UAV Datalink System за управление на множество дронове

Преглед на системата за връзка за данни на UAV

The UAV Datalink System е проектиран да позволява надеждни, комуникация в реално време, контрол, и наблюдение за множество безпилотни летателни апарати (БПЛА). Системата се състои от четири БПЛА, всеки оборудван с a Datalink Air Unit, а Компютър за управление на полета (FCC, e.g., НЕВЯРНО V5+), и камера/търсач, както и a Наземно устройство за връзка за данни свързан към a Наземна контролна станция (GCS).

Основни характеристики

• Конфигурация: 1 Наземно звено комуникира с 4 Въздушни единици чрез двупосочна връзка от точка към много точки (Ethernet + UART).
• диапазон & Изпълнение: ≥ 80 km пряка видимост със стабилни видео и телеметрични връзки, поддържащи 1080p видео при 30 fps и телеметрични/контролни данни до 921600 bps.
• Интерфейси: Air Units осигуряват 1 UART порт за FCC телеметрия и 1 Ethernet порт за данни от камерата. Наземният модул агрегира тези потоци и представя един UART и Ethernet интерфейс към GCS.
• кабел & Окабеляване: Правите TTL UART връзки минимизират забавянето и сложността. Ethernet кабелите поддържат стандартни връзки Cat5e/Cat6 с екраниране за EMI защита.
• Надеждност & Латентност: Процент на битови грешки < 8×10⁻⁸, забавяне на данните < 1 г-ца, загуба на пакети < 1%, с FEC, CRC, и ARQ механизми за осигуряване на непрекъсната работа.
• Гъвкавост на системата: Всеки поток от данни е маркиран с уникален идентификатор на птица, което позволява на GCS да идентифицира и управлява отделни UAV. Системата продължава да работи дори ако един или повече UAV временно загубят връзка.

Тази система за връзка с данни осигурява безпроблемна интеграция между UAV, Камери, и наземен контрол, осигурявайки лека, високопроизводително решение за операции с множество дронове в реално време.

Документи за изискване за връзка за данни

Системата се състои от шестнадесет въздушни единици за връзка за данни (по една на птица), единично наземно устройство за връзка за данни, и наземна контролна станция (GCS). Целта е да се уточнят интерфейсите, дължини на кабела, броя на портовете, и тестове за приемане, така че единиците, доставени от доставчици, да взаимодействат със съществуващия FCC (компютър за управление на полета), Камери (търсачи), и GCS.

Необходимо е цялостно решение за установяване на връзка за данни между a земята станция и 4 UAV въздух единици. Системата трябва да позволява надеждна комуникация, контрол, и наблюдение на всички UAV едновременно. Подробни технически изисквания са предоставени по-долу.

Преглед:

• Конфигурация: 1 × Наземен контролен блок (GCU) общуване с 4 × Въздушни единици (Извън)
• Тип комуникация: Двупосочна връзка от точка към много точки (Ethernet + UART)
• диапазон: ≥ 80 km пряка видимост (LOS)
• Работна лента: 1.4GHz(L-лента)
• Модулационна схема: TDD-ofdm / QPSK / 16-QAM
• Изискване за мощност: работно напрежение (12V), Текущ праг (≤2A)
• Температурен диапазон: -20°C до 75 °C

Пропускателна способност на данни и честотна лента:

параметър	Изискване	Бележки
Скорост на видео данни (на търсещ)	5 - 9 Mbps	1080p @ 30 fps H.264/265 компресия
Телеметрия + контрол (според FCC)	200 - 300 kbps	Базирани на UART двупосочни контролни данни
Обща видео пропускателна способност (4 Извън)	24 - 36 Mbps	Комбинирана видео връзка нагоре
Обща телеметрия/контрол	1 Mbps	Незначително в сравнение с видеото
Обща необходима честотна лента на връзката нагоре	≥ 36 Mbps	с 20% FEC + режийни ≈ 42 Mbps

Изисквания за латентност и качество:

параметър	Изискване	Бележки
Процент на битови грешки	< 8×10-8	На максимален обхват
Забавяне на данните	< 1г-ца	Изисква се за работа с търсач в реално време и предаване на данни
Загуба на пакети	< 1%	С FEC + ARQ механизми
Корекция на грешки	FEC + CRC + ARQ	Задължително за надеждността на телеметрията

Бюджет на връзката & RF параметри:

параметър	Цел Стойност	Бележки
Предавателна мощност (Въздушна единица)	4 – 5 W	–
Предавателна мощност (Наземна единица)	4 – 5 W	–
Усилване на антената (Въздушна единица)	>3db	Модел на антената: Изотропен
Усилване на антената (Наземна единица)	12 - 18 db	Насочена антена
Чувствителност на приемника	–103dBm при 10 MHz	За 10⁻⁵ BER
Марж на връзката @ 80 км	> 10 db	Осигурява стабилно видео + връзка за данни

