CN110058517A

CN110058517A - 无人驾驶载具控制系统

Info

Publication number: CN110058517A
Application number: CN201910048199.8A
Authority: CN
Inventors: S.A.M.拉西尼
Original assignee: GE Aviation Systems LLC
Current assignee: GE Aviation Systems LLC
Priority date: 2018-01-19
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2019-07-26
Anticipated expiration: 2039-01-18
Also published as: US20190230793A1; EP3514652A1; JP2019133655A; CN110058517B; CA3029561A1; EP3514652B1; US11032905B2

Abstract

一种用于无人驾驶载具（UV）的控制系统包括限定内部的壳体、设置在内部之内的第一电路板、以及设置在内部之内的第二电路板。第一电路板包括一个或多个处理电路，其包括具有异构现场可编程架构的第一处理系统和第二处理系统。第二电路板包括多个接口电路，其与UV的多个载具装置关联。第二电路板与第一电路板进行操作通信，并且包括多个接口电路与第一和第二处理系统之间的输入/输出（I/O）接口。

Description

无人驾驶载具控制系统

技术领域

本公开内容大体上涉及无人驾驶载具(unmanned vehicle)，且更具体地涉及用于无人驾驶载具的控制系统。

背景技术

无人驾驶载具(UV)是没有机载驾驶员的载具。通常，UV如无人驾驶航空载具(UAV)由飞行员、由机载控制系统或由远程飞行员和机载控制系统的组合远程地控制。大多数无人驾驶航空载具包括控制系统以控制载具操作。经常，用于UAV的控制系统包括一个或多个载具控制系统，其包括机载导航系统，如，惯性导航系统和卫星导航系统。无人驾驶航空载具可使用用于飞行定位和操纵的诸如加速计和陀螺仪的惯性导航传感器，以及用于一般定位和寻路的基于卫星的导航。大多数控制系统此外包括一个或多个任务控制系统来用于执行一个或多个任务控制功能，如，采集图像或传送有效负载。通常，为每个载具控制系统和每个任务控制系统提供载于UAV上的独立硬件构件。

发明内容

公开技术的方面和优点将在以下描述中部分地阐释，或可从描述中清楚，或可通过实践本公开内容学习到。

根据本公开的示例方面，提供了一种用于无人驾驶载具（UV）的控制系统。所述控制系统包括：限定内部的壳体；第一电路板，其被设置在所述内部之内，并且包括一个或多个处理电路；以及第二电路板，其被设置在所述内部之内，并且与所述第一控制板进行操作通信。所述一个或多个处理电路包括具有异构现场可编程架构的第一处理系统和第二处理系统。第二电路板包括与UV的多个载具装置关联的多个接口电路以及在多个接口电路与第一和第二处理系统之间的输入/输出（I/O）接口。

根据本公开的示例方面，提供了一种用于无人驾驶载具（UV）的控制系统，包括限定内部的壳体、被设置在所述内部之内的第一电路板、以及被设置在所述内部之内的第二电路板。第一电路板包括第一输入/输出连接器、包含第一处理系统的第一集成电路、以及包含第二处理系统的第二集成电路。第一处理系统包括第一处理单元和基于RAM的可编程逻辑阵列。第二处理系统包括第二处理单元和基于闪存的可编程逻辑阵列。第二电路板包括被连接到第一输入/输出连接器的第二输入/输出连接器以及从壳体延伸的第三输入/输出连接器。第二电路板包括多个接口电路，其与第二电路板的多个传感器连接器进行操作通信。

根据本公开的示例方面，提供了一种用于无人驾驶载具（UV）的控制系统，包括限定内部的壳体、被设置在所述内部之内的控制模块、以及被设置在所述内部之内的载体模块。控制模块包括具有异构现场可编程架构的第一处理系统和第二处理系统。第二处理系统被配置成基于由第一处理系统对第一过程的执行以及由第二处理系统对第二过程的执行来控制UV的第一载具装置。载体模块包括一个或多个接口电路，其被配置成提供UV的第一载具装置与控制模块之间的输入/输出（I/O）接口。

公开技术的这些及其它特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入且构成本说明书的一部分的附图示出了公开技术的实施例，且连同描述用于阐释公开技术的原理。

实施方案1. 一种用于无人驾驶载具（UV）的控制系统，包括：

限定内部的壳体；

第一电路板，所述第一电路板被设置在所述内部之内，并且包括一个或多个处理电路，所述一个或多个处理电路包括具有异构现场可编程架构的第一处理系统和第二处理系统；以及

第二电路板，所述第二电路板被设置在所述内部之内，并且与所述第一控制板进行操作通信，所述第二电路板包括与所述UV的多个载具装置关联的多个接口电路以及在所述多个接口电路与所述第一和第二处理系统之间的输入/输出（I/O）接口。

实施方案2. 如实施方案1所述的控制系统，其中：

所述一个或多个处理电路包括第一处理电路和第二处理电路，所述第一处理电路包含所述第一处理系统，所述第二处理电路包含所述第二处理系统；

所述第一处理系统包括第一微处理器和易失性可编程逻辑阵列；以及

所述第二处理系统包括第二微处理器和非易失性可编程逻辑阵列。

实施方案3. 如实施方案1所述的控制系统，其中：

第一电路板包括第一输入/输出（I/O）连接器；

所述第二电路板包括第二I/O连接器，所述第二I/O连接器被连接到所述第一电路板的所述第一I/O连接器；以及

所述控制系统还包括第三输入/输出（I/O）连接器，所述第三输入/输出（I/O）连接器与所述第二电路板进行操作通信并且从所述壳体延伸。

实施方案4. 如实施方案3所述的控制系统，其中：

所述第二电路板包括所述第三I/O连接器；

所述I/O接口包括所述第一I/O连接器、所述第二I/O连接器、和所述第三I/O连接器。

实施方案5. 如实施方案1所述的控制系统，其中：

所述第二电路板包括多个传感器连接器，所述多个传感器连接器适合于耦合到所述UAV的所述多个载具装置；以及

所述多个接口电路被配置成经由所述多个传感器连接器来接收所述UAV的所述多个载具装置的多个输出，并且基于所述多个输出经由所述第二I/O连接器向所述第一电路板提供载具装置数据。

实施方案6. 如实施方案1所述的控制系统，其中：

所述第二电路板包括载具导航集成电路。

实施方案7. 如实施方案1所述的控制系统，其中：

所述第一电路板配置成执行多个载具控制过程以及多个任务控制过程；以及

所述第二电路板配置成提供所述UAV与所述多个载具控制过程和所述多个任务控制过程之间的所述I/O接口。

实施方案8. 如实施方案7所述的控制系统，其中：

所述第一处理系统包括第一处理单元和基于RAM的现场可编程门阵列；

所述第二处理系统包括第二处理单元和基于闪存的现场可编程门阵列；

所述第一处理单元执行第一载具控制过程；

所述第二处理单元执行第二载具控制过程；以及

所述基于闪存的现场可编程门阵列基于所述第一载具控制过程和所述第二载具控制过程来管理所述UAV的第一载具装置的控制。

实施方案9. 如实施方案8所述的控制系统，其中：

所述一个或多个接口电路被配置成提供所述第一载具装置与所述第一和第二处理系统之间的所述I/O接口。

实施方案10. 如实施方案1所述的控制系统，其中：

所述多个载具装置包括至少一个次级装置以及至少一个推进和移动装置。

实施方案11. 一种用于无人驾驶载具（UV）的控制系统，包括：

限定内部的壳体；

第一电路板，所述第一电路板被设置在所述内部之内，所述第一电路板包括第一输入/输出连接器、包含第一处理系统的第一集成电路、和包含第二处理系统的第二集成电路，所述第一处理系统包括第一处理单元和基于RAM的可编程逻辑阵列，所述第二处理系统包括第二处理单元和基于闪存的可编程逻辑阵列；以及

第二电路板，所述第二电路板被设置在所述内部之内，所述第二电路板包括连接到所述第一输入/输出连接器的第二输入/输出连接器和从所述壳体延伸的第三输入/输出连接器，所述第二电路板包括多个接口电路，所述多个接口电路与所述第二电路板的多个传感器连接器进行操作通信。

实施方案12. 如实施方案11所述的控制系统，其中：

所述第一处理系统包括第三处理单元和第四处理单元；

所述第一处理单元是应用处理单元；

所述第二处理单元是协处理单元；

所述第三处理单元是实时处理单元；以及

所述第四处理单元是图形处理单元。

实施方案13. 如实施方案11所述的控制系统，其中：

所述第二电路板包括载具导航集成电路。

实施方案14. 如实施方案11所述的控制系统，其中：

所述第一电路板包括第一存储器，所述第一存储器与所述第一处理系统进行操作通信；以及

所述第一电路板包括第二存储器，所述第二存储器与所述第二处理系统进行操作通信。

实施方案15. 如实施方案11所述的控制系统，其中：

所述基于RAM的可编程逻辑阵列包括用于机载传感器处理的至少一个现场可编程门阵列（FPGA）构造加速器。

实施方案16. 一种用于无人驾驶载具（UV）的控制系统，包括：

限定内部的壳体；

控制模块，所述控制模块被设置在所述内部之内，所述控制模块包括具有异构现场可编程架构的第一处理系统和第二处理系统，所述第二处理系统被配置成基于由所述第一处理系统对第一过程的执行以及由所述第二处理系统对第二过程的执行来控制所述UV的第一载具装置；以及

