Systém UAV Data Link pro spolehlivé ovládání více dronů

Systém obsahuje šestnáct palubních jednotek Datalink Air Unit (jeden na ptáka), jedna pozemní jednotka Datalink, a pozemní řídící stanice (GCS). Účelem je specifikovat rozhraní, délky kabelů, počet portů, a akceptační testy, aby jednotky dodané dodavateli spolupracovaly se stávající FCC (počítač řízení letu), Kamery (hledači), a GCS.

Pro vytvoření datového spojení mezi a pozemní stanice a 4 vzdušné jednotky UAV. Systém by měl umožňovat spolehlivou komunikaci, řízení, a monitorování všech UAV současně. Podrobné technické požadavky jsou uvedeny níže.

Přehled: 

∙ Konfigurace: 1 × Pozemní řídicí jednotka (GCU) komunikující s 4 × Vzdušné jednotky (Mimo) ∙ Typ komunikace: Obousměrné spojení Point-to-Multipoint (Ethernet + UART) ∙ Rozsah: ≥ 80 km přímé viditelnosti (THE) 

∙ Provozní pásmo: 1.4GHz(L-pásmo) 

∙ Modulační schéma: TDD-OFDM / QPSK / 16-QAM

∙ Požadavek na napájení: provozní napětí (12PROTI), Aktuální práh (≤2A) ∙ Teplotní rozsah: -20°C až 75 °C

Datová propustnost a šířka pásma:

Parametr	Požadavek	Poznámky
Přenosová rychlost videa (na hledače)	5 - 9 Mb / s	1080p @ 30 fps komprese H.264/265
Telemetrie + Řízení (podle FCC)	200 - 300 kb / s	Obousměrná řídicí data založená na UART
Souhrnná propustnost videa (4  Mimo)	24 - 36 Mb / s	Kombinovaný uplink videa
Agregátní telemetrie/řízení	1 Mb / s	V porovnání s videem zanedbatelné
Celková požadovaná šířka pásma uplinku	≥ 36 Mb / s	S 20% FEC + režie ≈ 42 Mb / s

Latence a požadavky na kvalitu: 

Parametr	Požadavek	Poznámky
Bitová chybovost	< 8×10-8	V maximálním dosahu
Zpoždění dat	< 1slečna	Vyžadováno pro činnost vyhledávače v reálném čase a přenos dat
Ztráta paketů	< 1%	S FEC + ARQ mechanismy
Oprava chyb	FEC + CRC + ARQ	Povinné pro spolehlivost telemetrie

Propojit rozpočet & RF parametry:

Parametr	Cílová hodnota	Poznámky
Přenášet výkon (Vzduchová jednotka)	4 – 5 W	–
Přenášet výkon (Pozemní jednotka)	4 – 5 W	–
Zisk antény (Vzduchová jednotka)	>3dB	Vzor antény: Izotropní
Zisk antény (Pozemní jednotka)	12 - 18 dB	Směrová anténa
Citlivost přijímače	-103 dBm @ 10 MHz	Za 10⁻⁵ BER
Okraj odkazu @ 80 km	> 10 dB	Zajišťuje robustní video + datový spoj

POZNÁMKA: 

⮚ Pro bezproblémovou integraci mezi letovým ovladačem CUAV V5+ a externími periferiemi, je nezbytné, aby tkalcovský stav UART udržoval a přímá a nekomplikovaná struktura elektroinstalace. Konkrétně, tkalcovský stav z portu UART by měl být navržen jako a jednoduché přímé připojení bez zavádění jakýchkoli dalších převodníků nebo mezidesek. To minimalizuje potenciální body selhání, snižuje latenci, a zajišťuje lehkou a spolehlivou architekturu elektroinstalace.

⮚ Dále, tkalcovský stav musí pracovat s logikou tranzistor-tranzistor (Ttl) úrovně napětí, protože letový ovladač V5+ komunikuje přes TTL UART. Jakákoli odchylka od TTL (jako jsou úrovně RS-232 nebo RS-485) by vyžadovalo externí řadiče nebo konvertory úrovně, což odporuje požadavku přímého tkalcovského stavu. Dodržováním standardů TTL, kompatibilita signálu je zachována, zajištění: 

o Přímá komunikace mezi V5+ a připojenými moduly.

o Snížená hardwarová složitost odstraněním konvertorů nebo překladačů. o Nižší hmotnost a vyšší spolehlivost, protože v cestě signálu je zapojeno méně komponent.

o Vylepšená integrita signálu, protože další konverzní stupně mohou způsobit šum nebo nesoulad v načasování.

