这在航空业是史无前例的做法。

653专案“可为波音节省数十亿美元的维修费用，因为他们不需要改造个别的硬件部份，以及在平台每次有所改变时便重新测试，”Wind River公司航太暨国防业务资深总监Chip Downing说。”Wind River VxWorks 653平台提供了基本的任务隔离功能。

军用电子设备的规划人员希望从653专案获得为无人驾驶飞机建构开放式军事平台的经验。其主要目标之一，是能让更多业者参与建构无人驾驶车的硬件模组或软件应用程序。

另一个目标是建立一种能够普及的便携式地面站，这种地面站可以控制多种类型的无人驾驶飞机，降低成本和复杂性。最初的版本可能适用在拖车甚至背包中，最终甚至于有可能微型化到像平板装置或智能手机的超小尺寸。

一个由美国国防部赞助的共同标准──无人控制段工作小组(Unmanned Control Segment Working Group)，已经发布1.0版的软件平台，且预期很快就能对国防承包商推出2.0版。Northrop Grumman公司才刚从美国海军获得330万美元，用于参与此一计划。

飞思卡尔的Beck表示，采用开放式平台也意味着需要多多层次的安全性。他指出，“我们已经为此做了很多工作，我们在处理器内部建立了可靠性系统，使用安全开机、域分离(domain separation)和篡改检测等。”

Wind River的源代码可确保应用程序仅依照设定的时间分享段来存取处理器。“这让系统更加安全，因为没有应用程序可以接管整个系统，这可称之为一种最早期的军事虚拟化，”Downing说。

其他的无线技术

就无线技术的开发而言，军队一直处于最前线的位置。

10年前，美国军方提出了超宽频应用。今天，无人驾驶飞机的设计师们在感知和软件定义无线电等领域中仍处于领先地位，这些技术能调查可用频谱，并巧妙地运用开放间隙(open gap)来避免检测和干扰。

“这些技术依不同应用目标被部署在不同领域，例如可为飞行器和地面站之间实现更可靠的连接，”嵌入式主板制造商Pentek Inc.副总裁Rodger Hosking说。

智能无线电通常会用高性能FPGA来制造，以辅助一个监控微处理器。

通常会使用12位、3.6GHz的ADC和16位、1.25GHz的DAC元件，Hosking说。“由于更高速的通讯路径和更多频宽，因此我们也需要更快速的ADC和DAC，”他表示。

飞思卡尔无线业务开发部经理Jon Adams指出，他知道，一些无人驾驶飞机在3.1～10.6GHz的频率运作，但军事系统并不被FCC约束，因此他们一般都使用极大量频谱。

无人驾驶飞机还推动了60GHz网络的发展──该技术最近才在消费市场崭露头角。Adams解释道，某些飞机前端的相位阵列雷达会形成多个波束，以建构出能与其他飞机的安全宽频连接网络。

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