载体模块，所述载体模块被设置在所述内部之内，所述载体模块包括一个或多个接口电路，所述一个或多个接口电路被配置成提供所述UV的所述第一载具装置与所述控制模块之间的输入/输出（I/O）接口。

实施方案17. 如实施方案16所述的控制系统，其中：

所述第一处理单元执行所述第一过程；

所述第二处理单元执行所述第二过程；以及

所述基于闪存的现场可编程门阵列基于所述第一过程或所述第二过程来管理所述第一载具装置的控制。

实施方案18. 如实施方案17所述的控制系统，其中：

实施方案19. 如实施方案16所述的控制系统，其中：

所述第一载具装置是传感器。

实施方案20. 如实施方案16所述的控制系统，其中：

所述第一处理系统包括至少两个分区操作环境，所述至少两个分区操作环境包括高完整性分区和群集分区；

所述高完整性分区包括实时操作环境，所述实时操作环境被配置以用于一个或多个关键载具导航过程的执行；以及

所述群集分区包括非实时操作环境，所述非实时操作环境被配置以用于一个或多个任务控制过程的执行。

附图说明

针对本领域的普通技术人员的包括其最佳模式的本公开内容的完整且能够实现的公开内容在参照附图的说明书中阐释，在其中：

图1为绘出其中可实施本公开内容的实施例的无人驾驶航空载具(UAV)的示例的框图；

图2为绘出用于包括背板和卡架构的UAV的典型控制系统的示例的框图；

图3为绘出根据本公开内容的示例实施例的具有机载控制系统的UAV的示例的框图；

图4为绘出根据本公开内容的示例实施例的包括用于机载控制系统的控制箱的控制模块的第一电路板的框图；

图5为绘出根据本公开内容的示例实施例的第一电路板的第一处理系统的框图；

图6为绘出根据本公开内容的示例实施例的第一电路板的第二处理系统的框图；

图7为绘出根据本公开内容的示例实施例的包括用于控制箱的载体模块的第二电路板的框图；

图8为绘出根据本公开内容的示例实施例的用于异构处理系统的分区操作环境的示例的框图；

图9为描述通过第二处理系统监测第一处理系统处的过程执行的过程的流程图；

图10为描述基于处理系统的输出开始控制动作的过程的流程图；

图11为绘出监测由第一处理系统执行过程和将载具功能的控制传递至第二处理系统的示例的框图；

图12为根据本公开内容的实施例的控制箱的透视图；

图13为示出根据本公开内容的实施例的控制箱的内部构件的透视图；

图14为根据本公开内容的实施例的控制箱的分解透视图；

图15为根据本公开内容的实施例的系统模块电路板的透视顶部图；以及

图16为根据本公开内容的实施例的系统模块电路板的透视底部图。

具体实施方式

现在将详细参照本公开内容的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。各个示例通过阐释而非限制公开的实施例来提供。实际上，本领域的技术人员将清楚的是，可在本公开内容中制作出各种改型和变型，而不会脱离权利要求的范围或精神。例如，示为或描述为示例实施例的一部分的特征可结合另一个实施例使用以产生又另一个实施例。因此，旨在本公开内容覆盖归入所附权利要求和其等同物的范围内的此类改型和变型。

如本说明书和所附权利要求中使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指示物，除非上下文另外明确指出。用语“大约”连同数值的使用表示在指定量的25%内。

本公开内容的示例方面针对用于控制无人驾驶载具(UV)的系统及方法，且更具体地涉及使用控制系统来控制无人驾驶载具和无人驾驶载具的载具装置以提供集成载具和任务管理控制的系统及方法。在示例实施例中，控制系统包括壳体，其限定内部和设置在内部内的一个或多个电路板。更具体而言，控制系统可包括具有一个或多个集成电路的第一电路板，该集成电路提供第一处理系统和第二处理系统。在示例实施例中，第一和第二处理系统具有异构现场可编程门阵列架构，以提供多样化可配置且可认证的UV应用。

在一些示例中，第一电路板形成用于控制箱的控制模块，且配置成控制用于UV的载具和任务功能。例如，第二处理系统可基于第一任务或载具控制过程由第一处理系统的执行和第二任务或载具控制过程由第二处理系统的执行来控制第一载具装置或UV的功能。

控制系统还可包括设置在内部内的第二电路板。第二电路板可具有一个或多个附加集成电路，且提供附加集成电路与第一和第二处理系统之间的接口。在示例实施例中，第二电路板的集成电路是接口电路，如，通信接口电路，其适于经由第二电路板的多个传感器连接器联接至载具装置。载具装置可包括推进和移动装置、控制表面和传感器。

在一些示例中，接口电路可经由传感器连接器接收输出，且基于装置输出来将载具装置数据提供至第一电路板。在一些实施方式中，第一电路板包括第一输入/输出(I/O)连接器，其在第二电路板处联接至第二I/O连接器。第二电路板还可包括第三I/O连接器，其从控制系统的壳体延伸。在一些示例中，第二电路板是载体模块，其配置成提供诸如控制模块的第一电路板中的UV的载具装置之间的I/O接口。

在各种实施例中，第一电路板可配置成执行多个载具控制过程以及多个任务控制过程。此外，第二电路板可配置成提供UV与这些载具控制过程和任务控制过程之间的I/O接口。

在示例实施例中，第一处理系统可包括一个或多个第一处理单元，和易失性可编程逻辑阵列，如，基于RAM的现场可编程门阵列。第二处理系统可包括一个或多个第二处理单元和非易失性可编程逻辑阵列，如，基于闪存的现场可编程门阵列。在一些实施方式中，基于闪存的现场可编程门阵列基于由一个或多个第一处理单元执行的第一载具过程和由一个或多个第二处理单元执行的第二载具过程来管理UV的一个或多个载具装置的控制。

在一些示例中，第一电路板包括包含第一处理系统的第一集成电路和包含第二处理系统的第二电路板。每个处理系统可包括一个或多个处理单元，如，中央处理单元(CPU)、应用处理单元(APU)、实时处理单元(RPU)、协处理的处理单元、以及图形处理单元(GPU)。此外，每个集成电路可包括嵌入式可编程逻辑阵列，如，形成相应处理系统的集成部分的现场可编程门阵列(FPGA)。

在一些示例中，第一处理系统和/或第二处理系统可分别提供为多处理核心片上系统(system-on-a-chip)。配置有如所述的处理系统的两个或更多个片上系统可提供用于UV的异构处理系统。

在公开技术的示例实施例中，第一处理系统和第二处理系统协作来提供更可靠、稳健和/或可认证的UV应用。例如，第一电路板的第一处理系统可配置成执行用于UV的第一过程。第一过程可与UV的第一载具装置相关联。第二处理系统可配置成监测第一过程由第一处理系统的执行。类似地，第一处理系统可配置成监测过程由第二处理系统的执行。

更具体而言，在一些示例中，第一处理系统的一个或多个第一处理单元可配置成执行多个载具管理过程。第一处理系统的易失性可编程逻辑阵列可配置成执行多个任务控制过程。第二处理系统的非易失性可编程逻辑阵列可配置成监测载具控制过程中的一个或多个由一个或多个第一处理单元的执行。

在一些示例中，第二处理系统配置成基于监测过程由第一处理系统的执行来开始一个或多个控制动作。例如，第二处理系统的非易失性可编程逻辑阵列可配置成监测与第一处理系统相关联的输出。响应于检测无效输出，第二处理系统可开始控制动作。根据示例，非易失性可编程逻辑阵列可基于无效输出来重启第一处理系统的至少一部分。在另一个示例中，第二处理系统的逻辑阵列可由第一处理系统重启一个或多个过程。无效输出可包括缺少来自过程或处理系统的输出，如，可能在过程或处理系统故障时发生，以及提供为输出的非预期信号或值。

在一些实施方式中，第二处理系统可配置成基于监测第一处理系统来传递一个或多个UV功能的控制。例如，第二处理系统可检测与由第一处理系统执行的第一过程相关联的无效输出。作为响应，第二处理系统可将与第一过程相关联的功能或装置的控制传递至第二过程。例如，第二处理系统可将UV装置或自动驾驶功能的控制从第一处理系统传递至第二处理系统。在一些示例中，第二处理系统可配置成响应于检测到无效输出来执行第二过程。