Na závěr, konstrukce tkalcovského stavu by měla striktně poskytovat přímý kabelový svazek UART pracující při napětí TTL, v souladu s elektrickými specifikacemi CUAV V5+ a zaručující optimální výkon ve vzdušných aplikacích.

Přehled systému: 

Popis systému na vysoké úrovni: 

1. Čtyři UAV, každý vybaven: 

Ó 1 × Datalink Air Unit

Ó 1 × FCC (Počítač řízení letu, NAPŘ., FALSE V5+) 

Ó 1 × Hledač / Fotoaparát

2. 1 × Pozemní jednotka Datalink propojená s pozemní řídicí stanicí (GCS). 

Datový tok (přehled): Video a data senzorů z každé kamery jsou poskytovány do příslušné jednotky Datalink Air Unit přes ethernetový port kamery. Telemetrická a řídicí data mezi FCC a vzduchovou jednotkou jsou přenášena přes UART linku. Jednotka Datalink Air Unit přenáší tyto toky přes datové spojení do pozemní jednotky; pozemní jednotka demultiplexuje toky a předkládá je GCS jako jeden ethernetový tok (video a data z kamery) a jeden seriál (UART/USB)  telemetrický proud.

Požadavky na vzduchovou jednotku: 

Každá jednotka Datalink Air Unit (jeden na UAV) musí splňovat následující povinné požadavky: 

1. Rozhraní & Porty (minimální): 

Ó 1 × port UART (minimální). Tento port se používá pro telemetrické/řídicí připojení k FCC (telemetrické porty Telem1 / Telem2 na FCC). 

Ó 1 × Ethernet port (minimální). Tento port se používá pro příjem ethernetových dat kamery/vyhledávače.

2. Kabelová konektivita (dodáváno se vzduchovou jednotkou): 

Ó 1 × kabel UART (primární) — délka: 1.0 m (± 5%). Kabel musí přenášet TX, RX, GND a VCC. Kabel musí být zakončen tak, aby odpovídal konektoru Datalink UART na jednom konci a konektoru telemetrie FCC na druhém konci.

Ó 1 × Ethernetový kabel (primární) — délka: 1.0 m (± 5%). Kabel musí být standardní stíněný patch kabel Cat5e nebo Cat6 s konektory RJ45.

Ó 2 × náhradní sady (na vzduchovou jednotku) — tj., s každou vzduchovou jednotkou budou dodány dva další kabely UART a dva další kabely Ethernet (celkem dodáno na jednotku = 3 kabely UART, 3 Ethernetové kabely). 

3. Mechanické & Fyzikální: 

o Kabely by měly být barevně označeny (doporučeno) a mít jasné směrové značení, pokud vývody nejsou symetrické.

4. Elektrický/protokol: 

Ó UART: Podporujte běžné přenosové rychlosti až do min 921600 BPS. Poskytněte uživatelsky konfigurovatelné parametry UART.

Ó Ethernet: Podporujte alespoň 100 Provoz Mbps (Gigabit preferován). Podpora běžných transportních protokolů (UDP, RTSP pro video a UDP pro ovládání) — výběr konkrétního protokolu musí být konfigurovatelný.

Požadavky na pozemní jednotky: 

Pozemní jednotka provádí demultiplexování dat ze všech čtyř leteckých jednotek a představuje jednotné rozhraní pro GCS. Povinné požadavky jsou: 

1. Rozhraní & Porty (minimální): 

Ó 1 × port UART (předložena GCS). Pozemní jednotka agreguje toky telemetrie ze všech čtyř vzdušných jednotek a prezentuje je GCS jako jediné rozhraní UART/USB (NAPŘ., pozemní jednotka UART připojená k rozhraní USB na GCS). 

Ó 1 × Ethernet port (předložena GCS). Pozemní jednotka agreguje kamerové/video a datové toky ze čtyř leteckých jednotek a prezentuje je jako jediné ethernetové rozhraní do GCS.

