Сістэма перадачы дадзеных БЛА для кіравання некалькімі беспілотнікамі

Агляд сістэмы перадачы дадзеных БЛА

А Сістэма перадачы дадзеных БЛА прызначаны для забеспячэння надзейнасці, зносіны ў рэжыме рэальнага часу, кантраляваць, і маніторынг некалькіх беспілотных лятальных апаратаў (БЛА). Сістэма складаецца з чатырох БПЛА, кожны абсталяваны а Паветраны блок Datalink, а Кампутар кіравання палётам (FCC, Нап., ХЛУСНЯ V5+), і камера/шукальнік, а таксама а Наземны блок перадачы дадзеных звязаны з а Наземная станцыя кіравання (GCS).

Асноўныя характарыстыкі

• Канфігурацыя: 1 Наземны блок падтрымлівае сувязь з 4 Air Units праз двухнакіраваную сувязь кропка-шматкропка (Ethernet + UART).
• Дыяпазон & Прадукцыйнасць: ≥ 80 км прамой бачнасці з надзейнай відэа- і тэлеметрычнай сувяззю, падтрымлівае відэа 1080p 30 кадраў у секунду і даных тэлеметрыі/кантролю да 921600 bps.
• Інтэрфейсы: Air Units забяспечваюць 1 Порт UART для тэлеметрыі FCC і 1 Порт Ethernet для дадзеных камеры. Наземны блок аб'ядноўвае гэтыя патокі і прадстаўляе GCS адзіны інтэрфейс UART і Ethernet.
• Кабель & Праводка: Прамое злучэнне TTL UART мінімізуе затрымку і складанасць. Кабелі Ethernet падтрымліваюць стандартныя злучэнні Cat5e/Cat6 з экранаваннем для абароны ад электрамагнітных перашкод.
• Надзейнасць & Латэнтнасць: Частата бітавых памылак < 8×10⁻⁸, затрымка дадзеных < 1 друга, страта пакетаў < 1%, з FEC, CRC, і механізмы ARQ для забеспячэння бесперапыннай працы.
• Гнуткасць сістэмы: Кожны паток даных пазначаны унікальным ідэнтыфікатарам птушкі, дазваляючы GCS ідэнтыфікаваць асобныя БЛА і кіраваць імі. Сістэма працягвае працаваць, нават калі адзін або некалькі БПЛА часова губляюць сувязь.

Гэтая сістэма перадачы дадзеных забяспечвае бясшвоўную інтэграцыю паміж БЛА, камеры, і наземны кантроль, забяспечваючы лёгкі, высокапрадукцыйнае рашэнне для аперацый з некалькімі беспілотнікамі ў рэжыме рэальнага часу.

Дакументы з патрабаваннямі да канала перадачы дадзеных

Сістэма складаецца з шаснаццаці бартавых паветраных блокаў Datalink (па адным на птушку), адзін наземны блок Datalink, і наземная станцыя кіравання (GCS). Мэта складаецца ў тым, каб вызначыць інтэрфейсы, даўжыні кабеляў, порт разлічвае, і прыёмачныя выпрабаванні, каб прылады, пастаўленыя пастаўшчыкамі, сумяшчалі з існуючай FCC (кампутар кіравання палётам), камеры (шукальнікі), і GCS.

Для ўстанаўлення сувязі паміж a зямлю вакзал і 4 БЛА паветра адзінак. Сістэма павінна забяспечваць надзейную сувязь, кантраляваць, і маніторынг ўсіх БПЛА адначасова. Падрабязныя тэхнічныя патрабаванні прадстаўлены ніжэй.

Агляд:

• Канфігурацыя: 1 × Наземны блок кіравання (ГКУ) зносіны з 4 × Паветраныя адзінкі (З)
• Тып сувязі: Двунакіраваная сувязь "кропка-шматкропка". (Ethernet + UART)
• Дыяпазон: ≥ 80 км прамой бачнасці (Калі дыяпазон дыяпазону)
• Аперацыйная паласа: 1.4ГГц(L-дыяпазон)
• Схема мадуляцыі: TDD-OFDM / QPSK / 16-QAM
• Патрабаванні да магутнасці: працоўнае напружанне (12V), Бягучы парог (≤2A)
• Дыяпазон тэмператур: -20ад °C да 75 °C

Прапускная здольнасць дадзеных і прапускная здольнасць:

