نظام Datalink للطائرات بدون طيار للتحكم في الطائرات بدون طيار

UAV Datalink System Overview

ال UAV Datalink System is designed to enable reliable, real-time communication, يتحكم, and monitoring for multiple unmanned aerial vehicles (الطائرات بدون طيار). The system consists of four UAVs, each equipped with a Datalink Air Unit, أ كمبيوتر التحكم في الطيران (لجنة الاتصالات الفدرالية, على سبيل المثال, كاذبة V5 +), and a camera/seeker, as well as a Datalink Ground Unit connected to a Ground Control Station (GCS).

دلائل الميزات

• ترتيب: 1 Ground Unit communicating with 4 Air Units via a point-to-multipoint bidirectional link (إيثرنت + UART).
• نطاق & أداء: ≥ 80 km line-of-sight with robust video and telemetry links, supporting 1080p video at 30 fps and telemetry/control data at up to 921600 BPS.
• واجهات: Air Units provide 1 UART port for FCC telemetry and 1 Ethernet port for camera data. The Ground Unit aggregates these streams and presents a single UART and Ethernet interface to the GCS.
• كابل & Wiring: Straight-through TTL UART connections minimize latency and complexity. Ethernet cables support standard Cat5e/Cat6 connections with shielding for EMI protection.
• مصداقية & وقت الإستجابة: معدل خطأ بت < 8×10⁻⁸, data delay < 1 تصلب متعدد, فقدان الحزمة < 1%, with FEC, اتفاقية حقوق الطفل, and ARQ mechanisms to ensure continuous operation.
• System Flexibility: Each data stream is tagged with a unique Bird ID, allowing the GCS to identify and manage individual UAVs. The system continues operating even if one or more UAVs temporarily lose connection.

This Datalink System ensures seamless integration between UAVs, كاميرات, and ground control, providing a lightweight, high-performance solution for real-time multi-drone operations.

Data link requirement documents

يتألف النظام من ستة عشر وحدة Datalink Air المحمولة جواً (واحد لكل طائر), a single Datalink Ground Unit, ومحطة التحكم الأرضية (GCS). والغرض من ذلك هو تحديد واجهات, أطوال الكابلات, port counts, and acceptance tests so that units delivered by suppliers will interoperate with the existing FCC (كمبيوتر التحكم في الطيران), كاميرات (الباحثين), and the GCS.

مطلوب حل كامل لإنشاء ارتباط البيانات بين ground station و 4 UAV air units. يجب أن يتيح النظام اتصالات موثوقة, يتحكم, and monitoring of all UAVs simultaneously. Detailed technical requirements are provided below.

ملخص:

• ترتيب: 1 × وحدة التحكم الأرضية (جي سي يو) التواصل مع 4 × وحدات هوائية (خارج)
• نوع الاتصال: وصلة ثنائية الاتجاه من نقطة إلى عدة نقاط (إيثرنت + UART)
• نطاق: ≥ 80 كم خط البصر (ال)
• نطاق التشغيل: 1.4جيجاهرتز(إل باند)
• مخطط التعديل: TDD-OFDM / QPSK / 16-QAM
• متطلبات الطاقة: جهد التشغيل (12V), العتبة الحالية (≤ 2A)
• نطاق درجة الحرارة: -20درجة مئوية إلى 75 درجة مئوية

إنتاجية البيانات وعرض النطاق الترددي:

معامل	متطلبات	ملحوظات
معدل بيانات الفيديو (لكل باحث)	5 - 9 ميغابت في الثانية	1080ص @ 30 fps H.264/265 compression
القياس عن بعد + يتحكم (لكل لجنة الاتصالات الفدرالية)	200 - 300 كيلوبت في الثانية	بيانات التحكم ثنائية الاتجاه المستندة إلى UART
إجمالي إنتاجية الفيديو (4 خارج)	24 - 36 ميغابت في الثانية	وصلة الفيديو المدمجة
إجمالي القياس عن بعد / التحكم	1 ميغابت في الثانية	لا يكاد يذكر مقارنة بالفيديو
إجمالي عرض النطاق الترددي للوصلة الصاعدة المطلوبة	≥ 36 ميغابت في الثانية	مع 20% FEC + النفقات العامة ≈ 42 ميغابت في الثانية

متطلبات الكمون والجودة:

معامل	متطلبات	ملحوظات
معدل الخطأ في البت	< 8×10-8	في أقصى مدى
تأخير البيانات	< 1تصلب متعدد	Required for real-time seekeroperation and data transmission
فقدان الحزمة	< 1%	مع لجنة الانتخابات الفيدرالية + آليات ARQ
تصحيح الخطأ	FEC + اتفاقية حقوق الطفل + ARQ	إلزامية لموثوقية القياس عن بعد

