Lösung mit niedriger Latenz für autonome Drohnen

HINTERGRUND

Autonome Drohnen, deren Betrieb unabhängig oder halb unabhängig von Menschen ist, haben das Potenzial, eine breite Palette an schwierigen Aufgaben zu erledigen, die für die heutigen von Menschen gesteuerten Drohnen nicht geeignet sind, denn autonome Drohnen erfordern wesentlich weniger menschliche Arbeitskraft. Beispielsweise können Schwärme von autonomen Such- und Rettungsdrohnen über bewaldete Bereiche fliegen und nach einem verlorenen Kind suchen. Autonome Drohnen können durchgehend die Grenzen eines Gefängnisses patrouillieren, um vor Ausbrüchen zu schützen, oder das Gebiet eines Kernkraftwerks abfliegen, um Versuche unbefugten Betretens zu erkennen. Autonome Drohnen können an Tatorte geschickt werden und nach Verdächtigen suchen und diese auf der Flucht verfolgen. Sie können Fahrzeugen folgen, deren Insassen im Verdacht stehen, einen terroristischen Anschlag zu planen. Sie können ein umfangreiches afrikanisches Naturschutzgebiet patrouillieren, um vor Wilderen zu schützen. Und dies sind nur ein paar der möglichen Anwendungen.
 

ALX Systems ist ein führender Anbieter von autonomen Drohnen für Anwendungen im Bereich Strafverfolgung, Grenzkontrolle, Bekämpfung der Wilderei, Überwachung von Hochspannungsleitungen, Militär so wie viele andere Anwendungen. Das Unternehmen bietet eine Computervision-Toolbox einschließlich Hindernisvermeidung, Navigation und Bildverarbeitung, was die Zeit und die erforderlichen Fachkenntnisse für die Programmierung autonomer Drohnen reduziert. ALX bietet eine sichere Verbindung zwischen seinen Drohnen und Cloud-Servern, wodurch eine leistungsstarke Verarbeitung der gesammelten Daten in Echtzeit in der Cloud ermöglicht wird. Eine Verschlüsselungstechnologie im Militärstandard bietet höchste Sicherheit. Die Drohnen des Unternehmens sind so konzipiert, dass sie einzeln oder in Schwärmen mit vielen Drohnen arbeiten.

HERAUSFORDERUNG

ALX hat vor Kurzem eine neue Drohnenplattform speziell für öffentliche Sicherheit und Militäranwendungen auf den Markt gebracht. Die neue Plattform bietet die unübertroffene Fähigkeit, nahezu umgehend auf die Bewegung einer Person oder eines Objekts zu reagieren. Diese Fähigkeit ist für viele Anwendungen, wie der Verfolgung eines Autos, wichtig. Wenn das Auto plötzlich seine Richtung ändert, bedeutet die für die Aufnahme und Analyse von Bildern erforderliche Verzögerung, dass die Drohne weit über das Auto hinaus fliegt, bis sie bemerkt, dass das Auto gedreht hat. Dasselbe Problem kann bei einer Such- und Rettungsaktion auftreten. Die Drohne nimmt möglicherweise ein Bild auf, das den Ort eines Kindes zeigt, nachdem sie sucht, aber zu dem Zeitpunkt, wenn die Drohne das Bild aufnimmt und analysiert und zu dem Ort zurückkehrt, kann das Kind schon wieder weggegangen sein.
„Die erfolgreiche Durchführung von Missionen wie diesen mit einer autonomen Drohne erfordert eine sehr schnelle Bildverarbeitung und sehr niedrige Latenz zwischen der Kamera und der CPU“, erläuterte Geoffrey Mormal, CEO bei ALX Systems. Latenz bezeichnet die Verzögerung, bevor ein von der Kamera aufgenommenes Bild für die Verarbeitung durch den Host-PC verfügbar ist. „Die niedrige Latenz und hohen Bildverarbeitungsraten, die für unsere neue Drohnenplattform erforderlich waren, ist für Desktop-Computer schon länger verfügbar, nicht jedoch in einem System, das klein, leicht und robust genug für den Flug in einer Drohne ist“, ergänzte Mormal.

