Σύστημα σύνδεσης δεδομένων UAV για αξιόπιστο έλεγχο πολλαπλών κηφήνων

Το σύστημα περιλαμβάνει δεκαέξι αερομεταφερόμενες μονάδες αέρα Datalink (ένα ανά πουλί), μια ενιαία επίγεια μονάδα σύνδεσης δεδομένων, και έναν Σταθμό Ελέγχου εδάφους (GCS). Σκοπός είναι ο καθορισμός διεπαφών, μήκη καλωδίων, το λιμάνι μετράει, και δοκιμές αποδοχής, έτσι ώστε οι μονάδες που παραδίδονται από τους προμηθευτές να διαλειτουργούν με την υπάρχουσα FCC (υπολογιστής ελέγχου πτήσης), κάμερες (αναζητητές), και το GCS.

Απαιτείται μια ολοκληρωμένη λύση για τη δημιουργία μιας σύνδεσης δεδομένων μεταξύ α επίγειος σταθμός και 4 Μονάδες αέρα UAV. Το σύστημα θα πρέπει να επιτρέπει αξιόπιστη επικοινωνία, έλεγχος, και παρακολούθηση όλων των UAV ταυτόχρονα. Λεπτομερείς τεχνικές απαιτήσεις παρέχονται παρακάτω.

Επισκόπηση: 

∙ Διαμόρφωση: 1 × Μονάδα ελέγχου εδάφους (GCU) επικοινωνώντας με 4 × Μονάδες αέρα (Εξω από) ∙ Τύπος επικοινωνίας: Αμφίδρομη σύνδεση από σημείο σε πολλαπλό σημείο (Ethernet + UART) ∙ Εύρος: ≥ 80 χλμ οπτικής επαφής (Ο) 

∙ Λειτουργική ζώνη: 1.4GHz(L-Band) 

∙ Σχέδιο Διαμόρφωσης: TDD-OFDM / QPSK / 16-QAM

∙ Απαίτηση ισχύος: τάση λειτουργίας (12Β), Τρέχον όριο (≤2A) ∙ Εύρος Θερμοκρασίας: -20°C έως 75 °C

Διακίνηση δεδομένων και εύρος ζώνης:

Παράμετρος	Απαίτηση	Σημειώσεις
Ρυθμός δεδομένων βίντεο (ανά αναζητητή)	5 - 9 Mbps	1080p @ 30 fps H.264/265 συμπίεση
Τηλεμετρία + Ελεγχος (ανά FCC)	200 - 300 kbps	Δεδομένα αμφίδρομου ελέγχου που βασίζονται σε UART
Συνολική απόδοση βίντεο (4  Εξω από)	24 - 36 Mbps	Συνδυασμένη ανοδική σύνδεση βίντεο
Τηλεμετρία αδρανών/Έλεγχος	1 Mbps	Αμελητέα σε σύγκριση με το βίντεο
Συνολικό Απαιτούμενο εύρος ζώνης ανοδικής ζεύξης	≥ 36 Mbps	Με 20% FEC + γενικά έξοδα ≈ 42 Mbps

Απαιτήσεις καθυστέρησης και ποιότητας: 

Παράμετρος	Απαίτηση	Σημειώσεις
Ποσοστό σφάλματος bit	< 8×10-8	Στο μέγιστο εύρος
Καθυστέρηση δεδομένων	< 1Κυρία	Απαιτείται για λειτουργία αναζήτησης σε πραγματικό χρόνο και μετάδοση δεδομένων
Απώλεια πακέτων	< 1%	Με FEC + Μηχανισμοί ARQ
Διόρθωση σφαλμάτων	FEC + CRC + ARQ	Υποχρεωτικό για την αξιοπιστία της τηλεμετρίας

Σύνδεση προϋπολογισμού & Παράμετροι RF:

Παράμετρος	Τιμή-στόχος	Σημειώσεις
Μεταδόση ισχύος (Μονάδα αέρα)	4 – 5 W	–
Μεταδόση ισχύος (Επίγεια Μονάδα)	4 – 5 W	–
Κέρδος κεραίας (Μονάδα αέρα)	>3dB	Μοτίβο κεραίας: Ισότροπος
Κέρδος κεραίας (Επίγεια Μονάδα)	12 - 18 dB	Κατευθυντική κεραία
Ευαισθησία του δέκτη	–103dBm @ 10 MHz	Για 10⁻5 BER
Περιθώριο συνδέσμου @ 80 χιλιόμετρα	> 10 dB	Εξασφαλίζει ισχυρό βίντεο + σύνδεσμος δεδομένων

ΣΗΜΕΙΩΜΑ: 

⮚ Για απρόσκοπτη ενσωμάτωση μεταξύ του ελεγκτή πτήσης CUAV V5+ και εξωτερικών περιφερειακών, είναι απαραίτητο ο αργαλειός UART να διατηρεί α άμεση και απλή δομή καλωδίωσης. Ειδικά, ο αργαλειός από τη θύρα UART θα πρέπει να σχεδιαστεί ως α μονή ευθεία σύνδεση χωρίς την εισαγωγή πρόσθετων μετατροπέων ή ενδιάμεσων πλακών. Αυτό ελαχιστοποιεί τα πιθανά σημεία αποτυχίας, μειώνει την καθυστέρηση, και εξασφαλίζει μια ελαφριά και αξιόπιστη αρχιτεκτονική καλωδίωσης.

⮚ Επιπλέον, ο αργαλειός πρέπει να λειτουργεί στο Transistor-Transistor Logic (TTL) επίπεδα τάσης, καθώς ο ελεγκτής πτήσης V5+ επικοινωνεί μέσω TTL UART. Οποιαδήποτε απόκλιση από το TTL (όπως τα επίπεδα RS-232 ή RS-485) θα απαιτούσε εξωτερικούς μετατοπιστές επιπέδου ή μετατροπείς, που έρχεται σε αντίθεση με την απαίτηση του άμεσου αργαλειού. Με την τήρηση των προτύπων TTL, η συμβατότητα σήματος διατηρείται, εξασφαλίζοντας: 

o Απευθείας επικοινωνία μεταξύ του V5+ και των συνδεδεμένων μονάδων.

o Μειωμένη πολυπλοκότητα υλικού εξαλείφοντας τους μετατροπείς ή τους μεταφραστές. o Χαμηλότερο βάρος και βελτιωμένη αξιοπιστία, καθώς λιγότερα στοιχεία εμπλέκονται στη διαδρομή του σήματος.

o Βελτιωμένη ακεραιότητα σήματος, καθώς πρόσθετα στάδια μετατροπής μπορεί να δημιουργήσουν θόρυβο ή αναντιστοιχίες χρονισμού.

Συμπεράσματα, ο σχεδιασμός του αργαλειού θα πρέπει να παρέχει αυστηρά μια ευθύγραμμη πλεξούδα καλωδίωσης UART που λειτουργεί σε τάσεις TTL, ευθυγράμμιση με τις ηλεκτρικές προδιαγραφές CUAV V5+ και εγγύηση βέλτιστης απόδοσης σε αερομεταφερόμενες εφαρμογές.

Επισκόπηση συστήματος: 

Περιγραφή συστήματος υψηλού επιπέδου: 

1. Τέσσερα UAV, το καθένα εξοπλισμένο με: 

ο 1 × Μονάδα αέρα σύνδεσης δεδομένων

ο 1 × FCC (Υπολογιστής ελέγχου πτήσης, Π.χ., FALSE V5+) 

ο 1 × Αναζητητής / ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΚΗ ΜΗΧΑΝΗ

2. 1 × Μονάδα εδάφους σύνδεσης δεδομένων συνδεδεμένη με τον Σταθμό Ελέγχου εδάφους (GCS). 

