سیستم پیوند داده پهپاد برای کنترل چند هواپیمای بدون سرنشین

UAV Datalink System Overview

در UAV Datalink System is designed to enable reliable, real-time communication, کنترل, and monitoring for multiple unmanned aerial vehicles (پهپاد). The system consists of four UAVs, each equipped with a Datalink Air Unit, آ کامپیوتر کنترل پرواز (FCC, به عنوان مثال, FALSE V5+), and a camera/seeker, as well as a Datalink Ground Unit connected to a Ground Control Station (GCS).

ویژگی های کلیدی

• پیکربندی: 1 Ground Unit communicating with 4 Air Units via a point-to-multipoint bidirectional link (اترنت + UART).
• دامنه & عملکرد: ≥ 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.
• رابط: 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.
• کابل & Wiring: Straight-through TTL UART connections minimize latency and complexity. Ethernet cables support standard Cat5e/Cat6 connections with shielding for EMI protection.
• قابلیت اطمینان & عوارض: نرخ خطای بیت < 8×10⁻⁸, data delay < 1 ام‌اس, packet loss < 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, دوربین, and ground control, providing a lightweight, high-performance solution for real-time multi-drone operations.

Data link requirement documents

این سیستم شامل شانزده واحد هوابرد Datalink است (هر پرنده یکی), a single Datalink Ground Unit, و یک ایستگاه کنترل زمینی (GCS). هدف این است که رابط ها را مشخص کنیم, طول کابل, port counts, and acceptance tests so that units delivered by suppliers will interoperate with the existing FCC (کامپیوتر کنترل پرواز), دوربین (جویندگان), and the GCS.

یک راه حل کامل برای ایجاد یک پیوند داده بین a ground station و 4 UAV air واحد. سیستم باید ارتباط قابل اعتماد را امکان پذیر کند, کنترل, and monitoring of all UAVs simultaneously. Detailed technical requirements are provided below.

نمای کلی:

• پیکربندی: 1 × واحد کنترل زمینی (GCU) ارتباط با 4 × واحدهای هوا (خارج از)
• نوع ارتباط: پیوند دوطرفه نقطه به چند نقطه (اترنت + UART)
• دامنه: ≥ 80 کیلومتر خط دید (LOS)
• باند عملیاتی: 1.4گیگاهرتز(L-Band)
• طرح مدولاسیون: TDD-OFDM / QPSK / 16-قام
• برق مورد نیاز: ولتاژ کاری (12V), آستانه فعلی (≤2A)
• محدوده دما: -20درجه سانتیگراد تا 75 درجه سانتیگراد

حجم داده و پهنای باند:

پارامتر	مورد نیاز	یادداشت ها
نرخ داده های ویدئویی (به ازای هر سالک)	5 - 9 مگابیت در ثانیه	1080p @ 30 fps H.264/265 compression
تله متری + کنترل کردن (در هر FCC)	200 - 300 kbps	داده های کنترل دو طرفه مبتنی بر UART
مجموع خروجی ویدیو (4 خارج از)	24 - 36 مگابیت در ثانیه	لینک آپلود ویدیوی ترکیبی
تله متری/کنترل کل	1 مگابیت در ثانیه	در مقایسه با ویدئو ناچیز است
کل پهنای باند Uplink مورد نیاز	≥ 36 مگابیت در ثانیه	با 20% FEC + سربار ≈ 42 مگابیت در ثانیه

تأخیر و الزامات کیفیت:

پارامتر	مورد نیاز	یادداشت ها
نرخ خطای بیت	< 8×10-8	در حداکثر برد
تاخیر داده	< 1ام‌اس	Required for real-time seekeroperation and data transmission
از دست دادن بسته	< 1%	با FEC + مکانیزم های ARQ
تصحیح خطا	FEC + CRC + ARQ	برای قابلیت اطمینان تله متری الزامی است

پیوند بودجه & پارامترهای RF:

پارامتر	Target Value	یادداشت ها
انتقال قدرت (واحد هوا)	4 – 5 W	–
انتقال قدرت (واحد زمینی)	4 – 5 W	–
آنتن (واحد هوا)	>3دسی بل	الگوی آنتن: ایزوتروپیک
آنتن (واحد زمینی)	12 - 18 دسی بل	آنتن جهت دار
حساسیت گیرنده	–103dBm @10 MHz	برای 10⁻5 BER
حاشیه لینک @ 80 کیلومتر	> 10 دسی بل	ویدئوی قوی را تضمین می کند + لینک داده

یادداشت:

• For seamless integration between the CUAV V5+ flight controller and external peripherals, ضروری است که بافندگی UART a را حفظ کند direct and uncomplicated wiring structure. بطور خاص, دستگاه بافندگی پورت UART باید به صورت یک طراحی شود single straight line connection without introducing any additional converters or intermediary boards. این امر نقاط بالقوه شکست را به حداقل می رساند, تاخیر را کاهش می دهد, and ensures a lightweight and reliable wiring architecture.
  • Furthermore, ماشین بافندگی باید در منطق ترانزیستور-ترانزیستور کار کند (TTL) voltage levels, همانطور که کنترلر پرواز V5+ از طریق TTL UART ارتباط برقرار می کند. هرگونه انحراف از TTL (مانند سطوح RS-232 یا RS-485) would necessitate external level shifters or converters, که با الزام بافندگی مستقیم در تضاد است. By adhering to TTL standards, سازگاری سیگنال حفظ می شود, تضمین می کند:
    • Direct communication between the V5+ and connected modules.
    • Reduced hardware complexity by eliminating converters or translators.
    • Lower weight and improved reliability, as fewer components are involved in the signal path.
    • Improved signal integrity, since additional conversion stages can introduce noise or timing mismatches.