Параметр	Патрабаванне	Ноты
Хуткасць даных відэа (на шукальніка)	5 - 9 Мбіт / с	1080р @ 30 кадраў у секунду, сціск H.264/265
Тэлеметрыя + Кантраляваць (паводле FCC)	200 - 300 кбіт / с	Двунакіраваныя даныя кіравання на аснове UART
Сукупная прапускная здольнасць відэа (4 З)	24 - 36 Мбіт / с	Камбінаванае відэа ўверх
Сукупная тэлеметрыя/кантроль	1 Мбіт / с	Нязначна ў параўнанні з відэа
Агульная неабходная прапускная здольнасць узыходзячага канала	≥ 36 Мбіт / с	з 20% ВЭК + накладныя выдаткі ≈ 42 Мбіт / с

Патрабаванні да затрымкі і якасці:

Параметр	Патрабаванне	Ноты
Частата бітавых памылак	< 8×10-8	На максімальнай далёкасці
Затрымка даных	< 1друга	Патрабуецца для працы шукальніка ў рэжыме рэальнага часу і перадачы даных
Страта пакетаў	< 1%	З FEC + Механізмы ARQ
Выпраўленне памылак	ВЭК + CRC + ARQ	Абавязковы для надзейнасці тэлеметрыі

Спасылка Бюджэт & Параметры ВЧ:

Параметр	Мэтавая Каштоўнасць	Ноты
Перадаць сілу (Паветраны блок)	4 – 5 Ш	–
Перадаць сілу (Наземны блок)	4 – 5 Ш	–
Каэфіцыент узмацнення антэны (Паветраны блок)	>3дБ	Дыяграма накіраванасці антэны: Ізатропны
Каэфіцыент узмацнення антэны (Наземны блок)	12 - 18 дБ	Накіраваная антэна
Адчувальнасць да прыёмніка	–103 дБм пры 10 МГц	За 10⁻⁵ BER
Поле спасылкі @ 80 км	> 10 дБ	Забяспечвае надзейнае відэа + сувязь перадачы дадзеных

Запіска:

• Для бесперашкоднай інтэграцыі паміж кантролерам палёту CUAV V5+ і знешнімі перыферыйнымі прыладамі, вельмі важна, каб ткацкі станок UART падтрымліваў a прамая і нескладаная структура разводкі. Канкрэтна, ткацкі станок ад порта UART павінен быць распрацаваны як a адзінае прамое злучэнне без увядзення дадатковых пераўтваральнікаў або прамежкавых плат. Гэта зводзіць да мінімуму патэнцыйныя кропкі адмовы, памяншае затрымку, і забяспечвае лёгкую і надзейную архітэктуру праводкі.
  • Акрамя таго, ткацкі станок павінен працаваць на Transistor-Transistor Logic (TTL) ўзроўні напружання, так як кантролер палёту V5+ звязваецца праз TTL UART. Любое адхіленне ад TTL (напрыклад, ўзроўні RS-232 або RS-485) спатрэбяцца знешнія перамыкачы ўзроўню або пераўтваральнікі, што супярэчыць патрабаванню прамога ткацкага станка. Прытрымліваючыся стандартаў TTL, сумяшчальнасць сігналу захоўваецца, забеспячэнне:
    • Прамая сувязь паміж V5+ і падлучанымі модулямі.
    • Паменшаная складанасць апаратнага забеспячэння за кошт выдалення пераўтваральнікаў або транслятараў.
    • Меншы вага і павышэнне надзейнасці, як менш кампанентаў задзейнічана ў шляху сігналу.
    • Палепшаная цэласнасць сігналу, паколькі дадатковыя этапы пераўтварэння могуць унесці шум або неадпаведнасць часу.

У заключэнне,канструкцыя станка павінна строга забяспечваць прамой джгут правадоў UART, які працуе пры напрузе TTL,адпаведнасць электрычным спецыфікацыям CUAV V5+ і гарантыя аптымальнай прадукцыйнасці ў бартавым прымяненні.

Агляд сістэмы:

Апісанне сістэмы высокага ўзроўню:

1. Чатыры БПЛА, кожны абсталяваны:
   1. 1 × Паветраны блок Datalink
   1. 1 × FCC (Кампутар кіравання палётам, Нап., ХЛУСНЯ V5+)
   1. 1 × Шукальнік / Камера
2. 1 × Наземны блок перадачы дадзеных, звязаны з наземнай станцыяй кіравання (GCS).