公开技术的实施例提供了许多技术益处和优点，特别是在诸如无人驾驶航空载具的无人驾驶载具的领域中。作为一个示例，本文所述的技术允许了使用紧凑且轻量电子解决方案来控制无人驾驶载具(UV)。具有集成异构处理系统的电路板允许减少的硬件实施，这为UV提供多个载具控制过程和任务管理过程。此外，此解决方案提供了备份功能和多个故障点实施，这可满足空中应用的高认证要求。此外，此异构处理系统到具有提供输入/输出(I/O)接口的一个或多个电路板的壳体中的集成还允许了降低的空间和重量要求。

公开技术的实施例还提供了计算技术领域中的许多技术益处和优点。例如，公开系统可提供多样化的计算环境来满足UV应用的各种需要。跨多个集成电路的多个处理单元提供用于应用集成的高速处理选项范围。根据关键性和性能需求，载具和任务控制过程可分配至各种硬件和/或软件分区。此外，经由单个集成电路上与对应处理单元的集成来紧密联接至这些处理单元的嵌入式现场可编程门阵列提供附加的多样性和可靠性。

图1为示例无人驾驶航空载具(UAV)UAV 10的示意图。UAV 10是能够在无机载驾驶员的情况下飞行的载具。例如，且没有限制地，UAV 10可为固定翼飞行器、倾斜旋翼飞行器、直升机、诸如四轴飞行器的多旋翼无人机、飞艇、飞船或其它飞行器。

UAV 10包括多个载具装置，其包括至少一个推进和移动(PM)装置10。PM装置14产生受控力，且/或保持或改变UAV 10的位置、定向或定位。PM装置14可为推力装置或控制表面。推力装置是提供推进或推力至UAV 10的装置。例如，且没有限制地，推力装置可为电机驱动的螺旋桨、喷气发动机、或其它推进源。控制表面是可受控的表面或其它装置，其由于穿过控制表面上的空气流的偏转而提供力。例如，且没有限制地，控制表面可为升降舵、方向舵、副翼、扰流板、襟翼、缝翼、空气制动器或装饰装置。各种致动器、伺服电机和其它装置可用于操纵控制表面。PM装置14还可为构造成改变螺旋桨或转子叶片的桨距角的机构，或构造成改变转子叶片的倾斜角的机构。

UAV 10可由本文所述的系统控制，包括，且没有限制地，机载控制系统，其包括控制箱100、地面控制站(图1中未示出)和至少一个PM装置14。UAV 10可例如，且没有限制地，通过由UAV从地面控制站接收的实时命令、由UAV 10从地面控制站接收的一组预编程指令、储存在机载控制系统中的一组指令和/或编程、或这些控制的组合来控制。

实时命令可控制至少一个PM装置14。例如，且没有限制地，实时命令包括在由机载控制系统执行时引起油门调整、襟翼调整、副翼调整、方向舵调整、或其它控制表面或推力装置调整的指令。

在一些实施例中，实时命令还可控制UAV 10的附加载具装置，如，一个或多个次级装置12。次级装置12是电气或电子装置，其配置成执行一个或多个次级功能来引导UAV的推进或移动。次级装置可关于UAV的推进或移动，但通常提供独立于载具推进或运动控制的直接控制的一个或多个载具或任务功能。例如，次级装置可包括任务相关的装置，如，相机或用于对象检测和跟踪的其它传感器。次级装置12的其它示例可包括传感器，如，激光雷达/声呐/雷达传感器、GPS传感器、通信装置、导航装置、以及各种有效负载传送系统。例如，且没有限制地，实时命令包括在由机载控制系统执行时引起相机采集图像、通信系统传输数据、或处理构件编程或配置一个或多个处理元件的指令。

通过举例、没有限制地绘出UAV 10。尽管关于无人驾驶航空载具描述了本公开内容的大部分，但将认识到，公开技术的实施例可与任何无人驾驶载具(UV)一起使用，如，无人驾驶海上载具和无人驾驶地面载具。例如，公开的控制系统可与无人驾驶船只、无人驾驶潜艇、无人驾驶汽车、无人驾驶卡车、或任何其它能够机动的无人驾驶载具一起使用。

图2为绘出用于UAV的典型控制系统50的示例的框图。在该示例中，使用具有多个卡槽71,72,73,74,75的背板60形成控制系统。每个卡槽配置成接收满足预先限定的一组机械和电气标准的卡。每个卡包括一个或多个电路板，通常包括配置成执行特定载具或任务控制功能的一个或多个集成电路。卡槽提供用于卡的结构支承，以及卡与下覆的总线之间的电连接。绘出了具体示例，其分别具有安装在第一卡槽71中的CPU卡61、安装在第二卡槽72中的协处理器卡62、以及安装在卡槽73,74,75中的附加卡63,64,65。根据示例，CPU卡61可包括电路板，其具有处理器、PCI电路系统、开关电路系统、以及配置成结构地和电气地连接卡61至卡槽71的电连接器。类似地，协处理器卡62可包括处理器、PCI电路系统、开关电路系统和连接器。

附加卡63,64,65可包括配置成执行一个或多个载具和/或任务功能的任何数量和类型的卡。附加卡的示例包括输入/输出(I/O)卡、网络卡、驾驶和导航功能卡、传感器接口卡(例如，相机、雷达等)、有效负载传送系统控制卡、图形处理单元(GPU)卡、以及用于特定类型的载具和/或任务功能的任何其它的卡。

如图2中的那个的典型背板架构包括开关66，其允许每个卡与任何其它槽中的卡通信。包括各种标准的许多示例存在，以限定不同类型的背板架构。例如，尽管开关66示为与卡槽71,72,73,74,75分开，但一些架构可将中央开关置于背板的特定槽中。在每个情况下，节点装置可经由开关与彼此通信。尽管图2中绘出了五个卡槽，但背板可包括任何数量的卡槽。

使用如图2中的那个的背板架构的用于UAV的机载控制系统可有效提供一些功能控制。此外，此架构可通过硬件变化来提供一些可配置性。然而，传统背板架构可具有用于UAV的实施中的许多缺陷。例如，通过组合的电气和机械连接来联接至多个卡的背板的结构性能可能不是很适于一些UAV的高应力环境。机械和/或电气故障可能由于振动、温度和其它因素对于一个或多个卡在背板中出现。此外，此架构提供有限的处理能力，同时需要较大的空间和重量。每个卡通常包括其自身的电路板，其包括连接器、开关电路系统、通信电路系统等。由于每个电路板需要其自身的电路系统来用于这些常见功能，故背板架构可能提供相对较高的重量和空间要求。此外，这些类型的系统的计算能力和容量通常由多卡途径(multiple card approach)限制。卡之间以及各种处理元件之间的通信可能导致降低的计算能力。

图3为绘出根据公开技术的实施例的包括控制系统80的无人驾驶航空载具(UAV)10的框图。控制系统80包括控制箱100，其提供载具和任务功能的集中控制。控制箱包括限定内部的壳体110。如下文所述，第一电路板120和第二电路板122设置在壳体110的内部内，且I/O连接器126从第二电路板122延伸穿过壳体110。控制箱100包括热沉118，其提供成从控制箱100的电气构件散热。在示例实施例中，如下文所述，热沉118可形成壳体110的至少一部分。控制系统80可包括附加构件，如，附加控制单元或执行载具或任务控制过程的其它元件。

在一些实施方式中，第一电路板120包括用于控制载具和UAV 103的任务控制过程的控制模块，且第二电路板122包括用于在控制单元与各种PM装置和UAV的次级装置之间提供通信接口的载体模块。

在一些示例中，第一电路板包括多个异构处理系统，每个均具有可再配置的处理架构，以提供各种载具和任务功能的管理。具有可再配置的功能性的多个异构处理系统适于由无人驾驶空中载具执行的多样化功能，以及对于这些载具通常所需的高水平认证。

在示例实施例中，第二电路板122是载体模块，其提供第一电路板120与各种PM装置和UAV 10的次级装置之间的接口。例如，图3绘出了包括推力装置30、控制表面32和定位系统34的一组PM装置。此外，图3绘出了一组次级装置，其包括图像传感器20、雷达传感器22、激光雷达传感器24、声呐传感器26、GPS传感器28、有效负载传送系统36、以及通信系统38。第二电路板122可包括I/O连接器，其连接至第一电路板的对应I/O连接器，以及从壳体延伸的I/O连接器。此外，第二电路板可包括从壳体延伸的多个传感器连接器。第二电路板可提供通信或输入/输出(I/O)接口，其包括用于发送和接收数据的相关联的电子电路系统。更确切地说，通信接口可用于在第二电路板的各种集成电路中的任何之间、以及第二电路板与其它电路板之间发送和接收数据。例如，项目接口可包括I/O连接器126、I/O连接器238和/或I/O连接器124。类似地，接口电路中的任何一个处的通信接口都可用于与外界构件通信，如，另一个航空载具、传感器、其它载具装置和/或地面控制。通信接口可为适合的有线或无线通信接口的任何组合。