ربط الميزانية & معلمات الترددات اللاسلكية:

معامل	هدف Value	ملحوظات
نقل الطاقة (وحدة الهواء)	4 – 5 W	–
نقل الطاقة (الوحدة الأرضية)	4 – 5 W	–
كسب الهوائي (وحدة الهواء)	>3ديسيبل	نمط الهوائي: الخواص
كسب الهوائي (الوحدة الأرضية)	12 - 18 ديسيبل	هوائي اتجاهي
حساسية المتلقي	–103dBm @10 MHz	مقابل 10⁻⁵ بير
هامش الرابط @ 80 كم	> 10 ديسيبل	يضمن فيديو قوي + رابط البيانات

ملحوظة:

• For seamless integration between the CUAV V5+ flight controller and external peripherals, من الضروري أن يحافظ نول UART على direct and uncomplicated wiring structure. خاصة, يجب تصميم النول من منفذ UART على أنه single straight line connection without introducing any additional converters or intermediary boards. وهذا يقلل من نقاط الفشل المحتملة, يقلل الكمون, and ensures a lightweight and reliable wiring architecture.
  • بالإضافة إلى, يجب أن يعمل النول وفق منطق الترانزستور-الترانزستور (TTL) voltage levels, كما تتواصل وحدة التحكم في الطيران V5+ عبر TTL UART. أي انحراف عن TTL (مثل مستويات RS-232 أو RS-485) would necessitate external level shifters or converters, وهو ما يتعارض مع متطلبات النول المباشر. By adhering to TTL standards, يتم الحفاظ على توافق الإشارة, ضمان:
    • Direct communication between the V5+ and connected modules.
    • Reduced hardware complexity by eliminating converters or translators.
    • Lower weight and improved reliability, as fewer components are involved in the signal path.
    • Improved signal integrity, since additional conversion stages can introduce noise or timing mismatches.

ختاماً,the loom design should strictly provide a straight-through UART wiring harness operating at TTL voltages,aligning with the CUAV V5+electrical specifications and guaranteeing optimal performance in airborne applications.

نظرة عامة على النظام:

وصف النظام عالي المستوى:

1. أربع طائرات بدون طيار, كل منها مجهز:
   1. 1 × وحدة داتا لينك الهوائية
   1. 1 × لجنة الاتصالات الفيدرالية (كمبيوتر التحكم في الطيران, على سبيل المثال, كاذبة V5 +)
   1. 1 × باحث / الة تصوير
2. 1 × وحدة داتا لينك الأرضية متصلة بمحطة التحكم الأرضية (GCS).

تدفق البيانات (ملخص): Video and sensor data from each camera is provided to its associated Datalink Air Unit via the camera’s Ethernet port. Telemetry and control data between the FCC and the Air Unit is carried over a UART link. The Datalink Air Unit transmits these streams over the data link to the Ground Unit; the Ground Unit demultiplexes the streams and presents them to the GCS as a single Ethernet stream (كاميرا الفيديو والبيانات) ومسلسل واحد (وارت/يو إس بي) telemetry stream.

متطلبات وحدة الهواء:

كل وحدة Datalink Air (واحدة لكل طائرة بدون طيار) يجب أن تستوفي المتطلبات الإلزامية التالية:

1. واجهات & الموانئ (الحد الأدنى):

• 1 × منفذ UART (الحد الأدنى). This port shall be used for telemetry/control connectivity to the FCC (منافذ القياس عن بعد Telem1 / Telem2 على لجنة الاتصالات الفيدرالية).
  • 1 × منفذ إيثرنت (الحد الأدنى). This port shall be used to receive camera/seeker Ethernet data.

2. اتصال الكابل (delivered with the AirUnit):

• 1 × كابل UART (أساسي) - طول: 1.0 م (± 5 ٪). يجب أن يحمل الكابل TX, RX, GND and VCC. Cable must be terminated to match the Datalink UART connector on one end and the FCC telemetry connector on the other.
  • 1 × كابل إيثرنت (أساسي) - طول: 1.0 م (± 5 ٪). Cable shall be standard shielded Cat5e or Cat6 patch cable with RJ45 connectors.
  • 2 × أطقم احتياطية (لكل وحدة الهواء) - أي., two additional UART cables and two additional Ethernet cables shall be supplied with each Air Unit (total supplied per unit = 3 كابلات UART, 3 كابلات إيثرنت).

3. ميكانيكية & جسدي - بدني:

• Cables should be color-coded (مُستَحسَن) and have clear directionality markings if pinouts are not symmetric.

4. Electrical / بروتوكول:

UART: دعم معدلات الباود المشتركة حتى على الأقل 921600 BPS. Provide user- configurable UART parameters.