Ροή δεδομένων (επισκόπηση): Τα δεδομένα βίντεο και αισθητήρων από κάθε κάμερα παρέχονται στη συνδεδεμένη μονάδα αέρα σύνδεσης δεδομένων μέσω της θύρας Ethernet της κάμερας. Τα δεδομένα τηλεμετρίας και ελέγχου μεταξύ της FCC και της μονάδας αέρα μεταφέρονται μέσω μιας σύνδεσης UART. Η μονάδα αέρα σύνδεσης δεδομένων μεταδίδει αυτές τις ροές μέσω της σύνδεσης δεδομένων στη Μονάδα εδάφους; η Μονάδα Εδάφους αποπολυπλέκει τις ροές και τις παρουσιάζει στο GCS ως ενιαία ροή Ethernet (βίντεο και δεδομένα κάμερας) και ένα μόνο σίριαλ (UART/USB)  ρεύμα τηλεμετρίας.

Απαιτήσεις μονάδας αέρα: 

Κάθε μονάδα αέρα σύνδεσης δεδομένων (ένα ανά UAV) πληροί τις ακόλουθες υποχρεωτικές απαιτήσεις: 

1. Διεπαφές & λιμάνια (ελάχιστο): 

ο 1 × Θύρα UART (ελάχιστο). Αυτή η θύρα θα χρησιμοποιηθεί για τηλεμετρία/συνδεσιμότητα ελέγχου με την FCC (θύρες τηλεμετρίας Telem1 / Telem2 στην FCC). 

ο 1 × Θύρα Ethernet (ελάχιστο). Αυτή η θύρα θα χρησιμοποιηθεί για τη λήψη δεδομένων Ethernet κάμερας/αναζήτησης.

2. Συνδεσιμότητα καλωδίων (παραδίδεται με τη μονάδα αέρα): 

ο 1 × Καλώδιο UART (πρωταρχικός) — μήκος: 1.0 Μ (±5%). Το καλώδιο θα φέρει TX, RX, GND και VCC. Το καλώδιο πρέπει να τερματίζεται ώστε να ταιριάζει με την υποδοχή UART Datalink στο ένα άκρο και την υποδοχή τηλεμετρίας FCC στην άλλη.

ο 1 × Καλώδιο Ethernet (πρωταρχικός) — μήκος: 1.0 Μ (±5%). Το καλώδιο θα είναι τυπικό θωρακισμένο καλώδιο patch Cat5e ή Cat6 με βύσματα RJ45.

ο 2 × ανταλλακτικά σετ (ανά μονάδα αέρα) — δηλ., δύο επιπλέον καλώδια UART και δύο πρόσθετα καλώδια Ethernet θα παρέχονται με κάθε μονάδα αέρα (Συνολικά παρεχόμενα ανά μονάδα = 3 καλώδια UART, 3 Καλώδια Ethernet). 

3. Μηχανικός & Φυσικός: 

o Τα καλώδια πρέπει να είναι χρωματικά (συνιστάται) και έχουν σαφείς σημάνσεις κατευθυντικότητας εάν τα pinouts δεν είναι συμμετρικά.

4. Ηλεκτρολογικά/Πρωτόκολλο: 

ο UART: Υποστήριξη κοινών ρυθμών baud έως τουλάχιστον 921600 bps. Παρέχετε παραμέτρους UART με δυνατότητα διαμόρφωσης από τον χρήστη.

ο Ethernet: Υποστηρίξτε τουλάχιστον 100 Λειτουργία Mbps (Προτιμάται Gigabit). Υποστήριξη κοινών πρωτοκόλλων μεταφοράς (UDP, RTSP για βίντεο και UDP για έλεγχο) — η συγκεκριμένη επιλογή πρωτοκόλλου μπορεί να διαμορφωθεί.