在一些示例中，控制箱100可包括附加的构件。例如，在另一个实施例中，第三电路板如夹层卡可以设在控制箱100内。在一些示例中，第三电路板可包括一个或多个非易失性存储器阵列。例如，固态硬盘(SSD)可提供为夹层卡上的一个或多个集成电路。此外，控制箱100可包括形成控制模块的附加电路板和形成附加载体模块的附加电路板。

图4为描述根据公开技术的示例实施例的第一电路板120的框图。在图4中，第一电路板120配置为用于无人驾驶航空载具(UAV)的控制模块(例如，控制板)。在示例实施例中，第一电路板120是系统模块(SOM)卡。第一电路板120包括第一处理系统230、第二处理系统232、存储块234和I/O连接器238。

第一和第二处理系统可包括或关联任何适合数量的独立微处理器、电源、储存装置、接口和其它标准构件。处理系统可包括或协同任何数量的软件程序(例如，载具和任务控制过程)或指令，其设计成执行对于航空载具10的操作所需的各种方法、过程任务、计算和控制/显示功能。存储块234可包括任何适合形式的存储器，如，且没有限制地，SDRAM，其配置成支持对应的处理系统。例如，第一存储块234可配置成支持第一处理系统230，且第二存储块234可配置成支持第二处理系统232。可使用任何数量和类型的存储块234。根据示例，分别包括独立集成电路的四个存储块可提供成支持第一处理系统230，且两个存储块可提供成支持第二处理系统232。

I/O连接器238从第一电路板122的第一表面延伸来提供与第二电路板122的操作通信链路。

在公开技术的示例实施例中，第一处理系统230和第二处理系统232形成异构且可再配置的计算架构，其适于UAV 10的多样化和稳定的需求。第一处理系统230包括形成第一处理平台的一个或多个处理单元302，以及形成第二处理平台的一个或多个可编程逻辑电路304。根据示例，一个或多个处理单元302可包括中央处理单元，且可编程逻辑电路304可包括易失性可编程逻辑阵列，如，基于RAM的现场可编程门阵列(FPGA)。任何数量和类型的处理单元可用于处理单元302。多个处理单元302和可编程逻辑电路304可设在第一集成电路内，在一些实施例中大体上称为处理电路。

第二处理系统232包括形成第三处理平台的一个或多个处理单元322，以及形成第四处理平台的一个或多个可编程逻辑电路324。根据示例，一个或多个处理单元302可包括协处理单元，且可编程逻辑电路324可包括基于闪存的FPGA。任何数量和类型的处理单元可用于处理单元324。一个或多个处理单元324和可编程逻辑电路324可设在第二集成电路内，在一些实施例中也称为处理电路。

通过在每个处理系统中提供不同处理单元类型以及不同可编程逻辑电路类型，第一电路板120提供异构计算系统，其特别适于高应力应用UAV的处理、可靠性和操作要求。例如，基于RAM和基于闪存的FPGA的技术组合来影响两者的强度用于UAV应用。异构处理单元302和322和异构可编程逻辑电路304和324的独特能力支持硬件和软件分区的操作环境二者。根据关键性和性能需求，载具和任务管理功能可分配至不同的分区。这提供了适用于关键操作的控制和监测架构。例如，提供了用于控制不可逆关键功能的开/关或红/绿架构。根据其他举例，现场可编程门阵列中的一个或多个可配置成提供构造加速器(fabricaccelerator)来用于机载传感器处理。

图5为描述根据本公开技术的示例实施例的第一处理系统230的附加细节的框图。在图5中，第一处理系统230包括如图4中所描述的三个处理单元302。更具体而言，第一处理系统230包括应用处理单元(APU)306、图形处理单元(GPU)308和实时处理单元(RPU)310。处理单元306,308,310中的每个可由存储器312支持，该存储器312可包括任何数量和类型的存储器，如，SDRAM。每个处理单元在称为处理电路的独立集成电路上实施。在一个示例中，APU 306形成在第一处理电路上，且包括四核处理单元，其包括四个处理器。RPU 310形成在第三处理电路上，且包括双核处理单元，其包括两个处理器。GPU 308形成在第四处理电路上，且包括单核处理单元。第二处理单元提供成用于如下文所述的第二处理系统。交换结构316连接处理系统230的各种构件。例如，在一些示例中，交换结构316可包括低功率开关和中央开关。通信接口314将第一处理系统232联接至第一电路板120。

可编程逻辑电路304包括易失性可编程逻辑阵列305。在示例实施例中，逻辑阵列可包括基于RAM的可编程逻辑阵列，如，基于RAM的浮点门阵列，其包括RAM逻辑块或存储器单元。易失性可编程逻辑阵列305可编程有配置数据，其经由通信接口314提供至第一处理系统。例如，基于RAM的FPGA可将配置数据储存在阵列的静态存储器中，如，包括锁存器(latch)阵列的组织中。逻辑块在可编程逻辑电路304启动或通电时编程(配置)。配置数据可从外部存储器(例如，如下文所述的第一电路板210或夹层板的非易失性存储器)或从UAV10的外部源(例如，使用第二电路板122)提供至逻辑阵列305。基于RAM的FPGA提供高水平的可配置性和可再配置性。尽管未示出，但逻辑阵列305可包括各种编程电路，如，以太网接口和PCI接口，以及本文所述的各种载具和任务管理过程。

图6为描述根据公开技术的示例实施例的第二处理系统232的附加细节的框图。在图6中，第二处理系统232包括应用处理单元(APU)326和存储器332。在一个示例中，APU 326形成在第二处理电路上，且包括四核处理单元，其包括四个处理器。存储器332可包括任何数量和类型的存储器如SDRAM。交换结构336连接处理系统232的各种构件。通信接口334将第一处理系统232联接至第一电路板120。

可编程逻辑电路324包括非易失性可编程逻辑阵列325。在示例实施例中，逻辑阵列325包括基于闪存的可编程逻辑阵列，如，基于闪存的浮点门阵列，其包括闪存逻辑块或存储器单元。非易失性可编程逻辑阵列325可编程有配置数据，其经由通信接口334提供至第二处理系统。例如，基于闪存的FPGA可将配置数据储存在阵列的非易失性存储器中。闪存存储器用作用于储存配置数据的主要资源，使得不需要基于RAM的存储器。由于配置数据储存在非易失性存储器内，故不需要在启动或通电时为逻辑阵列读取配置数据。因此，基于闪存的逻辑阵列可在通电时立即执行应用。此外，不需要配置数据的外部储存。基于闪存的逻辑阵列可通过提供更新的配置数据来再编程或再配置，以覆盖当前储存在逻辑阵列中的配置数据。基于闪存的逻辑阵列可比基于RAM的逻辑阵列消耗更少功率，以及提供更多保护以防止干扰。尽管未示出，但逻辑阵列325可包括各种编程电路，如，用于本文所述的各种载具和任务管理过程。在一个示例中，逻辑阵列325可包括至少一个FPGA构造加速器来用于机载传感器处理。

图7为绘出根据公开技术的示例实施例的第二电路板122的附加细节的框图。在图7中，第二电路板122配置为载体模块(例如，载体卡)来用于无人驾驶航空载具(UAV)。第二电路板122包括多个集成电路，如，提供用于控制箱100的I/O能力的接口电路。接口电路配置成经由传感器连接器接收UAV的多个载具装置的输出。接口电路将基于载具装置的输出的载具装置数据经由I/O连接器124提供至第一电路板。第二电路板122包括I/O连接器126，其从控制单元100的壳体延伸以提供至UAV 10的PM装置和次级装置的操作通信链路。此外，第二电路板122包括从第二电路板122的第一表面延伸的I/O连接器124，以提供至第一电路板120的操作通信链路。尽管未示出，但第二电路板122可包括附加I/O连接器，以用于联接至夹层卡，其例如包括固态硬盘。I/O连接器126,124和228中的任一个或组合可形成第二电路板的接口电路与第一电路板的第一和第二处理系统之间的I/O接口。

图7描述了如可用于控制箱100的具体实施方式中的特定一组接口电路。然而，将认识到，任何数量和类型的接口电路可用作适于具体实施方式。第二电路板122包括多个接口电路，如，激光雷达/声呐接口420、皮托/静态接口422、光电网格参考系统(EOGRS)接收器接口424、以及用于与第一电路板122通信的第一电路板接口432。第二电路板122还包括接口电路，如，软件限定的无线电426、导航系统125、控制器局域网络总线(CANBUS)430和电源434。在一些实施例中，导航系统428是提供集成导航传感器套件的集成电路，包括各种传感器，如，惯性测量传感器。此外，第二电路板122包括与UAV 10的多个载具装置(例如，PM装置或次级装置)操作通信的许多接口电路。多个传感器连接器458从控制单元100的壳体延伸，以联接至UAV 10的载具装置。

