UAV-Datenverbindungssystem zur Steuerung mehrerer Drohnen

UAV Datalink System Overview

Das UAV Datalink System is designed to enable reliable, real-time communication, Steuerung, and monitoring for multiple unmanned aerial vehicles (Uavs). The system consists of four UAVs, each equipped with a Datalink Air Unit, ein Flugkontrollcomputer (FCC, Z.B., FALSCH V5+), and a camera/seeker, as well as a Datalink Ground Unit connected to a Ground Control Station (GCS).

Hauptmerkmale

• Aufbau: 1 Ground Unit communicating with 4 Air Units via a point-to-multipoint bidirectional link (Ethernet + UART).
• Angebot & Leistung: ≥ 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.
• Schnittstellen: 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.
• Kabel & Wiring: Straight-through TTL UART connections minimize latency and complexity. Ethernet cables support standard Cat5e/Cat6 connections with shielding for EMI protection.
• Zuverlässigkeit & Latenz: Bit error rate < 8×10⁻⁸, data delay < 1 und die Videoverzögerung ist ungefähr, Paketverlust < 1%, with FEC, CRC, 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, Kameras, and ground control, providing a lightweight, high-performance solution for real-time multi-drone operations.

Data link requirement documents

Das System besteht aus sechzehn luftgestützten Datalink Air Units (eine pro Vogel), a single Datalink Ground Unit, und eine Bodenkontrollstation (GCS). Der Zweck besteht darin, Schnittstellen zu spezifizieren, Kabellängen, port counts, and acceptance tests so that units delivered by suppliers will interoperate with the existing FCC (Flugsteuerungscomputer), Kameras (Suchende), and the GCS.

Für den Aufbau einer Datenverbindung zwischen a ist eine Komplettlösung erforderlich ground station und 4 UAV air Einheiten. Das System soll eine zuverlässige Kommunikation ermöglichen, Steuerung, and monitoring of all UAVs simultaneously. Detaillierte technische Anforderungen finden Sie weiter unten.

Überblick:

• Aufbau: 1 × Bodenkontrolleinheit (AVV) kommunizieren mit 4 × Lufteinheiten (AUs)
• Kommunikationstyp: Bidirektionale Punkt-zu-Multipunkt-Verbindung (Ethernet + UART)
• Angebot: ≥ 80 km Sichtlinie (DAS)
• Betriebsband: 1.4GHz(L-Band)
• Modulationsschema: TDD-OFDM / QPSK / 16-QAM
• Leistungsbedarf: Betriebsspannung (12V), Aktueller Schwellenwert (≤2A)
• Temperaturbereich: -20°C bis 75 °C

Datendurchsatz und Bandbreite:

Parameter	Erfordernis	Notizen
Videodatenrate (pro Suchender)	5 - - 9 Mbps	1080P @ 30 fps H.264/265-Komprimierung
Telemetrie + Kontrolle (gemäß FCC)	200 - - 300 kbps	UART-basierte bidirektionale Steuerdaten
Aggregierter Videodurchsatz (4 AUs)	24 - - 36 Mbps	Kombinierter Video-Uplink
Aggregierte Telemetrie/Steuerung	1 Mbps	Vernachlässigbar im Vergleich zu Video
Gesamte erforderliche Uplink-Bandbreite	≥ 36 Mbps	Mit 20% FEC + Overhead ≈ 42 Mbps

Latenz- und Qualitätsanforderungen:

Parameter	Erfordernis	Notizen
Bitfehlerrate	< 8×10-8	Bei maximaler Reichweite
Datenverzögerung	< 1und die Videoverzögerung ist ungefähr	Erforderlich für Echtzeit-Suchbetrieb und Datenübertragung
Paketverlust	< 1%	Mit FEC + ARQ-Mechanismen
Fehlerkorrektur	FEC + CRC + ARQ	Obligatorisch für die Zuverlässigkeit der Telemetrie

Budget verknüpfen & HF-Parameter:

Parameter	Ziel Wert	Notizen
Strom übertragen (Lufteinheit)	4 – 5 W	–
Strom übertragen (Bodeneinheit)	4 – 5 W	–
Antennengewinn (Lufteinheit)	>3dB	Antennenmuster: Isotrop
Antennengewinn (Bodeneinheit)	12 - - 18 dB	Richtantenne
Empfängerempfindlichkeit	–103 dBm bei 10 MHz	Für 10⁻⁵ BER
Link-Marge @ 80 km	> 10 dB	Sorgt für robustes Video + Datenverbindung

NOTIZ:

• Für eine nahtlose Integration zwischen dem CUAV V5+ Flugcontroller und externen Peripheriegeräten, Es ist wichtig, dass der UART-Webstuhl a aufrechterhält Direkter und unkomplizierter Verkabelungsaufbau. Speziell, Der Webstuhl vom UART-Port sollte als ausgelegt sein eine einzige geradlinige Verbindung ohne die Einführung zusätzlicher Konverter oder Zwischenplatinen. Dies minimiert potenzielle Fehlerquellen, reduziert die Latenz, und sorgt für eine leichte und zuverlässige Verkabelungsarchitektur.
  • Außerdem, Der Webstuhl muss mit Transistor-Transistor-Logik arbeiten (TTL) Spannungsniveaus, da der V5+ Flugcontroller über TTL UART kommuniziert. Jede Abweichung von TTL (wie RS-232- oder RS-485-Pegel) würde externe Pegelumsetzer oder Konverter erfordern, was der Forderung nach einem direkten Webstuhl widerspricht. Durch Einhaltung der TTL-Standards, Die Signalkompatibilität bleibt erhalten, sicherzustellen:
    • Direkte Kommunikation zwischen V5+ und angeschlossenen Modulen.
    • Reduzierte Hardware-Komplexität durch Eliminierung von Konvertern oder Übersetzern.
    • Geringeres Gewicht und verbesserte Zuverlässigkeit, da weniger Komponenten am Signalweg beteiligt sind.
    • Verbesserte Signalintegrität, since additional conversion stages can introduce noise or timing mismatches.

Abschließend,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.

Systemübersicht:

Systembeschreibung auf hoher Ebene:

1. Vier UAVs, jeweils ausgestattet mit:
   1. 1 × Datalink-Lufteinheit
   1. 1 × FCC (Flugkontrollcomputer, Z.B., FALSCH V5+)
   1. 1 × Sucher / Kamera
2. 1 × Datalink-Bodeneinheit, verbunden mit der Bodenkontrollstation (GCS).

Datenfluss (Überblick): 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 (Kameravideos und Daten) und eine einzelne Serie (UART/USB) telemetry stream.

Anforderungen an die Lufteinheit:

Jede Datalink-Lufteinheit (eine pro UAV) muss die folgenden verbindlichen Anforderungen erfüllen:

1. Schnittstellen & Häfen (Minimum):

• 1 × UART-Port (Minimum). This port shall be used for telemetry/control connectivity to the FCC (Telemetrie-Ports Telem1 / Telem2 auf der FCC).
  • 1 × Ethernet-Anschluss (Minimum). This port shall be used to receive camera/seeker Ethernet data.

2. Kabelverbindung (delivered with the AirUnit):

• 1 × UART-Kabel (primär) - Länge: 1.0 m (±5 %). Das Kabel muss TX tragen, 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 × Ethernet-Kabel (primär) - Länge: 1.0 m (±5 %). Cable shall be standard shielded Cat5e or Cat6 patch cable with RJ45 connectors.
  • 2 × Ersatzsätze (pro Lufteinheit) – d.h., two additional UART cables and two additional Ethernet cables shall be supplied with each Air Unit (total supplied per unit = 3 UART-Kabel, 3 Ethernet-Kabel).

3. Mechanisch & Körperlich:

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

4. Electrical / Protokoll:

UART: Unterstützt gängige Baudraten bis mindestens 921600 BPS. Provide user- configurable UART parameters.