Забележка:

• За безпроблемна интеграция между полетния контролер CUAV V5+ и външни периферни устройства, от съществено значение е станкът UART да поддържа a директна и неусложнена структура на окабеляване. Конкретно, тъкачът от UART порта трябва да бъде проектиран като a връзка с една права линия без въвеждане на допълнителни преобразуватели или междинни платки. Това минимизира потенциалните точки на повреда, намалява латентността, и осигурява лека и надеждна архитектура на окабеляване.
  • Освен това, станът трябва да работи на Transistor-Transistor Logic (Ttl) нива на напрежение, тъй като полетният контролер V5+ комуникира чрез TTL UART. Всяко отклонение от TTL (като RS-232 или RS-485 нива) би наложило външни превключватели или преобразуватели на ниво, което противоречи на изискването за директен стан. Като се придържаме към TTL стандартите, съвместимостта на сигнала се поддържа, осигуряване:
    • Директна комуникация между V5+ и свързаните модули.
    • Намалена сложност на хардуера чрез елиминиране на конвертори или транслатори.
    • По-ниско тегло и подобрена надеждност, тъй като по-малко компоненти участват в пътя на сигнала.
    • Подобрена цялост на сигнала, тъй като допълнителните етапи на преобразуване могат да внесат шум или несъответствия във времето.

В заключение,дизайнът на стан трябва стриктно да осигурява прав кабелен сноп UART, работещ при TTL напрежения,привеждане в съответствие с електрическите спецификации на CUAV V5+ и гарантиране на оптимална производителност при приложения във въздуха.

Общ преглед на системата:

Описание на системата от високо ниво:

1. Четири БПЛА, всеки оборудван с:
   1. 1 × Въздушен модул за връзка за данни
   1. 1 × FCC (Компютър за управление на полета, e.g., НЕВЯРНО V5+)
   1. 1 × Търсач / Камера
2. 1 × Наземно устройство за връзка за данни, свързано с наземната контролна станция (GCS).

Поток от данни (преглед): Видео и сензорни данни от всяка камера се предоставят на свързания с нея Datalink Air Unit чрез Ethernet порта на камерата. Телеметричните и контролните данни между FCC и Air Unit се пренасят по UART връзка. Datalink Air Unit предава тези потоци по връзката за данни към наземния модул; наземното устройство демултиплексира потоците и ги представя на GCS като единичен Ethernet поток (видео и данни от камерата) и единичен сериал (UART/USB) телеметричен поток.

Изисквания към въздушния блок:

Всеки въздушен модул за връзка за данни (по един на UAV) отговарят на следните задължителни изисквания:

1.  Интерфейси & Портове (минимум):

• 1 × UART порт (минимум). Този порт ще се използва за телеметрична/контролна свързаност към FCC (телеметрични портове Telem1 / Telem2 на FCC).
  • 1 × Ethernet порт (минимум). Този порт ще се използва за получаване на Ethernet данни от камера/търсач.

2.  Кабелна връзка (доставен с AirUnit):

• 1 × UART кабел (първичен) — дължина: 1.0 m (± 5%). Кабелът трябва да носи TX, RX, GND и VCC. Кабелът трябва да бъде прекратен, за да съответства на съединителя Datalink UART от единия край и съединителя за телеметрия на FCC от другия.
  • 1 × Ethernet кабел (първичен) — дължина: 1.0 m (± 5%). Кабелът трябва да бъде стандартен екраниран кабел Cat5e или Cat6 с RJ45 съединители.
  • 2 × резервни комплекти (на въздушна единица) — т.е., два допълнителни UART кабела и два допълнителни Ethernet кабела ще бъдат доставени с всеки Air Unit (общо доставено за единица = 3 UART кабели, 3 Ethernet кабели).

3.  Механични & Физически:

• Кабелите трябва да бъдат цветно кодирани (препоръчително) и имат ясни маркировки за насоченост, ако изводите не са симетрични.

4.  Електрически / протокол:

UART: Поддържайте общи скорости на предаване поне до 921600 bps. Предоставяне на потребител- конфигурируеми UART параметри.

Ethernet: Подкрепете поне 100 Mbps работа (Предпочита се Gigabit). Поддръжка на общи транспортни протоколи (UDP, RTSP за видео и UDP за контрол) — конкретен избор на протокол трябва да може да се конфигурира.