在图7的特定示例中，一个或多个脉冲宽度调制器(PWM)402经由第一传感器连接器458与一个或多个伺服机构442操作通信。尽管绘出了PWM伺服命令接口，但可使用其它类型的伺服命令接口。例如，模拟电压、电流环、RS-422、RS-485、MIL-STD-1553是可能的伺服控制信号的所有示例。GPS接收器404经由第二传感器连接器458与一个或多个GPS天线444操作通信。GPS天线444是GPS传感器28的一个示例。数据链接收器406经由第三传感器连接器458与一个或多个数据链天线446操作通信。串行接收器链路(SRXL)输入408经由第四传感器连接器458与机长(Pilot in Command)(PIC)接收器448操作通信。可编程电源单元(PSU)410经由第五传感器连接器458与伺服电源450操作通信。一个或多个比较器412经由第六传感器连接器458与一个或多个离散输入452操作通信。一个或多个驱动器414经由第七传感器连接器458与一个或多个离散输出454操作通信。一个或模数转换器(ADC)416经由第八传感器连接器458与一个或多个模拟输入456操作通信。

图8为绘出根据公开技术的实施例的第一电路板120的示例的框图。图8绘出了如可配置成用于特定飞行或任务的第一电路板120的特定实施方式。图8绘出了如前文所述的第一处理系统230、第二处理系统232。为了描述的清楚，仅绘出了处理系统230和232的构件的子集。绘出了第一处理系统230的简化版本，其包括处理单元302和易失性可编程逻辑阵列305。第二处理系统232绘制为具有处理单元322和可编程逻辑阵列305。

图8绘出了穿过异构处理系统产生的多个分区操作环境POE0-POE7。图8还绘出了载具和任务控制过程的特殊分配来进一步示出公开的主题。确切地说，第一分区操作环境POE0、第二分区操作环境POE1和第三分区操作环境POE2分配在一个或多个处理单元302处。在一些示例中，分区操作环境是硬件分区。例如，POE0可分配在APU 306处，POE1可分配在RPU 310处，且POE2可分配在GPU 308处。在其它示例中，分区操作环境是软件分区，如，从一个或多个处理单元虚拟化的不同虚拟机。例如，APU 306、GPU 308和RPU 310中的一个或多个可虚拟化来产生三个分区操作环境。第四分区操作环境POE3分配至可编程逻辑阵列305。尽管图8中绘制了单个操作环境，但多个操作环境也可在可编程逻辑阵列内产生。在一个示例中，具有可编程逻辑阵列的独立分区操作环境代表不同硬件元件，如，不同逻辑块。在其它示例中，虚拟化或其它软件技术可用于产生独立分区操作环境。此外，一些实施例包括处理单元302和可编程逻辑阵列305两者的组合虚拟化。任何数量和组合的硬件处理器和虚拟机可用于产生如图8中所绘出的独立分区操作环境。

在图8中，一个或多个第一载具控制过程(VCP)502和一个或多个第一任务控制过程(MCP)504分配至第一分区操作环境POE0。一个或多个VCP 506和一个或多个MCP 508分配至第二分区操作环境POE1。一个或多个MCP 510分配至第三分区操作环境POE2。一个或多个MCP 512分配至第四分区操作环境POE3。

图8示出了，多个载具控制过程和任务控制过程可穿过多个分区操作环境分配来满足特定实施方式的需求。例如，控制过程可分类，且类别用于将控制过程指定给具体分区操作环境。在一些实施方式中，第一处理系统可提供至少两个分区操作环境。类似地，第二处理系统可提供至少两个分区操作环境。例如，第一处理系统可包括高完整性分区(highintegrity partition)和群集分区(cluster partition)。高完整性分区可包括实时操作环境。例如，此操作环境可配置成用于执行一个或多个关键载具导航过程。其它过程也可置于高强度分区中。群集分区可包括非实时操作环境。此操作环境可配置成用于执行一个或多个任务控制过程。其它过程也可置于群集分区中。

通过特定示例，POE0可用于执行关键控制过程。例如，POE0可为高完整性分区的，包括利用来自基于模型的设计流的自动生成代码的自动驾驶、引导和导航过程。在一个示例中，独立的操作系统可用于分配用于关键过程的第一分区操作环境。POE1可用于执行不太关键但时间敏感的载具和任务控制过程。例如，任务导航过程、数据链管理过程、传感器数据管理过程和/或地面站/其它C2过程可分配至第二分区操作环境。根据其他示例，健康和/或其它参数等的传感器处理和后端参数分析可分配至第三分区操作环境POE2。最后，第四分区操作环境POE3可分配至高处理要求应用，如图像分析和对象检测和跟踪。例如，传感器相关的导航和机器人感知/认知可在第四分区操作环境中执行。在其它示例中，包括目标和备用导航源的传感器集合的地理登记可分配至POE3。此外，可分配软件限定的比，其包括信号情报收集和用于有效负载数据传播的灵活数据链路。在一些示例中，POE1、POE2和POE3中的一个或多个可为虚拟化的计算群集形式来用于任务控制过程，其与高完整性分区隔离。将认识到，示例仅通过阐释来提供，且许多其它选项分配可根据具体实施方式的要求来制作出。

参看第二处理系统232，可为附加载具控制过程分配第五分区操作环境POE4。在一些示例中，POE4可用于执行关键和/或时间敏感载具控制过程，如，备份导航和驾驶过程。第六分区操作环境POE5可分配用于附加任务控制过程。在一些示例中，POE5可用于执行不太关键或时间敏感的任务控制过程。第七分区操作环境POE6分配至可编程逻辑阵列325。在此示例中，POE6分配用于执行一个或多个载具控制过程。通过具体示例，在一个实施例中，导航监测和/或控制过程可配置在第七分区操作环境POE6中。如下文更详细所述，在一个实施方式中，一个或多个监测和/或控制过程可在POE6中实施。

由第一电路板120提供的异构处理系统独特地定位成处理UAV的多样化且高可靠性的要求。更具体而言，异构处理系统允许由两个不同的处理系统共同处理，以提供监测、校正和备份功能。例如，第一处理系统230的一个或多个构件可监测第二处理系统232处的一个或多个过程的执行，且基于监测执行生成控制动作。类似地，第二处理系统232的一个或多个构件可监测第一处理系统234处的一个或多个过程的执行，且基于监测执行生成控制动作。根据示例，第二处理系统可检测与过程由第一处理系统的执行相关联的一个或多个异常，且重启该过程和/或第一处理系统。通过额外示例，第二处理系统可响应于与第一处理系统相关联的检测异常来执行备份过程。在又另一个示例中，第二处理系统可监测第一处理系统的输出，且检查与第二处理系统的输出的并发性。响应于并发性，可开始控制动作如启用载具装置。

图9为描述根据公开技术的实施例的异构处理系统共同处理管理过程的过程600的流程图。尽管过程600描述了由第二处理系统监测过程由第一处理系统的执行，但将认识到，该过程可由第一处理系统类似地使用来监测过程由第二处理系统的执行。在一个示例中，过程600可由处理系统的可编程逻辑阵列内的专用过程执行。在另一个示例中，过程600可由一个或多个处理单元执行。

在(602)处，第一过程由第一处理系统执行。例如，应用或其它指令集可由一个或多个处理单元和/或第一处理系统的易失性可编程逻辑阵列执行。

在(604)处，第二处理系统监测第一处理系统处的第一过程的执行。在一些实施方式中，监测过程的执行包括监测第一处理系统的输出。在其它示例中，监测过程的执行包括监测与过程由第一处理系统的执行相关联的一个或多个异常。

在(606)处，第二处理系统确定第一过程的输出是否有效。在一些示例中，确定输出是否有效包括确定第一处理系统是否生成输出。如果第一处理系统生成输出，则第二处理系统确定输出有效。在另一个示例中，监测输出包括确定输出是否包括有效信号。例如，第二处理系统可确定输出是否包括符合在第一处理系统处执行的第一过程的信号。在另一个示例中，第二处理系统可确定输出是否匹配或共享与另一个输出的并发性。例如，第二处理系统可确定第一处理系统的输出是否与一个示例中的第二处理系统的输出匹配或相同。

在(608)处，过程600基于第一过程的输出是否确定为有效和/或与另一个输出共享并发性来分支。如果第一过程的输出确定为有效，则在(610)处为无人驾驶航空载具生成第一控制动作。如果第一过程的输出确定为无效，则在(612)处为无人驾驶航空载具生成第二控制动作。如下文更详细所述，第一控制动作可包括提供第一过程的输出。第二控制动作可包括重启第一过程或第一处理系统、执行备份过程、配置新过程、或其它适合的动作。

图10为描述基于由第二处理系统监测第一处理系统的执行(或反之亦然)来开始控制动作的过程650的流程图。更具体而言，过程650描述了可基于第一处理系统的无效输出生成的第二控制动作。例如，过程650可在图9中所示的过程600的(612)处由第二处理系统232执行。