Ethernet: Zumindest unterstützen 100 Mbit/s-Betrieb (Gigabit bevorzugt). Support common transport protocols (UDP, RTSP für Video und UDP zur Steuerung) — specific protocol selection shall be configurable.

Anforderungen an die Bodeneinheit:

The Ground Unit performs demultiplexing of data from all four Air Units and presents a unified interface to the GCS. Zwingende Anforderungen sind:

1. Schnittstellen & Häfen (Minimum):

• 1 × UART-Port (dem GCS vorgelegt). Die Bodeneinheit soll Telemetrieströme von allen vier Lufteinheiten sammeln und sie dem GCS als eine einzige UART/USB-Schnittstelle präsentieren (Z.B., Der UART der Bodeneinheit ist mit einer USB-Schnittstelle am GCS verbunden).
  • 1 × Ethernet-Anschluss (dem GCS vorgelegt). Die Bodeneinheit soll Kamera-/Video- und Datenströme von den vier Lufteinheiten bündeln und sie dem GCS als eine einzige Ethernet-Schnittstelle präsentieren.

2. Aggregationsverhalten:

• Die Bodeneinheit muss vier unabhängige eingehende Datenströme akzeptieren (eine von jeder Lufteinheit) und demultiplexen sie in einen kombinierten Ethernet-Stream und einen kombinierten seriellen Stream. Aus dem GCS’ Perspektivisch soll es nur eine Ethernet-Verbindung und eine UART-Verbindung geben, die konfiguriert und überwacht werden müssen.
  • Bei der Aggregation muss die Quelladressierung erhalten bleiben, So kann das GCS erkennen, welcher Stream von welchem ​​Bird stammt. Die Bodeneinheit darf keine Identifikationsinformationen pro Vogel verlieren.

3. Kabelverbindung (Wird mit der Bodeneinheit geliefert):

• 1 × UART-Kabel (primär) - Länge: 400 Millimeter (0.4 m). Cable shall allow connection from the Ground Unit UART port to the GCS USB port (if the Ground Unit UART is a direct UART, Stellen Sie ein USB-UART-Adapterkabel bereit). The cable must carry TX, RX, GND and VCC.
  • 1 × Ethernet-Kabel (primär) - Länge: 400 Millimeter (0.4 m). 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 / Protokoll:

• 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.

Telemetrie-Multiplexing: 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.

Konnektivität & Kabelspezifikationen

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

1. Ethernet-Kabel (Air Unit -> Camera and Ground Unit -> GCS): Standard shielded Cat5e or Cat6 patch cables with RJ45 terminations. Vollständig abgeschirmt verwenden (STP) cable if the installation has high EMI.
2. Ethernet Länge (Air Unit): 1.0 m ±5%.
3. Ethernet Länge (Ground Unit): 400 mm ±5%.
4. UART-Kabel (Air Unit -> FCC telemetry): 4-Leiterkabel (TX, RX, GND, optionales RTS/CTS). Länge: 1.0 m ±5%.
5. UART Kabel (Ground Unit -> GCS USB/UART): 400 mm ±5% (include USB-UART adapter if required by the GCS).
6. Kabelschirmung und Erdung: 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.

Stellen Sie Adapterkabel für die Verbindung von Datalink UART mit CUAV V5+-Telemetrieanschlüssen bereit (wenn die Datalink-Einheit keinen nativ kompatiblen Anschluss bereitstellt).

• Wo die Kamera Power-over-Ethernet unterstützt (Poe) but the Datalink Air Unit does not supply PoE, provide a PoE injector.

Funktional & Protokollanforderungen

Wichtige funktionale Anforderungen und Empfehlungen:

1. Identifizierung pro Vogel: Jeder Datenstrom (Video oder Telemetrie) 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. Latenz und Durchsatz: The system shall minimize additional aggregation latency.
4. Zuverlässigkeit: Ground Unit must handle temporary loss of one or more air units gracefully and continue to present remaining streams to the GCS.
5. Konfigurationsschnittstelle: Geben Sie eine Konfigurationsmethode an (ein ausführliches Dokument) to set Bird IDs, UART-Baudraten, und Prioritäten pro Stream.