2. Agregační chování: 

o Pozemní jednotka přijímá čtyři nezávislé příchozí datové toky (jeden z každé letecké jednotky) a demultiplexovat je do kombinovaného ethernetového toku a kombinovaného sériového toku. Z GCS’ Z hlediska konfigurace a monitorování bude existovat pouze jeden ethernetový spoj a jeden UART spoj.

o Agregace musí zachovat zdrojové adresování, takže GCS může identifikovat, který proud je z kterého ptáka. Pozemní jednotka neztratí identifikační údaje pro ptáka.

3. Kabelová konektivita (dodáváno s pozemní jednotkou): 

Ó 1 × kabel UART (primární) — délka: 400 mm (0.4 m). Kabel musí umožňovat připojení z portu UART pozemní jednotky k portu USB GCS (pokud je UART pozemní jednotky přímý UART, poskytnout adaptérový kabel USB-UART). Kabel musí přenášet TX, RX, GND a VCC.

Ó 1 × Ethernetový kabel (primární) — délka: 400 mm (0.4 m). Kabel musí být stíněný patch kabel Cat5e/Cat6 s konektory RJ45.

Ó 2 × náhradní sady — dva další UART a dva další ethernetové kabely dodávané jako náhradní s pozemní jednotkou.

4. Elektrický/protokol: 

o Agregace musí být transparentní s ohledem na ethernetové rámce pro video;  v případě potřeby může pozemní jednotka přebalit toky do jednoho transportního toku, ale musí zachovat informace o načasování a identifikaci zdroje pro každého ptáka.

Ó Telemetrické multiplexování: Pozemní jednotka musí časově multiplexovat nebo paketovat toky telemetrie do jediného toku UART s jasným rámováním a volitelnými značkami pro rozlišení zpráv podle ID ptáka. Protokol použitý pro multiplexování musí být zdokumentován a podporován softwarem GCS.

Konektivita & Specifikace kabelu

Tato část uvádí doporučené specifikace kabelů a konektorů pro zajištění spolehlivého výkonu ve vzduchu i na zemi.

1. Ethernetové kabely (Vzduchová jednotka -> Kamera a pozemní jednotka -> GCS): Standardní stíněné patch kabely Cat5e nebo Cat6 s koncovkami RJ45. Používejte plně stíněné (STP) kabel, pokud má instalace vysoké EMI.

2. Ethernetová délka (Vzduchová jednotka): 1.0 m ± 5 %.

3. Ethernetová délka (Pozemní jednotka): 400 mm ±5 %.

4. UART kabely (Vzduchová jednotka -> FCC telemetrie): 4-vodičový kabel (TX, RX, GND, volitelná RTS/CTS). Délka: 1.0 m ± 5 %.

5. UART kabel (Pozemní jednotka -> GCS USB/UART): 400 mm ±5 % (včetně adaptéru USB-UART, pokud to GCS vyžaduje). 

6. Stínění a uzemnění kabelů: Zajistěte společné uzemnění a zajistěte, aby bylo stínění ukončeno na jednom konci podle osvědčeného postupu, aby se zabránilo zemním smyčkám. Pokud očekáváte vibrace, použijte zajišťovací RJ45 nebo západkové konektory.

7. Poskytněte adaptérové ​​kabely pro propojení Datalink UART s telemetrickými konektory CUAV V5+ (pokud jednotka Datalink nativně nevystavuje kompatibilní konektor). 

8. Kde kamera podporuje Power-over-Ethernet (Poe) ale jednotka Datalink Air neposkytuje PoE, poskytnout PoE injektor.

Funkční & Požadavky na protokol

Klíčové funkční požadavky a doporučení: 

1. Identifikace podle ptáka: Každý datový tok (video nebo telemetrie) MUSÍ být označen jedinečným Bird ID, aby GCS mohl mapovat proudy na vozidla.

2. Schéma multiplexování: Pozemní jednotka musí implementovat deterministické multiplexní schéma pro telemetrii (UART) umožňuje GCS analyzovat a směrovat zprávy podle Bird ID. 3. Latence a propustnost: Systém musí minimalizovat další latenci agregace. 4. Spolehlivost: Pozemní jednotka musí elegantně zvládnout dočasnou ztrátu jedné nebo více vzduchových jednotek a pokračovat v předávání zbývajících proudů GCS.

5. Konfigurační rozhraní: Poskytněte metodu konfigurace (podrobný dokument) pro nastavení Bird ID, přenosové rychlosti UART, a priority jednotlivých proudů.