在(652)处，过程650确定与无效输出信号相关联的第一过程是否与UAV的高关键性功能相关联。例如，第二处理单元可基于对于其检测无效输出的过程类型来采取不同动作。以此方式，第二处理系统可适于各种实施方式的具体要求。在特定示例中，所有载具控制过程可认作是与高关键性载具功能相关联。类似地，任务管理过程的子集如导航或某些传感器数据管理可认作是与高关键性功能相关联。

如果控制动作响应于高关键性功能开始，则过程652在(654)处继续。在(654)处，用于第一过程的备份过程由第二处理系统执行。在一些示例中，第二处理系统执行一个或多个处理单元322中的备份过程。在其它示例中，第二处理系统在可编程逻辑电路324中执行备份过程。

在(656)处，功能控制传递至备份过程。例如，第二处理系统可将高关键性功能的控制从第一过程传递至备份过程。将认识到，备份过程可由第二处理系统在检测到无效输出之前执行。例如，备份过程可能已经在第二处理系统中执行。响应于来自第一处理系统的无效输出，功能控制可传递至备份过程。

在将功能控制传递至备份过程之后，或响应于确定功能不是高关键性功能，过程650在658处继续。在(658)处，过程650确定第一处理系统是否已经受损。例如，第二处理系统可确定无效输出是否与第一处理系统处的第一过程的非授权修改相关联。在一些示例中，第二处理系统可响应于第一处理系统的非预期输出来检测非授权修改。在其它示例中，第二处理系统可通过恶意代码的存在检测非授权修改。

如果第一处理系统已经受损，则过程650在(664)处继续。在(664)处，第二处理系统获得用于主要过程的更新配置数据和/或更新指令集。更新配置数据可例如从存储器332在本地获得，或从例如由地面站传输的信息远程地获得。

在(666)处，第一处理系统基于更新配置数据和/或指令集再配置和/或预先编程。例如，第二处理系统可将更新配置数据文件和/或指令集传输至第一处理系统。第一处理系统的一个或多个处理单元可再编程，且/或可编程逻辑阵列可再配置。在一些示例中，主要过程可再配置，以避免第一处理系统的后续非授权修改。例如，可修改主要过程来避免随后利用可能已经用于最初危害第一处理系统的漏洞。

在(670)处，功能控制传递回第一处理系统。在一些示例中，(670)包括将功能控制从备份过程传递至再配置的主要过程。

如果第一处理系统未受损，则过程650在(660)处继续。在(660)处，过程650重启第一处理系统，或重启第一过程由第一处理系统的执行。例如，第二处理系统可重启第一过程的执行，或完整重启第一处理系统以试图减轻无效输出的引起。例如，无效输出可检测为第一处理系统的电力或其它故障引起的输出信号的损失。重启第一处理系统或第一过程可再次引起输出有效地生成。在(662)处，如果功能控制较容易在(656)处传递至备份过程，则功能控制传递至主要过程。

图11为绘出根据公开技术的示例实施例的第一电路板120和可由第二处理系统232执行的监测过程的框图。在另一个示例中，类似过程可由第一处理系统230执行。

第一处理系统230绘制成具有实时处理单元(RPU)310，其执行用于第一UAV功能的主控制过程。根据示例，主控制过程可包括储存在存储器中且由RPU 310执行的第一指令集。主控制过程702生成输出722，其提供至一个或多个支持过程704。支持过程704与第一UAV功能相关联。根据示例，主控制过程可为自动驾驶过程，其配置成基于传感器数据生成输出命令来用于驾驶UAV的导航。一个或多个支持过程704可包括脉冲宽度调制(PWM)伺服命令生成单元。PWM伺服命令生成单元可从自动驾驶过程的第一输出722接收命令，且生成适合的PWM伺服命令作为输出724。在另一个示例中，主控制过程702可为有效负载传送控制过程。尽管描述了PWM伺服命令，但可使用任何类型的伺服命令信号和伺服命令生成单元，如，串行数据总线、模拟相位/幅度，等。

第二处理系统232包括还与第一UAV功能相关联的一个或多个支持过程708。根据示例，在一些示例中，支持过程708可包括解串行化器(de-serializer)过程。解串行化器过程可接收串行PWM伺服命令，且生成可储存在缓冲器中的PWM命令。支持过程708提供输出726至过程监测器/控制器710。过程监测器/控制器710配置成确定主控制过程702是否生成有效输出。在一个示例中，过程监测器/控制器710配置成确定输出726是否从支持过程708接收到，以便确定主控制过程702是否生成第一输出722。在另一个示例中，过程监测器/控制器710配置成确定输出724是否由支持过程708接收到，以便确定主控制过程702是否生成有效的第一输出722。在另一个示例中，过程监测器/控制器710配置成确定输出726的内容是否有效，以便确定输出722是否有效。如果过程监测器/控制器710确定第一输出722有效，则提供输出728。在一个示例中，输出728包括从支持过程708接收到的PWM伺服命令。

支持过程708进一步配置成从由第二处理系统232的APU 326执行的备份控制过程706接收第二输出732。例如，备份控制过程706可为备份自动驾驶过程或备份有效负载传送过程。在一个示例中，支持过程708可从备份自动驾驶过程接收命令，且生成PWM伺服命令。支持过程708生成输出734，其提供至过程监测器/控制器710。如果过程监测器/控制器710确定主控制过程702的输出722无效，则其可生成输出736，其包括备份控制过程的输出732。

在一些实施方式中，处理器监测器/控制器710可基于将第一输出与来自第二处理系统的第二输出732相比较来确定第一处理系统230的第一输出722是否有效。例如，过程监测器/控制器710可确定第一输出722和第二输出732是否匹配或另外具有并发性。如果第一输出722与第二输出732之间存在并发性，则处理器监测器/控制器710可确定第一输出722有效。

图11为特定示例，其中过程监测器/控制器710响应于与主控制过程702相关联的无效输出启用备份控制过程706。在其它示例中，过程监测器/控制器710可配置成启用载具装置，或基于由每个处理系统执行的过程的输出来开始具体的功能。例如，可基于由第一处理系统生成的输出与由第二处理系统生成的输出之间的并发性来启用或触发有效负载传送系统。

现在参看图12至16，大体上提供了改进的控制箱100和其构件的其它实施例。如所论述，根据本公开内容的控制箱100大体上收纳控制无人驾驶航空载具(“UAV”)的操作的各种电气/计算构件，且控制箱100因此大体上安装在UAV上。根据本公开内容的控制箱100由于其模块化设计而特别有利，其中控制箱100的各种构件(如，如本文所论述的热沉、盖和/或增强物)分别可与用于每个此构件的各种不同设计互换。本文所论述的某些特征有助于促进这种模块化。此外，如本文所论述，此控制箱100的各种特征如，热沉、增强物和系统模块(“SOM”)电路板，包括有利的热传递特征，以用于将热从SOM电路板且大体上从控制箱100传递。本文将论述其它有利特征。

如图所示，根据本公开内容的控制箱100可限定侧向方向102、纵向方向104和横向方向106。此方向102,104,106可一起限定用于控制箱100的正交坐标系。

控制箱100可包括限定内部112的壳体110。在示例实施例中，壳体110包括盖114和一个或多个增强物116。在一些实施例中，仅单个增强物116用于控制箱100中，尽管在备选实施例中，可使用一个以上的增强物116。在其中壳体110包括盖114和一个或多个增强物116的实施例中，至少一个此增强物116可移除地连接来与盖114接触，且增强物116沿横向方向106堆叠在彼此和壳体110上。控制箱100还可包括热沉118。热沉118可以可移除地连接至壳体110，如，与多个增强物116中的一者接触。热沉118还可沿横向方向106堆叠在增强物116和壳体110上。

一个或多个电路板可设置在内部112内。例如，第一电路板120可设置在内部112中。在示例性实施例中，第一电路板120是系统模块(“SOM”)电路板，如，如本文所论述的示例SOM电路板200。在示例性实施例中，该第一电路板120可定位在壳体110与热沉118之间，如，增强物114与热沉118之间。此外，第一电路板120可与热沉118接触，使得来自第一电路板120的热从第一电路板120经由热沉118消散。此外，第一电路板120可与增强物114接触。

例如，第一电路板120可包括一个或多个计算构件。此计算构件可包括第一处理系统230、第二处理系统232和/或一个或多个存储块234，它们所有都在本文中详细论述，如，在SOM电路板200的上下文中。此外，热界面材料236(下文在SOM电路板200的上下文中详细论述)可设置在此计算构件中的一个或多个上。在示例性实施例中，第一电路板120、如设置在计算构件中的一个或多个上的热界面材料236可接触热沉118和/或增强物116。

在一些实施例中，热界面材料236可与热沉118接触。具体而言，设置在一个或多个计算构件(如，第一处理系统230、第二处理系统232和/或安装在如下文在SOM电路板200的上下文中论述的电路板120的第一面表面210上的一个或多个存储块234)上的热界面材料236可与热沉118接触，如，其底座130。