در نتیجه,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.

نمای کلی سیستم:

توضیحات سیستم سطح بالا:

1. چهار پهپاد, هر کدام مجهز به:
   1. 1 × واحد هوای دیتالینک
   1. 1 × FCC (کامپیوتر کنترل پرواز, به عنوان مثال, FALSE V5+)
   1. 1 × جوینده / دوربین
2. 1 × واحد زمینی پیوند داده متصل به ایستگاه کنترل زمینی (GCS).

جریان داده ها (بررسی اجمالی): 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 (ویدئو و داده های دوربین) و یک سریال (UART/USB) telemetry stream.

الزامات واحد هوا:

هر واحد هوای Datalink (یک پهپاد) باید شرایط اجباری زیر را برآورده کند:

1. رابط & پورت ها (حداقل):

• 1 × پورت UART (حداقل). This port shall be used for telemetry/control connectivity to the FCC (پورت های تله متری Telem1 / Telem2 در FCC).
  • 1 × پورت اترنت (حداقل). This port shall be used to receive camera/seeker Ethernet data.

2. قابلیت اتصال کابل (delivered with the AirUnit):

• 1 × کابل UART (اولیه) - طول: 1.0 متر (± 5٪). کابل باید TX را حمل کند, 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 × کابل اترنت (اولیه) - طول: 1.0 متر (± 5٪). Cable shall be standard shielded Cat5e or Cat6 patch cable with RJ45 connectors.
  • 2 × مجموعه های یدکی (در هر واحد هوا) - یعنی, two additional UART cables and two additional Ethernet cables shall be supplied with each Air Unit (total supplied per unit = 3 کابل های UART, 3 کابل های اترنت).

3. مکانیکی & فیزیکی:

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

4. Electrical / پروتکل:

UART: حداقل تا حد امکان از نرخ های باود رایج پشتیبانی کنید 921600 BPS. Provide user- configurable UART parameters.

اترنت: حداقل حمایت کنید 100 عملکرد مگابیت بر ثانیه (گیگابیت ترجیح داده می شود). Support common transport protocols (UDP, RTSP برای ویدیو و UDP برای کنترل) — specific protocol selection shall be configurable.

الزامات واحد زمینی:

The Ground Unit performs demultiplexing of data from all four Air Units and presents a unified interface to the GCS. الزامات اجباری هستند:

1. رابط & پورت ها (حداقل):

• 1 × پورت UART (به GCS ارائه شده است). The Ground Unit shall aggregate telemetry streams from all four air units and present them to the GCS as a single UART/USB interface (به عنوان مثال, UART واحد زمینی به یک رابط USB در GCS متصل است).
  • 1 × پورت اترنت (به GCS ارائه شده است). The Ground Unit shall aggregate camera/video and data streams from the four air units and present them as a single Ethernet interface to the GCS.

2. رفتار تجمعی:

• The Ground Unit shall accept four independent incoming data streams (one from each Air Unit) and demultiplex them to a combined Ethernet stream and a combined serial stream. از GCS’ perspective there shall be only one Ethernet link and one UART link to configure and monitor.
  • Aggregation must preserve source addressing, so the GCS can identify which stream is from which Bird. The Ground Unit shall not lose per-bird identification information.

3. قابلیت اتصال کابل (تحویل با واحد زمینی):

• 1 × کابل UART (اولیه) - طول: 400 میلی متر (0.4 متر). Cable shall allow connection from the Ground Unit UART port to the GCS USB port (if the Ground Unit UART is a direct UART, یک کابل آداپتور USB-UART تهیه کنید). The cable must carry TX, RX, GND and VCC.
  • 1 × کابل اترنت (اولیه) - طول: 400 میلی متر (0.4 متر). 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 / پروتکل:

• 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.

مالتی پلکس تله متری: 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.

قابلیت اتصال & مشخصات کابل

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

1. کابل های اترنت (Air Unit -> Camera and Ground Unit -> GCS): Standard shielded Cat5e or Cat6 patch cables with RJ45 terminations. کاملا محافظ استفاده کنید (STP) cable if the installation has high EMI.
2. اترنت طول (Air واحد): 1.0 m ±5%.
3. اترنت طول (Ground واحد): 400 میلی متر ± 5٪.
4. کابل های UART (Air Unit -> FCC telemetry): 4-کابل هادی (TX, RX, GND, RTS/CTS اختیاری). طول: 1.0 m ±5%.
5. UART کابل (Ground واحد -> GCS USB/UART): 400 میلی متر ± 5٪ (include USB-UART adapter if required by the GCS).
6. محافظ کابل و اتصال به زمین: 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.

کابل های آداپتور را برای واسط Datalink UART به CUAV V5+ کانکتورهای تله متری فراهم کنید (اگر واحد Datalink به طور بومی یک کانکتور سازگار را در معرض دید قرار ندهد).

• جایی که دوربین از Power-over-Ethernet پشتیبانی می کند (PoE) but the Datalink Air Unit does not supply PoE, provide a PoE injector.

کاربردی & الزامات پروتکل

الزامات و توصیه های عملکردی کلیدی:

1. شناسایی هر پرنده: هر جریان داده (ویدئو یا تله متری) 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. عوارض و توان عملیاتی: The system shall minimize additional aggregation latency.
4. قابلیت اطمینان: Ground Unit must handle temporary loss of one or more air units gracefully and continue to present remaining streams to the GCS.
5. رابط پیکربندی: یک روش پیکربندی ارائه دهید (یک سند مفصل) to set Bird IDs, نرخ باد UART, و اولویت های هر جریان.