Паток даных (агляд): Даныя відэа і датчыкаў з кожнай камеры перадаюцца ў звязаны з ёй паветраны блок Datalink праз порт Ethernet камеры. Даныя тэлеметрыі і кіравання паміж FCC і Air Unit перадаюцца па канале UART. Паветраны блок Datalink перадае гэтыя патокі па лініі перадачы даных на наземны блок; Наземны блок демультиплексирует патокі і прадстаўляе іх у GCS як адзіны паток Ethernet (камера відэа і дадзеныя) і адзін серыял (UART/USB) паток тэлеметрыі.

Патрабаванні да паветранага блока:

Кожны Air Unit Datalink (адзін на БПЛА) павінны адпавядаць наступным абавязковым патрабаванням:

1.  Інтэрфейсы & Парты (мінімум):

• 1 × Порт UART (мінімум). Гэты порт будзе выкарыстоўвацца для падключэння тэлеметрыі/кантролю да FCC (тэлеметрычныя парты Telem1 / Telem2 на FCC).
  • 1 × Порт Ethernet (мінімум). Гэты порт будзе выкарыстоўвацца для атрымання даных Ethernet камеры/зашукальніка.

2.  Кабельнае падключэнне (пастаўляецца з AirUnit):

• 1 × кабель UART (першасны) — даўжыня: 1.0 м (± 5%). Кабель павінен перадаваць TX, RX, GND і VCC. Кабель павінен быць спынены ў адпаведнасці з раздымам Datalink UART на адным канцы і раздымам тэлеметрыі FCC на другім.
  • 1 × кабель Ethernet (першасны) — даўжыня: 1.0 м (± 5%). Кабель павінен быць стандартным экранаваным патч-кабелем Cat5e або Cat6 з раздымамі RJ45.
  • 2 × запасныя наборы (за паветраную адзінку) — г.зн., два дадатковых кабеля UART і два дадатковых кабеля Ethernet павінны пастаўляцца з кожным Air Unit (агульная колькасць пастаўленых на адзінку = 3 Кабелі UART, 3 Кабелі Ethernet).

3.  Механічны & фізічны:

• Кабелі павінны мець каляровую маркіроўку (рэкамендуецца) і маюць выразныя пазнакі накіраванасці, калі распиновка не сіметрычная.

4.  Электрычныя / Пратакол:

UART: Падтрымка агульных хуткасцей перадачы да мінімум 921600 bps. Даць карыстачу- наладжвальныя параметры UART.

Ethernet: Падтрымаць хоць бы 100 Праца Mbps (Пераважны гігабіт). Падтрымка агульных транспартных пратаколаў (UDP, RTSP для відэа і UDP для кіравання) — выбар канкрэтнага пратаколу павінен быць канфігураваным.

Патрабаванні да наземнага блока:

Наземны блок выконвае демультиплексирование даных з усіх чатырох паветраных блокаў і прадстаўляе адзіны інтэрфейс для GCS. Абавязковыя патрабаванні:

1.  Інтэрфейсы & Парты (мінімум):

• 1 × Порт UART (прадстаўлены ў GCS). Наземны блок павінен аб'ядноўваць патокі тэлеметрыі ад усіх чатырох паветраных блокаў і прадстаўляць іх у GCS як адзіны інтэрфейс UART/USB (Нап., наземны блок UART, падлучаны да інтэрфейсу USB на GCS).
  • 1 × Порт Ethernet (прадстаўлены ў GCS). Наземны блок павінен аб'ядноўваць камеры/відэа і патокі даных з чатырох паветраных блокаў і прадстаўляць іх як адзіны інтэрфейс Ethernet для GCS.

2.  Агрэгацыйныя паводзіны:

• Наземны блок прымае чатыры незалежныя ўваходныя патокі даных (па адным ад кожнай авіяпадраздзялення) і демультиплексировать іх у камбінаваны паток Ethernet і камбінаваны паслядоўны паток. З GCS’ з пункту гледжання канфігурацыі і кантролю павінна быць толькі адно злучэнне Ethernet і адно злучэнне UART.
  • Агрэгацыя павінна захоўваць адрасаванне крыніцы, так што GCS можа вызначыць, які паток ад якой Bird. Наземнае падраздзяленне не павінна страціць ідэнтыфікацыйную інфармацыю кожнай птушкі.