此外或备选地，增强物116可包括多个指状物140。指状物140大体上是增强物116的平坦的内表面，其接触其它构件来用于支承和热传递目的。第一电路板120可接触此指状物140。具体而言，设置在一个或多个计算构件(如，安装在如下文在SOM电路板200的上下文中论述的电路板120的第二面表面212上的一个或多个存储块234)上的热界面材料236可与指状物140接触。

在示例性实施例中，增强物116包括外框架142和一个或多个横构件144。增强物116还可包括指状物140。当第一电路板120接触增强物116时，第一电路板120可接触外框架142和/或横构件144中的一个或多个，且还可接触如上文所论述的指状物140。

在示例性实施例中，热沉118由金属形成。热沉118可包括底座130。在示例性实施例中，底座可与第一电路板120接触，如，上文所论述的其构件。此外，在一些示例性实施例(未示出)中，热沉118可包括从底座130在外部延伸的多个散热片132。在这些实施例中，热沉118可提供从控制箱100经由散热片132的对流热传递。在其它实施例中，如图12-14中所示，可不提供散热片132，且热沉118可经由底座130与例如控制箱100安装至其的本UAV中的其它构件的接触来提供从控制箱100的对流热传递。在又其他实施例中，热沉118还可包括单次使用或可逆相变材料、液体冷却材料、和/或用于促进热传递的其它适合构件。

控制箱100还可包括第二电路板122。例如，第二电路板122可为载体卡类型的电路板，其大体上包括通信相关的构件，如，声呐、雷达、GPS、无线电等相关的构件，包括形成接口电路的各种集成电路。第二电路板可设置在内部112内。例如，在示例性实施例中，此第二电路板122可定位在盖114与增强物116之间。此外，第二电路板122可与增强物116接触。

在示例性实施例中，第二电路板122与第一电路板120操作通信。例如，第二电路板122还可包括一个或多个输入/输出连接器124，其定位在第二电路板122上，以操作地接触第一电路板120的匹配输入/输出连接器(如，SOM电路板200实施例中的连接器238)。

在一些实施例中，第二电路板122还可包括一个或多个传感器连接器125。此传感器连接器125可从壳体110延伸，如，沿如图12至14中所示的纵向方向104或沿另一适合方向。这些传感器连接器125可为用于第二电路板122至适合外部传感器或其它次级装置12(如，本文所论述的那些)的连接的端口，该次级装置12例如可安装在控制箱100安装于其上的UAV上。

控制箱100还可包括从壳体110延伸的一个或多个输入/输出连接器126。在示例性实施例中，此连接器126中的一个或多个是第二电路板122的构件。此输入/输出连接器126可将控制箱100和其构件连接至例如控制箱100安装在其上的UAV的其它构件。在如图12-14中所示的一些实施例中，一个或多个输入/输出连接器126从壳体110沿纵向方向104延伸，如，穿过壳体110的端面板115。在其它实施例中，一个或多个输入/输出连接器126从壳体110沿横向方向106延伸，如，穿过盖114。

在一些实施例中，控制箱100还可包括夹层卡128。夹层卡128可设置在内部112内，且可与第二电路板122操作通信。例如，夹层卡128可设置在第二电路板122与盖114之间。在一些实施例中，输入/输出连接器126中的一个或多个是夹层卡128的构件。

如所示，热沉118和壳体110的构件可包括透孔。各种透孔可有利地对齐以促进控制箱100的各种构件的模块化。例如，多个透孔150可延伸穿过热沉118的底座130，如，沿横向方向106。此透孔150可布置成图案。此外，多个透孔可延伸穿过壳体110，如，沿横向方向106。此透孔可布置成图案。例如，此透孔可包括沿横向方向106延伸穿过盖114且成图案的透孔152，以及沿横向方向108延伸穿过增强物且成图案的透孔154。在示例性实施例中，底座130和壳体110中的透孔(如，透孔150,152和154)的图案是相同的。因此，紧固件可经由透孔150,152,154插入来将控制箱100的此构件紧固在一起。显然，此相同图案可延伸至多种不同类型的热沉118和壳体110(和其增强物116和盖114)，使得此构件的不同版本可以以模块方式与彼此交换。

当热沉118接触壳体110、如其增强物116时，此构件可使用“榫槽”型特征来配合在一起。此特征有利地相对于彼此定向构件以确保适合配合，且还有利地用作电磁干扰(“EMI”)滤波器。

现在参看图15和16，根据本公开内容的控制箱100可包括系统模块(“SOM”)电路板200，其可为如上文所论述的第一电路板120。如所示，SOM电路板200可限定侧向方向202、纵向方向204和横向方向206。此方向202,204,206可一起限定对于SOM电路板200的正交坐标系。当SOM电路板200安装在控制箱100中时，方向202,204,206可对应于相应方向102,104,106。

SOM电路板200可具有主体208，其包括多个外表面。例如，主体208包括第一面表面210和相对的第二面表面212，这两者大体上在由侧向方向202和纵向方向204限定的平面内延伸。主体208还包括第一端表面214和相对的第二端表面216，这两者大体上在由侧向方向202和横向方向206限定的平面内延伸。主体208还包括第一侧表面218和相对的第二侧表面220，这两者大体上在由纵向方向204和横向方向206限定的平面内延伸。

大体上，如所示，SOM电路板200和其主体208具有超矩形形状。因此，第一端表面214和第二端表面216还分别具有长度222，其为沿侧向方向202的最大长度。第一侧表面218和第二侧表面220还分别具有长度224，其是沿纵向方向204的最大长度。如所示，在示例性实施例中，最大长度224大于最大长度222。

SOM电路板200还可包括多个计算构件。每个计算构件可安装在主体208上，如，第一面表面210或第二面表面212上。例如，计算构件可包括第一处理系统230、第二处理系统232和多个存储块234。值得注意的是，在示例性实施例中，第一处理系统230和第二处理系统232和存储块234可在内聚计算系统中与一起操作的两个处理系统230,232集成在一起。因此，例如，第一处理系统230可监测和备份第二处理系统232，且第二处理系统232可监测和备份第一处理系统230。

在一些实施例中，例如，第一处理系统230可为基于随机存取存储器(“RAM”)的处理系统。此外或备选地，在一些实施例中，第二处理系统232可为基于闪存存储器的处理系统。此外或备选地，存储块234可为RAM存储块。

如所示，在示例性实施例中，第一处理系统230和第二处理系统232可安装在主体208的第一面表面210上。然而，备选地，第一处理系统230和第二处理系统232中的一个或两个可安装在主体208的第二面表面212上。此外，在一些实施例中，存储块234中的至少一个或多个可安装在第一面表面210上。此外或备选地，存储块234中的至少一个或多个可安装在第二面表面212上。

在一些实施例中，热界面材料236可设置在计算构件中的一个或多个上。如本文所论述的，热界面材料236可促进从此计算构件到控制箱100的其它构件的热传递。例如，适合的热界面材料236可为相对柔顺的材料，例如，其可为可固化的。在示例性实施例中，此材料236可为触变材料。在示例性实施例中，此材料236可具有3.2到4 W/m-K之间、如3.4到3.8W/m-K之间、如3.6 W/m-K的导热率。一种适合的材料是从The Bergquist Company商业上可用的Gap Filler 3500S35。

在示例性实施例中，热界面材料236可设置在存储块234上，如，安装在第一面表面210上的存储块234中的一个或多个和/或安装在第二面表面212上的存储块236中的一个或多个。此外或备选地，热界面材料236可设置在第一处理系统230和/或第二处理系统232上。

一个或多个输入/输出连接器238可此外安装在主体208上。如本文所论述，这些连接器238可将SOM电路板200连接至控制箱100中的其它电路板，因此允许了SOM电路板200与这类其它电路板之间的通信。例如，连接器238可安装在如所示的第二面表面212上，或备选地可安装在第一面表面210上。在一些实施例中，连接器238可设置在第一侧表面218附近，且因此沿侧向方向202比第二侧表面220更接近第一侧表面218。在这些实施例中的一些中，连接器238可不设在第二侧表面220附近。此外，如所示，连接器238的纵轴线可沿纵向方向204对齐。

如进一步所示，多个安装孔240可延伸穿过主体208。例如，这些安装孔240中的一个或多个可用于将SOM电路板200连接至控制箱100中的其它构件。每个安装孔240可沿横向方向206延伸穿过第一面表面210和第二面表面212且在第一面表面210与第二面表面212之间延伸。

主体中的安装孔240的定位可特别有利。例如，安装孔240的第一阵列242可设置在第一侧表面218附近，且在示例性实施例中，沿侧向方向202在连接器238与第一侧表面218之间。第一阵列242的安装孔240可沿纵向方向204与彼此间隔开。在示例性实施例中，第一阵列242可包括三个或更多个安装孔，尽管在备选实施例中，可使用两个安装孔。安装孔240的第二阵列244可设置在第二侧表面220附近，且在示例性实施例中，可沿侧向方向202与第二侧表面220间隔开与第一阵列244离第一侧表面218相等的距离。第二阵列244的安装孔240可沿纵向方向204与彼此间隔开。在示例性实施例中，第二阵列244可包括三个或更多个安装孔，尽管在备选实施例中，可使用两个安装孔。第一阵列和第二阵列二者可有利地将SOM电路板200连接至控制箱100中的其它构件，且最小化SOM电路板200相对于此构件的任何相对运动。