Изисквания към наземния модул:

Наземното устройство извършва демултиплексиране на данни от четирите въздушни устройства и представя унифициран интерфейс към GCS. Задължителните изисквания са:

1.  Интерфейси & Портове (минимум):

• 1 × UART порт (представени на GCS). Наземното устройство събира телеметрични потоци от всичките четири въздушни устройства и ги представя на GCS като един UART/USB интерфейс (e.g., UART на наземния модул, свързан към USB интерфейс на GCS).
  • 1 × Ethernet порт (представени на GCS). Наземният модул събира камера/видео и потоци от данни от четирите въздушни блока и ги представя като единен Ethernet интерфейс към GCS.

2.  Агрегационно поведение:

• Наземното устройство приема четири независими входящи потока от данни (по един от всяка въздушна единица) и ги демултиплексирайте до комбиниран Ethernet поток и комбиниран сериен поток. От GCS’ от перспектива ще има само една Ethernet връзка и една UART връзка за конфигуриране и наблюдение.
  • Агрегирането трябва да запази адресирането на източника, така че GCS може да идентифицира кой поток е от коя Bird. Наземният модул не трябва да губи идентификационна информация за всяка птица.

3.  Кабелна връзка (доставен с наземния модул):

• 1 × UART кабел (първичен) — дължина: 400 mm (0.4 m). Кабелът трябва да позволява връзка от UART порта на наземния модул към USB порта на GCS (ако UART на наземния модул е ​​директен UART, осигурете адаптерен кабел USB-UART). Кабелът трябва да носи TX, RX, GND и VCC.
  • 1 × Ethernet кабел (първичен) — дължина: 400 mm (0.4 m). Кабелът трябва да бъде екраниран съединителен кабел Cat5e/Cat6 с конектори RJ45.
  • 2 × резервни комплекти — два допълнителни UART и два допълнителни Ethernet кабела, доставени като резервни със заземяващото устройство.

4.  Електрически / протокол:

• Агрегирането трябва да бъде прозрачно по отношение на Ethernet кадрите за видео; когато е необходимо, наземният модул може да преопакова потоци в един транспортен поток, но трябва да запази информацията за времето и идентификацията на източника за всяка птица.

Телеметрично мултиплексиране: Наземният модул мултиплексира във времето или пакетира телеметрични потоци в един UART поток с ясно рамкиране и незадължителни етикети за разграничаване на съобщенията по идентификатор на птица. Протоколът, използван за мултиплексиране, трябва да бъде документиран и поддържан от софтуера GCS.

Свързаност & Спецификации на кабела

Този раздел изброява препоръчителните спецификации на кабела и конектора, за да се осигури надеждна работа във въздуха и на земята.

1. Ethernet кабели (въздушна единица -> Камера и наземно устройство -> GCS): Стандартни екранирани съединителни кабели Cat5e или Cat6 с накрайници RJ45. Използвайте напълно защитен (STP) кабел, ако инсталацията има висок EMI.
2. Ethernet дължина (въздух Мерна единица): 1.0 m ±5%.
3. Ethernet дължина (Земя Мерна единица): 400 mm ±5%.
4. UART кабели (въздушна единица -> FCC телеметрия): 4-проводников кабел (TX, RX, GND, по избор RTS/CTS). дължина: 1.0 m ±5%.
5. UART кабел (Земя Мерна единица -> GCS USB/UART): 400 mm ±5% (включете USB-UART адаптер, ако се изисква от GCS).
6. Екраниране и заземяване на кабели: Осигурете общо заземяване и се уверете, че екранирането е прекратено в единия край според най-добрата практика, за да избегнете заземяване. Използвайте заключващи RJ45 или фиксиращи конектори, ако се очакват вибрации.

Осигурете адаптерни кабели за свързване на Datalink UART към CUAV V5+ телеметрични конектори (ако модулът Datalink не излага първоначално съвместим конектор).

• Когато камерата поддържа Power-over-Ethernet (PoE) но Datalink Air Unit не предоставя PoE, осигурете PoE инжектор.

Функционални & Изисквания към протокола

Основни функционални изисквания и препоръки:

1. Идентификация на птица: Всеки поток от данни (видео или телеметрия) ТРЯБВА да бъде маркиран с уникален идентификатор на птица, така че GCS да може да картографира потоци към превозни средства.
2. Мултиплексиране Схема: Наземният блок прилага детерминирана мултиплексна схема за телеметрия (UART) позволявайки на GCS да анализира и насочва съобщенията по Bird ID.
3. Латентност и Пропускателна способност: Системата минимизира допълнителната латентност на агрегирането.
4. Надеждност: Наземният модул трябва да се справи с временната загуба на една или повече въздушни единици елегантно и да продължи да представя оставащите потоци на GCS.
5. Интерфейс за конфигурация: Осигурете метод за конфигуриране (подробен документ) за задаване на идентификатори на птици, UART скорости на предаване, и приоритети на поток.