إيثرنت: دعم على الأقل 100 عملية ميغابت في الثانية (يفضل جيجابت). Support common transport protocols (UDP, RTSP للفيديو وUDP للتحكم) — specific protocol selection shall be configurable.

متطلبات الوحدة الأرضية:

The Ground Unit performs demultiplexing of data from all four Air Units and presents a unified interface to the GCS. المتطلبات الإلزامية هي:

1. واجهات & الموانئ (الحد الأدنى):

• 1 × منفذ UART (تم تقديمه إلى GCS). The Ground Unit shall aggregate telemetry streams from all four air units and present them to the GCS as a single UART/USB interface (على سبيل المثال, الوحدة الأرضية UART متصلة بواجهة USB على GCS).
  • 1 × منفذ إيثرنت (تم تقديمه إلى GCS). The Ground Unit shall aggregate camera/video and data streams from the four air units and present them as a single Ethernet interface to the GCS.

2. سلوك التجميع:

• The Ground Unit shall accept four independent incoming data streams (one from each Air Unit) and demultiplex them to a combined Ethernet stream and a combined serial stream. من جي سي اس’ perspective there shall be only one Ethernet link and one UART link to configure and monitor.
  • Aggregation must preserve source addressing, so the GCS can identify which stream is from which Bird. The Ground Unit shall not lose per-bird identification information.

3. اتصال الكابل (يتم تسليمها مع الوحدة الأرضية):

• 1 × كابل UART (أساسي) - طول: 400 مم (0.4 م). Cable shall allow connection from the Ground Unit UART port to the GCS USB port (if the Ground Unit UART is a direct UART, توفير كابل محول USB-UART). The cable must carry TX, RX, GND and VCC.
  • 1 × كابل إيثرنت (أساسي) - طول: 400 مم (0.4 م). Cable shall be shielded Cat5e/Cat6 patch cable with RJ45 connectors.
  • 2 × spare sets — two additional UART and two additional Ethernet cables supplied as spares with the Ground Unit.

4. Electrical / بروتوكول:

• Aggregation shall be transparent with respect to Ethernet frames for video; where needed the Ground Unit may repackage streams into a single transport stream but must preserve timing information and per-bird source identification.

مضاعفة القياس عن بعد: The Ground Unit shall time-multiplex or packetize telemetry streams into a single UART stream with clear framing and optional tags to distinguish messages by bird ID. The protocol used for multiplexing must be documented and supported by the GCS software.

الاتصال & مواصفات الكابل

This section lists the recommended cable and connector specifications to ensure reliable performance in the airborne and ground environments.

1. كابلات إيثرنت (Air Unit -> Camera and Ground Unit -> GCS): Standard shielded Cat5e or Cat6 patch cables with RJ45 terminations. استخدم محمية بالكامل (سان تومي وبرينسيبي) cable if the installation has high EMI.
2. إيثرنت طول (Air وحدة): 1.0 m ±5%.
3. إيثرنت طول (Ground وحدة): 400 مم ±5%.
4. كابلات UART (Air Unit -> FCC telemetry): 4-كابل موصل (TX, RX, GND, RTS/CTS اختيارية). طول: 1.0 m ±5%.
5. UART كابل (Ground وحدة -> GCS USB/UART): 400 مم ±5% (include USB-UART adapter if required by the GCS).
6. حماية الكابلات والتأريض: Provide common ground and ensure shielding is terminated at one end per best-practice to avoid ground loops. Use locking RJ45 or latching connectors if vibration is expected.

توفير كابلات محول لتوصيل Datalink UART بموصلات القياس عن بعد CUAV V5+ (إذا لم تعرض وحدة Datalink أصلاً موصلًا متوافقًا).

• حيث تدعم الكاميرا تقنية Power-over-Ethernet (بو) but the Datalink Air Unit does not supply PoE, provide a PoE injector.

وظيفية & متطلبات البروتوكول

المتطلبات والتوصيات الوظيفية الرئيسية:

1. تحديد هوية كل طائر: كل تيار البيانات (الفيديو أو القياس عن بعد) MUST be tagged with a unique Bird ID so the GCS can map streams to vehicles.
2. Multiplexing Scheme: The Ground Unit shall implement a deterministic multiplexing scheme for telemetry (UART) allowing GCS to parse and route messages by Bird ID.
3. وقت الإستجابة و الإنتاجية: The system shall minimize additional aggregation latency.
4. مصداقية: Ground Unit must handle temporary loss of one or more air units gracefully and continue to present remaining streams to the GCS.
5. واجهة التكوين: توفير طريقة التكوين (وثيقة مفصلة) to set Bird IDs, معدلات باود UART, والأولويات لكل تيار.