此外，一个或多个第三安装孔246可沿侧向方向202设置在第一阵列242与第二阵列244之间。在示例性实施例中，一个或多个第三安装孔246可大体上居中地定位在第一侧表面218与第二侧表面220之间，如，沿侧向方向202。第三安装孔246可沿侧向方向202与第一阵列242和第二阵列244相等地间隔开。此外，在仅使用单个第三安装孔246的实施例中，第三安装孔246可大体上居中地定位在第一端表面214与第二端表面216之间，如，沿纵向方向204。一个或多个第三安装孔246可能特别有利，因为此一个或多个孔246在SOM电路板200的使用期间减少谐振频率问题，且向SOM电路板200提供改善的刚度。

在一些实施例中，多个通孔250可设在SOM电路板200中。每个通孔可沿横向方向206延伸穿过体208，且可从第一面表面210和/或第二面表面212突出。通孔250可位于第一侧表面218和/或第二侧表面220附近。在示例性实施例中，通孔250可由金属材料形成，如，金或铜，且可用作热传递导管，以将热从主体208内传递，且大体上从主体208和SOM电路板200传递此热。

在一些实施例中，一个或多个金属涂层可镀在主体208上，如，在第一面表面210和/或其第二面表面212上。金属涂层可用作热传递导管，以大体上从主体208和SOM电路板200传递热。

例如，第一金属涂层252可镀在本体208的部分上(如，其第一面表面210和/或第二面表面212上)，限定了多个安装孔240(包括第一阵列242和第二阵列244中的那些安装孔以及一个或多个第三安装孔246)。此涂层252可离散地镀在本体208的此部分上，使得各种镀层不连接。在示例性实施例中，此第一金属涂层252是铜涂层，尽管在备选实施例中，可使用金或其它适合的金属。

此外或备选地，第二金属涂层254可镀本体208(如，其第一面表面210和/或第二面表面212上)。此涂层252可位于第一侧表面218和第二侧表面220附近，且可延伸至此表面218,220，如，完全沿长度224。在其中使用第一金属涂层252和第二金属涂层254二者的实施例中，第二金属涂层254可镀在第一金属涂层252上。在示例性实施例中，此第二金属涂层254是金涂层，尽管在备选实施例中，可使用铜或其它适合的金属。

公开技术的一些实施例可实施为硬件、软件、或作为硬件和软件的组合。软件可储存为处理器可读代码，且在处理器中实施，作为例如用于编程处理器的处理器可读代码。在一些实施方式中，构件中的一个或多个可独立地实施，或与一个或多个其它构件组合为包装功能硬件单元(例如，一个或多个电气电路)，其设计成与其它单元、由通常执行相关功能的特定功能的处理器可执行的程序代码(例如，软件或固件)的一部分、或例如与较大系统对接的独立硬件或软件构件一起使用。例如，每个硬件单元可包括专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、电路、数字逻辑、模拟电路、离散电路的组合、门、或任何其它类型的硬件或其组合。备选地或此外，这些构件可包括储存在处理器可读装置(例如，存储器)中的软件，以编程处理器来执行本文所述的功能，包括各种任务和载具控制过程。

处理单元可包括任何数量和类型的处理器，如，微处理器、微控制器或其它适合的处理装置。一个或多个存储器装置可包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机可读介质、RAM、ROM、硬盘驱动器、闪速驱动器或其它存储器装置。

存储块234和本文所述的其它存储器可储存可由一个或多个处理单元或逻辑阵列存取的信息，包括可由一个或多个处理器执行的计算机可读指令。指令可为在由处理器执行时引起处理器执行操作的任何指令集。指令可为以任何适合的编程语言编写或可在硬件中实施的软件。在一些实施例中，指令可由处理器执行，以引起处理器执行操作，如，用于控制载具和/或任务功能的操作，和/或计算装置的任何其它操作或功能。

本文所论述的技术参照基于计算机的系统，以及由基于计算机的系统采取的动作和发送至其和来自其的信息。本领域的普通技术人员将认识到，基于计算机的系统的固有灵活性允许了构件之间和中的任务和功能性的多种可能构造、组合和划分。例如，本文所论述的过程可使用单个计算装置或组合工作的多个计算装置来实施。数据库、存储器、指令和应用可在单个系统上实施或分布越过多个系统。分布式构件可按顺序或同时地操作。

尽管各种实施例的特定特征可在一些图中示出且在其它图中未示出，但这仅是为了方便。根据本公开内容的原理，可与任何其它图的任何特征组合来参照和/或要求保护图的任何特征。

本书面描述使用了示例来公开要求保护的主题，包括最佳模式，且还使本领域的任何技术人员能够实践要求保护的的主题，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。公开技术的可取得专利的范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例包括并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则旨在此类其它示例在权利要求的范围内。

构件列表

10 无人驾驶航空载具(UAV)

12 次级装置

14 推进和移动(PM)装置

20 图像传感器

22 雷达传感器

24 激光雷达传感器

26 声呐传感器

28 GPS传感器

30 推力装置

32 控制表面

34 定位系统

36 有效负载传送系统

38 通信系统

50 控制系统

60 背板

61 卡

61 CPU卡

62 协处理器卡

63 附加卡

64 附加卡

65 附加卡

66 开关

71 卡槽

73 卡槽

74 卡槽

75 卡槽

80 控制系统

100 控制箱

102 侧向方向

104 纵向方向

106 横向方向

110 壳体

112 内部

114 盖

115 端面板

116 增强物

118 热沉(heat sink，有时也称为散热片或散热器)

120 第一电路板

122 第二电路板

124 I/O连接器

125 传感器连接器

126 I/O连接器

128 夹层卡

130 底座

132 散热片(fin，有时也称为散热片)

140 指状物

142 外框架

144 横构件

150 透孔

152 透孔

154 透孔

200 SOM电路板

202 侧向方向

204 纵向方向

206 横向方向

208 主体

210 第一面表面

212 相对的第二面表面

214 第一端面

216 相对的第二端面

218 第一侧表面

220 相对的第二侧表面

222 长度

224 长度

228 I/O连接器

230 第一处理系统

232 第二处理系统

234 存储块

236 热界面材料

238 I/O连接器

240 安装孔

242 第一阵列

244 第二阵列

246 第三安装孔

250 通孔

252 第一金属涂层

254 第二金属涂层

302 处理单元

304 可编程逻辑电路

305 可编程逻辑阵列

306 应用处理单元(APU)

308 图形处理单元(GPU)

310 实时处理单元(RPU)

312 存储器

314 通信接口

316 交换结构(switch fabric)

322 处理单元

324 可编程逻辑电路

325 可编程逻辑阵列

326 应用处理单元(APU)

332 存储器

334 通信接口

336 交换结构

402 脉冲宽度调制器(PWM)

404 GPS接收器

406 数据链接收器

408 串行接收器链路(SRXL)输入

410 可编程电源单元(PSU)

412 比较器

414 驱动器

416 模数转换器(ADC)

420 激光雷达/声呐接口

422 皮托/静态接口

424 光电网格参考系统(EOGRS)接收器接口

426 无线电

428 导航系统

430 控制器局域网总线(CANBUS)

432 第一电路板接口

434 电源

442 伺服机构

444 GPS天线

446 数据链天线

448 命令PIC接收器

450 伺服电源

452 离散输入

454 离散输出

456 模拟输入

458 传感器连接器

502 第一载具控制过程(VCP)

504 第一任务控制过程(MCP)

506 VCP

508 MCP

510 MCP

512 MCP

600 过程

602,604,606,608,610,612 块

650 过程

652,654,656,658,660,662,664,666,670 块

702 主控制过程

704 支持过程

706 备份控制过程

708 支持过程

710 处理监测器/控制器

722 输出

724 输出

726 输出

728 输出

732 输出

734 输出

736 输出。

Claims

1.一种用于无人驾驶载具（UV）的控制系统，包括：

限定内部的壳体；

2.如权利要求1所述的控制系统，其中：

3.如权利要求1所述的控制系统，其中：

第一电路板包括第一输入/输出（I/O）连接器；

4.如权利要求3所述的控制系统，其中：

所述第二电路板包括所述第三I/O连接器；

5. 如权利要求1所述的控制系统，其中：

6.如权利要求1所述的控制系统，其中：

所述第二电路板包括载具导航集成电路。

7. 如权利要求1所述的控制系统，其中：

8.如权利要求7所述的控制系统，其中：

所述第一处理单元执行第一载具控制过程；

所述第二处理单元执行第二载具控制过程；以及

9.如权利要求8所述的控制系统，其中：

10.如权利要求1所述的控制系统，其中：