一种无人艇主控系统计算平台的研究

一种无人艇主控系统计算平台的研究

邵流河 ,孙大勇 ,王迪初 ,王鹏 ,徐安舒 ,张军

深圳市亿威尔信息技术股份有限公司 深圳  518057

摘  要：无人艇系统，对外与岸基主控系统、领域基础设施进行信息交互，对内实施对艇体平台、任务载荷的控制。无人艇系统包括各类传感器、通信、航行控制、岸基控制分系统。无人艇系统中的重中之重，无疑是主控系统了。无人艇主控系统中的计算平台，为无人舰与外部沟通提供了媒介，对无人艇主控系统计算平台的研究则是不可或缺的。提升无人艇主控系统计算平台的计算效率，为无人舰的发展奠定雄厚的物质基础。

1 前言

无人艇主控系统计算平台，包括硬件和软件系统，装备在船艇上，可以在保留人工在船操控模式的基础上，増加远程遥控操作模式和全自主无人操控模式。在全自主模式下具有任务预设、路径规划、循迹航行、自动避障等智能功能。该平台可扩展性好，可根据具体应用需求选配各类传感器，特别适应水文测量、水质监测和安防巡逻等不同应用场景。无人艇主控系统计算平台包括实时热备份双冗余高可靠硬件系统，设计环境感知多传感器的数据融合和基于多船协同的集群控制技术等。

2 系统设计

本文研究的无人艇主控系统计算平台，包括VPX加固控制器。VPX加固控制器为标准8U 19英寸VPX内胆导冷型控制器（外部支持散热片风冷或导冷板液冷的冷却方式），如下图所示，其内部有2个冗余电源板槽位，8个信息处理板槽位（其中兼容支持的图形处理板槽位4个、控制台计算机板槽位2个）、1个基本控制板槽位、2个交换机板槽位、1个自毁存储板槽位、以及1个干燥剂槽位组成。

图1

VPX加固控制器可以根据不同WRT系统集成输入任务需求，选择装载1~8块信息处理板、1块基本控制板、1~2块交换机板、1~2块电源板、1块自毁存储板、1~4块图形处理板等，本VPX加固控制器为上述模块板卡提供统一的冗余电源供给，高速局域通信，CAN冗余总线通信，防水密封、散热及电磁兼容环境，这有利于WRT大系统的集成、功能扩展以及提高整体工作可靠性，该控制器除支持内部模块的冗余备份外，还支持整机级的冗余备份。

机箱外体采用设计标准8U机箱，外形尺寸不超过485mm * 350mm * 360mm(宽*深*高)，重量不超过37Kg，VPX内胆导冷，外部风冷(后续支持风冷及液冷替换)。安装方式为机柜安装或座式安装。内含12+2槽位方案，其中2个电源槽位采用1+1供电方式，可支持交流220V±20%，50Hz±10%输入或直流24V（18～36V）输入。槽1放置基板控制板。VPX加固控制器支持输入船电直流24V供电和交流220V供电两种方式，电源供电采用2路独立供电（1+1冗余备份，支持均流输出功能），支持如下两种组合方式：两路独立输入电源均为直流24V供电；两路独立输入电源均为交流220V供电。散热方式，VPX内胆导冷，外部风冷(支持风冷及液冷替换)。

装载能力有：VPX信息处理板槽位8个（所有信息处理板槽位均兼容intel至强和酷睿系列、飞腾、龙芯系列等板卡，支持的智能学习板槽位4个(英伟达板卡)、控制台计算机板槽位2个）、基本控制板槽位1个(龙芯板卡)、交换机板槽位2个、电源板槽位2个、自毁存储板槽位1个、干燥剂槽位1个。电口网口有：LAN1(交换机板1引出)：1000/100base-T网口8路；LAN2(交换机板2引出)：1000/100base-T网口8路；独立卡槽LAN(各卡槽独立引出)：1000/100base-T网口10路。光口网口有：LAN1(交换机板1引出)：1000base-X网口1路；LAN2(交换机板2引出)：1000base-X网口1路。数字输出DO口有：数字输出DO接口4路（各路均具备PWM功能，驱动电流最大0.6A，电压范围可通过硬件配置为12V稳压输出或根据10.6 ~ 36(V)辅助输入电源电压水平输出）。数字采样DI口有：数字采样DI口8路(电压型，电压范围为0V~30V)。模拟采样AD口有：模拟采样AD口8路(电压型，电压范围为0V~30V)。视频采集口有SDI和PAL采集口各2路。VPX信息处理板支持intel至强和酷睿系列、飞腾、龙芯系列等板卡，VPX加固控制器整机出厂默认带2块intel至强系列板卡，1块国产化飞腾系列板卡，信息处理板VPX接口在基础接口定义上进行自定义设计。图形处理板采用核心板加VPX载板的方案，核心板采用Tensor 核心 的 512 核 Volta GPU。

该VPX板卡能可以安装大于或者等于三个固态硬盘用于航行及任务控制、控制台以及图形处理的海量数据安全存储，各硬盘均支持数据自毁的功能，自毁信号可由对应控制板独立发出，或由基本控制板统一发出。为避免误触发自毁信号，3块自毁硬盘的各两路触发GPO信号分别加两个0欧姆0805电阻的焊点，默认物理自毁断开，逻辑接通。

3 结语

本文所研究的无人艇主控系统计算平台，采用VPX加固控制器设计，外观精美，性能稳定，能够满足抗振动,抗冲击,防水防尘等三防加固指标,适用于恶劣环境稳定应用。

邵流河，平顶山学院，电气工程及其自动化，1989年5月，男，汉族，河南省汝州市，深圳市亿威尔信息技术股份有限公司，深圳市高新技术产业园中区科技中三路软件园5栋4楼402，518057，研究方向：系统架构，计算机设计