Απαιτήσεις επίγειας μονάδας: 

Η μονάδα εδάφους εκτελεί αποπολυπλέξη δεδομένων και από τις τέσσερις μονάδες αέρα και παρουσιάζει μια ενοποιημένη διεπαφή στο GCS. Υποχρεωτικές απαιτήσεις είναι: 

1. Διεπαφές & λιμάνια (ελάχιστο): 

ο 1 × Θύρα UART (που παρουσιάζονται στο ΓΚΣ). Η Επίγεια Μονάδα θα συγκεντρώνει ροές τηλεμετρίας και από τις τέσσερις μονάδες αέρα και θα τις παρουσιάζει στο GCS ως ενιαία διασύνδεση UART/USB (Π.χ., η μονάδα εδάφους UART συνδεδεμένη σε μια διασύνδεση USB στο GCS). 

ο 1 × Θύρα Ethernet (που παρουσιάζονται στο ΓΚΣ). Η Μονάδα Εδάφους συγκεντρώνει ροές κάμερας/βίντεο και δεδομένων από τις τέσσερις μονάδες αέρα και τις παρουσιάζει ως ενιαία διεπαφή Ethernet στο GCS.

2. Συμπεριφορά συγκέντρωσης: 

o Η Μονάδα Εδάφους θα δέχεται τέσσερις ανεξάρτητες εισερχόμενες ροές δεδομένων (ένα από κάθε μονάδα αέρα) και αποπολυπλέξτε τα σε μια συνδυασμένη ροή Ethernet και μια συνδυασμένη σειριακή ροή. Από το GCS’ προοπτική θα υπάρχει μόνο μία σύνδεση Ethernet και μία σύνδεση UART για διαμόρφωση και παρακολούθηση.

o Η συγκέντρωση πρέπει να διατηρεί τη διεύθυνση πηγής, ώστε το GCS να μπορεί να αναγνωρίσει ποιο ρεύμα προέρχεται από ποιο Bird. Η Μονάδα Εδάφους δεν θα χάνει τις πληροφορίες αναγνώρισης ανά πτηνό.

3. Συνδεσιμότητα καλωδίων (παραδίδεται με την Επίγεια Μονάδα): 

ο 1 × Καλώδιο UART (πρωταρχικός) — μήκος: 400 mm (0.4 Μ). Το καλώδιο θα επιτρέπει τη σύνδεση από τη θύρα UART της Μονάδας Γείωσης στη θύρα USB GCS (εάν η μονάδα εδάφους UART είναι άμεση UART, παρέχετε ένα καλώδιο προσαρμογέα USB-UART). Το καλώδιο πρέπει να φέρει TX, RX, GND και VCC.

ο 1 × Καλώδιο Ethernet (πρωταρχικός) — μήκος: 400 mm (0.4 Μ). Το καλώδιο πρέπει να είναι θωρακισμένο καλώδιο patch Cat5e/Cat6 με βύσματα RJ45.

ο 2 × εφεδρικά σετ — δύο επιπλέον καλώδια UART και δύο πρόσθετα καλώδια Ethernet που παρέχονται ως ανταλλακτικά με τη Μονάδα Γείωσης.

4. Ηλεκτρολογικά/Πρωτόκολλο: 

o Η συγκέντρωση θα είναι διαφανής σε σχέση με τα πλαίσια Ethernet για βίντεο;  όπου χρειάζεται, η επίγεια μονάδα μπορεί να επανασυσκευάσει ροές σε ένα μόνο ρεύμα μεταφοράς, αλλά πρέπει να διατηρήσει τις πληροφορίες χρονισμού και την αναγνώριση της πηγής ανά πτηνό.

ο Πολυπλεξία τηλεμετρίας: Η Επίγεια Μονάδα θα πολυπλέκει ή θα πακετοποιεί τις ροές τηλεμετρίας σε μια ενιαία ροή UART με καθαρό πλαίσιο και προαιρετικές ετικέτες για τη διάκριση των μηνυμάτων ανά αναγνωριστικό πτηνού. Το πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται για την πολυπλεξία πρέπει να τεκμηριώνεται και να υποστηρίζεται από το λογισμικό GCS.