LÖSUNG

„Die Euresys CoaXPress-Lösung ist der einzige Framegrabber, der uns bekannt ist und der unsere Latenz- und Bandbreitenanforderungen für eine flugfähige Lösung erfüllt“, sagte Mormal. „Dies ist das erste Mal, das dieses Leistungsniveau erreicht wurde und gleichzeitig die Anforderungen an Größe, Gewicht und Vibrationen für Drohnen mit militärischer und öffentlicher Sicherheit erfüllt sind“, ergänzte Marc Damhaus, CEO von Euresys. Die in der neuen Drohnenplattform verwendeten Lösungen von Euresys umfassen den Euresys Coaxlink Duo PCIe/104-MIL, ein robuster CoaXPress-Framegrabber mit 2 Anschlüssen, und ADLs Embedded-Computer ADLQM87PC mit Intel Core i7 im Formfaktor PC/104. Der Framegrabber von Euresys verbindet sich über den digitalen Videokommunikationsstandard CoaXPress mit der Kamera. CoaXPress HD-Videos sind nicht komprimiert und machen Übertragungen mit einer Null-Latenz möglich. Der Framegrabber verwendet direkten Speicherzugriff (CMA, engl. für Direct Memory Access), um das Bild ohne Unterbrechung der CPU in den Speicher des PCs zu übertragen.

Coaxlink DuoPCIe104_MILCoaXPress-Kameras verwenden hochleistungsstarke Koaxialkabel und sind die beste Lösung für Übertragungen von Daten mit hoher Geschwindigkeit, da sie ein höheres Frequenzspektrum bieten als Twisted-Pair-Kabel. Andererseits bietet USB-3 eine Videoübertragung mit hoher Geschwindigkeit, aber es besteht eine variable Verzögerung von mehreren Millisekunden zwischen dem Zeitpunkt der Aufnahme des Bildes und bis es zur Verarbeitung verfügbar ist. Zu dem Zeitpunkt, wenn das Bild über USB-C erhalten und verarbeitet wurde, könnte die Drohne das Auto leicht verloren haben. Auf der neuen ALX-Drohnenplattform unterstützt die Coaxlink Duo eine konventionelle Highspeed-Kamera und eine Wärmebildkamera. Sie verwendet ein Koaxialkabel zur Übertragung von Daten mit bis zu 625 MB/s, wobei gleichzeitig Kontrolldaten und Trigger übertragen und der Kamera bis zu 13 W zur Verfügung gestellt werden.

Framegrabber wie CPU sind mit einem 96 mm x 90 mm PC/104-Formfaktor gebaut. Sie werden übereinander mit einem Freiraum von 15,4 mm gestapelt und mit dem PCIe/104-Stapelverbinder angeschlossen und mit 15,4 mm Abstandshaltern verstärkt. Der Coaxlink-Framegrabber verwendet robuste Anschlüsse, die in rauen Umgebungen einschließlich MIL-STD 810-Anwendungen zuverlässig sind. Die gesamte Lösung von Euresys hat den Test für Erschütterungen und Vibrationen des Standards MIL-STD-810G bestanden.
Der ADLQM87PC Embedded Computer von ADL verfügt über einen Intel® Core™ i7-4700EQ Quad-Core-Prozessor mit einer integrierten HD4600-Grafik-Engine für High-Performance-Rechenaufgaben wie Bildverarbeitung, hyperspektrale und multispektrale Bildverarbeitung, Anwendungen im Infrarotbereich (SWIR, engl. für short-wave IR) und ähnliche Anwendungen. 2 Gbit/s LAN-Ports und 2 USB 3.0-Ports ergänzen Vision-Fähigkeiten für GigE- und USB 3.0-Kameras. Für die Datenspeicherung bietet der ADLQM87PC 4 SATA-Ports, von denen 2 SATA III (6 Gbit/s) mit einer Schreibgeschwindigkeit von über 1000 MB/s im RAID-0-Modus sind, um mit den Framegeschwindigkeiten von CoaXPress mitzuhalten. Zu den Displayausgängen gehören DVI, VGA, HDMI und Displayport für hochauflösende Grafikausgaben, falls erforderlich.

ERGEBNISSE

„Die Euresys-Lösung sorgt für niedrige Latenz und hohe Bildverarbeitungsgeschwindigkeiten der ALX-Systeme, die für anspruchsvolle autonome Drohnenanwendungen wie Überwachung und Verfolgung erforderlich sind“, sagte Mormal. „ALX hat ein Vorführsystem gebaut, das die Fähigkeiten der Drohnenhardware und Bildverarbeitungssoftware von ALX und der Bilderfassungs- und Analyselösung von Euresys zeigt, um unübertroffene Funktionen für autonome Drohnenanwendungen zu liefern. ALX hat bereits eine Bestellung für die Entwicklung einer kundenspezifischen Lösung anhand dieser Plattform für eine Teilstreitkraft eines europäischen Landes erhalten.“