3.  Кабельнае падключэнне (пастаўляецца з наземным блокам):

• 1 × кабель UART (першасны) — даўжыня: 400 мм (0.4 м). Кабель павінен забяспечваць падключэнне ад порта UART зазямляльнага блока да порта USB GCS (калі UART наземнага блока з'яўляецца прамым UART, падайце адаптарны кабель USB-UART). Кабель павінен перадаваць TX, RX, GND і VCC.
  • 1 × кабель Ethernet (першасны) — даўжыня: 400 мм (0.4 м). Кабель павінен быць экранаваным патч-кабелем Cat5e/Cat6 з раздымамі RJ45.
  • 2 × запасныя камплекты — два дадатковыя кабелі UART і два дадатковыя кабелі Ethernet, якія пастаўляюцца ў якасці запасных частак з наземным блокам.

4.  Электрычныя / Пратакол:

• Агрэгацыя павінна быць празрыстай у дачыненні да кадраў Ethernet для відэа; пры неабходнасці наземны блок можа перапакоўваць патокі ў адзіны транспартны паток, але павінен захоўваць інфармацыю аб часе і ідэнтыфікацыю крыніцы для кожнай птушкі.

Мультыплексаванне тэлеметрыі: Наземны блок мультыплікуе ў часе або пакетуе патокі тэлеметрыі ў адзіны паток UART з выразным кадраваннем і дадатковымі тэгамі для адрознення паведамленняў па ідэнтыфікатары птушкі. Пратакол, які выкарыстоўваецца для мультыплексавання, павінен быць дакументаваны і падтрымлівацца праграмным забеспячэннем GCS.

Падключэнне & Тэхнічныя характарыстыкі кабеля

У гэтым раздзеле пералічаны рэкамендаваныя спецыфікацыі кабеляў і раздымаў для забеспячэння надзейнай працы ў паветры і на зямлі.

1. Кабелі Ethernet (Паветраны блок -> Камера і наземны блок -> GCS): Стандартныя экранаваныя патч-кабелі Cat5e або Cat6 з канчаткамі RJ45. Выкарыстоўвайце цалкам экранаваныя (STP) кабель, калі ўстаноўка мае высокія электрамагнітныя пашкоджанні.
2. Ethernet даўжыня (паветра Адзінка): 1.0 м ±5%.
3. Ethernet даўжыня (зямля Адзінка): 400 мм ±5%.
4. Кабелі UART (Паветраны блок -> Тэлеметрыя FCC): 4-токаправодны кабель (Тэхас, RX, AL злева AR справа, дадатковы RTS/CTS). Даўжыня: 1.0 м ±5%.
5. UART трос (зямля Адзінка -> GCS USB/UART): 400 мм ±5% (уключыце адаптар USB-UART, калі патрабуецца GCS).
6. Экранаванне і зазямленне кабеля: Забяспечце агульную зямлю і пераканайцеся, што экранаванне спынена на адным канцы ў адпаведнасці з перадавой практыкай, каб пазбегнуць замыкання на зямлю. Калі чакаецца вібрацыя, выкарыстоўвайце раздымы з фіксацыяй RJ45 або фіксатары.

Забяспечце адаптарныя кабелі для ўзаемадзеяння Datalink UART з раздымамі тэлеметрыі CUAV V5+ (калі блок Datalink не мае першапачатковага доступу да сумяшчальнага раздыма).

• Дзе камера падтрымлівае Power-over-Ethernet (PoE) але Air Unit Datalink не забяспечвае PoE, забяспечыць інжэктар PoE.

Функцыянальны & Патрабаванні да пратаколу

Асноўныя функцыянальныя патрабаванні і рэкамендацыі:

1. Ідэнтыфікацыя кожнай птушкі: Кожны паток даных (відэа ці тэлеметрыя) ПАВІННЫ быць пазначаны унікальным ідэнтыфікатарам птушкі, каб GCS мог супастаўляць патокі з транспартнымі сродкамі.
2. Мультыплексаванне Схема: Наземны блок павінен рэалізаваць дэтэрмінаваную схему мультыплексавання для тэлеметрыі (UART) дазваляючы GCS разбіраць і маршрутызаваць паведамленні па Bird ID.
3. Латэнтнасць і Прапускная здольнасць: Сістэма павінна звесці да мінімуму дадатковую затрымку агрэгацыі.
4. Надзейнасць: Наземнае падраздзяленне павінна карэктна справіцца з часовай стратай аднаго або некалькіх паветраных падраздзяленняў і працягваць прадстаўляць астатнія патокі GCS.
5. Інтэрфейс канфігурацыі: Пакажыце спосаб канфігурацыі (падрабязны дакумент) каб усталяваць ідэнтыфікатары птушак, Хуткасць перадачы дадзеных UART, і прыярытэты кожнага патоку.