Συνδεσιμότητα & Προδιαγραφές καλωδίου

Αυτή η ενότητα παραθέτει τις συνιστώμενες προδιαγραφές καλωδίων και συνδέσμων για να διασφαλίσει αξιόπιστη απόδοση σε εναέρια και επίγεια περιβάλλοντα.

1. Καλώδια Ethernet (Μονάδα αέρα -> Κάμερα και Μονάδα Εδάφους -> GCS): Τυπικά θωρακισμένα καλώδια patch Cat5e ή Cat6 με απολήξεις RJ45. Χρησιμοποιήστε πλήρως θωρακισμένο (STP) καλώδιο εάν η εγκατάσταση έχει υψηλό EMI.

2. Μήκος Ethernet (Μονάδα αέρα): 1.0 m ±5%.

3. Μήκος Ethernet (Επίγεια Μονάδα): 400 mm ±5%.

4. Καλώδια UART (Μονάδα αέρα -> Τηλεμετρία FCC): 4-καλώδιο αγωγού (TX, RX, GND, προαιρετικό RTS/CTS). Μήκος: 1.0 m ±5%.

5. Καλώδιο UART (Επίγεια Μονάδα -> GCS USB/UART): 400 mm ±5% (περιλαμβάνει προσαρμογέα USB-UART εάν απαιτείται από το GCS). 

6. Θωράκιση και γείωση καλωδίων: Παρέχετε κοινό έδαφος και βεβαιωθείτε ότι η θωράκιση τερματίζεται στο ένα άκρο ανά βέλτιστη πρακτική για να αποφευχθούν βρόχοι γείωσης. Χρησιμοποιήστε συνδέσμους κλειδώματος RJ45 ή μανδάλωσης εάν αναμένεται δόνηση.

7. Παρέχετε καλώδια προσαρμογέα για τη διασύνδεση των υποδοχών τηλεμετρίας Datalink UART σε CUAV V5+ (εάν η μονάδα Datalink δεν εκθέτει εγγενώς μια συμβατή σύνδεση). 

8. Όπου η κάμερα υποστηρίζει Power-over-Ethernet (PoE) αλλά η μονάδα αέρα Datalink δεν παρέχει PoE, παρέχετε έναν εγχυτήρα PoE.

Λειτουργικός & Απαιτήσεις Πρωτοκόλλου

Βασικές λειτουργικές απαιτήσεις και συστάσεις: 

1. Αναγνώριση ανά πτηνό: Κάθε ροή δεδομένων (βίντεο ή τηλεμετρία) ΠΡΕΠΕΙ να επισημανθεί με ένα μοναδικό αναγνωριστικό πουλιού, ώστε το GCS να μπορεί να αντιστοιχίσει ροές σε οχήματα.

2. Σχέδιο πολυπλεξίας: Η Μονάδα Εδάφους θα εφαρμόσει ένα ντετερμινιστικό σχήμα πολυπλεξίας για την τηλεμετρία (UART) επιτρέποντας στο GCS να αναλύει και να δρομολογεί μηνύματα με το Bird ID. 3. Latency and Thoughput: Το σύστημα θα ελαχιστοποιεί την πρόσθετη καθυστέρηση συγκέντρωσης. 4. Αξιοπιστία: Η Μονάδα εδάφους πρέπει να χειρίζεται με χάρη την προσωρινή απώλεια μιας ή περισσότερων μονάδων αέρα και να συνεχίζει να παρουσιάζει τις υπόλοιπες ροές στο GCS.

5. Διεπαφή διαμόρφωσης: Παρέχετε μια μέθοδο διαμόρφωσης (αναλυτικό έγγραφο) για να ορίσετε αναγνωριστικά πτηνών, Ρυθμοί baud UART, και προτεραιότητες ανά ροή.