سیستم پیوند داده پهپاد برای کنترل چند هواپیمای بدون سرنشین

بررسی اجمالی سیستم پیوند داده پهپاد

در سامانه پیوند داده پهپاد طراحی شده است تا قابل اعتماد باشد, ارتباط بلادرنگ, کنترل, و نظارت بر چندین وسیله نقلیه هوایی بدون سرنشین (پهپاد). این سیستم از چهار پهپاد تشکیل شده است, هر کدام مجهز به یک واحد هوای دیتالینک, آ کامپیوتر کنترل پرواز (FCC, به عنوان مثال, FALSE V5+), و یک دوربین/جستجو, و همچنین یک واحد زمینی پیوند داده متصل به a ایستگاه کنترل زمینی (GCS).

ویژگی های کلیدی

• پیکربندی: 1 واحد زمینی در حال ارتباط با 4 واحدهای هوا از طریق پیوند دو طرفه نقطه به چند نقطه (اترنت + UART).
• دامنه & عملکرد: ≥ 80 کیلومتر خط دید با پیوندهای ویدئویی و تله متری قوی, پشتیبانی از ویدیوی 1080p در 30 فریم بر ثانیه و داده های تله متری/کنترل تا 921600 BPS.
• رابط: واحدهای هوایی ارائه می کنند 1 پورت UART برای تله متری FCC و 1 پورت اترنت برای داده های دوربین. واحد زمینی این جریان ها را جمع می کند و یک رابط UART و اترنت را به GCS ارائه می دهد..
• کابل & سیم کشی: اتصالات مستقیم TTL UART تأخیر و پیچیدگی را به حداقل می رساند. کابل های اترنت از اتصالات استاندارد Cat5e/Cat6 با محافظ برای محافظت از EMI پشتیبانی می کنند.
• قابلیت اطمینان & عوارض: نرخ خطای بیت < 8×10-8, تاخیر داده < 1 ام‌اس, از دست دادن بسته < 1%, با FEC, CRC, و مکانیسم های ARQ برای اطمینان از عملکرد مداوم.
• انعطاف پذیری سیستم: هر جریان داده با یک شناسه پرنده منحصر به فرد برچسب گذاری می شود, به GCS اجازه می دهد تا پهپادهای فردی را شناسایی و مدیریت کند. حتی اگر یک یا چند پهپاد به طور موقت اتصال خود را قطع کنند، سیستم به کار خود ادامه می دهد.

این سیستم Datalink یکپارچگی یکپارچه بین پهپادها را تضمین می کند, دوربین, و کنترل زمین, ارائه یک سبک وزن, راه حل با کارایی بالا برای عملیات چند پهپادی در زمان واقعی.

اسناد مورد نیاز پیوند داده

این سیستم شامل شانزده واحد هوابرد Datalink است (هر پرنده یکی), یک واحد زمینی پیوند داده واحد, و یک ایستگاه کنترل زمینی (GCS). هدف این است که رابط ها را مشخص کنیم, طول کابل, پورت به حساب می آید, و تست های پذیرش به طوری که واحدهای تحویل شده توسط تامین کنندگان با FCC موجود تعامل داشته باشند (کامپیوتر کنترل پرواز), دوربین (جویندگان), و GCS.

یک راه حل کامل برای ایجاد یک پیوند داده بین a زمین ایستگاه و 4 هوای پهپاد واحد. سیستم باید ارتباط قابل اعتماد را امکان پذیر کند, کنترل, و نظارت بر تمامی پهپادها به صورت همزمان. الزامات فنی دقیق در زیر ارائه شده است.

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 فشرده سازی fps H.264/265
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	برای عملیات جستجوگر در زمان واقعی و انتقال داده مورد نیاز است
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	هدف ارزش	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 @10MHz	برای 10⁻5 BER
حاشیه لینک @ 80 کیلومتر	> 10 دسی بل	ویدئوی قوی را تضمین می کند + لینک داده

یادداشت:

• برای ادغام یکپارچه بین کنترلر پرواز CUAV V5+ و تجهیزات جانبی خارجی, ضروری است که بافندگی UART a را حفظ کند ساختار سیم کشی مستقیم و بدون عارضه. بطور خاص, دستگاه بافندگی پورت UART باید به صورت یک طراحی شود اتصال یک خط مستقیم بدون استفاده از مبدل های اضافی یا بردهای واسطه. این امر نقاط بالقوه شکست را به حداقل می رساند, تاخیر را کاهش می دهد, و معماری سیم کشی سبک و قابل اعتماد را تضمین می کند.
  • علاوه بر این, ماشین بافندگی باید در منطق ترانزیستور-ترانزیستور کار کند (TTL) سطوح ولتاژ, همانطور که کنترلر پرواز V5+ از طریق TTL UART ارتباط برقرار می کند. هرگونه انحراف از TTL (مانند سطوح RS-232 یا RS-485) نیاز به تغییر سطح خارجی یا مبدل دارد, که با الزام بافندگی مستقیم در تضاد است. با رعایت استانداردهای TTL, سازگاری سیگنال حفظ می شود, تضمین می کند:
    • ارتباط مستقیم بین V5+ و ماژول های متصل.
    • کاهش پیچیدگی سخت افزار با حذف مبدل ها یا مترجم ها.
    • وزن کمتر و قابلیت اطمینان بهبود یافته, زیرا اجزای کمتری در مسیر سیگنال درگیر هستند.
    • یکپارچگی سیگنال بهبود یافته است, از آنجایی که مراحل تبدیل اضافی می تواند نویز یا عدم تطابق زمان را ایجاد کند.

در نتیجه,طراحی ماشین بافندگی باید به طور دقیق یک دسته سیم UART مستقیم ارائه دهد که با ولتاژ TTL کار می کند.,همراستایی با مشخصات الکتریکی CUAV V5+ و تضمین عملکرد بهینه در کاربردهای هوابرد.

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): داده های ویدئویی و حسگر هر دوربین از طریق درگاه اترنت دوربین به واحد هوای Datalink مربوطه ارائه می شود. داده های تله متری و کنترل بین FCC و واحد هوا از طریق یک پیوند UART حمل می شود. واحد هوایی Datalink این جریان ها را از طریق پیوند داده به واحد زمینی منتقل می کند; واحد زمینی جریان ها را از هم مولتی پلکس می کند و آنها را به عنوان یک جریان اترنت به GCS ارائه می کند. (ویدئو و داده های دوربین) و یک سریال (UART/USB) جریان تله متری.

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). این پورت باید برای اتصال تله متری/کنترل به FCC استفاده شود (پورت های تله متری Telem1 / Telem2 در FCC).
  • 1 × پورت اترنت (حداقل). این پورت باید برای دریافت داده های اترنت دوربین/جستجو استفاده شود.

2.  قابلیت اتصال کابل (با AirUnit تحویل داده می شود):

• 1 × کابل UART (اولیه) - طول: 1.0 متر (± 5٪). کابل باید TX را حمل کند, RX, GND و VCC. کابل باید برای مطابقت با کانکتور Datalink UART در یک طرف و اتصال FCC از راه دور در طرف دیگر قطع شود..
  • 1 × کابل اترنت (اولیه) - طول: 1.0 متر (± 5٪). کابل باید کابل محافظ استاندارد Cat5e یا Cat6 با اتصالات RJ45 باشد.
  • 2 × مجموعه های یدکی (در هر واحد هوا) - یعنی, دو کابل UART اضافی و دو کابل اترنت اضافی باید با هر واحد هوا عرضه شود (کل عرضه شده در هر واحد = 3 کابل های UART, 3 کابل های اترنت).

3.  مکانیکی & فیزیکی:

• کابل ها باید دارای کد رنگی باشند (توصیه می شود) و اگر پین‌آت‌ها متقارن نباشند، دارای نشانه‌های جهت روشن باشند.

4.  برقی / پروتکل:

UART: حداقل تا حد امکان از نرخ های باود رایج پشتیبانی کنید 921600 BPS. کاربر را ارائه دهد- پارامترهای UART قابل تنظیم.

اترنت: حداقل حمایت کنید 100 عملکرد مگابیت بر ثانیه (گیگابیت ترجیح داده می شود). پشتیبانی از پروتکل های حمل و نقل رایج (UDP, RTSP برای ویدیو و UDP برای کنترل) - انتخاب پروتکل خاص باید قابل تنظیم باشد.

الزامات واحد زمینی:

واحد زمینی دی مالتیپلکس کردن داده ها را از هر چهار واحد هوایی انجام می دهد و یک رابط یکپارچه به GCS ارائه می دهد.. الزامات اجباری هستند:

1.  رابط & پورت ها (حداقل):

• 1 × پورت UART (به GCS ارائه شده است). واحد زمینی باید جریان های تله متری را از هر چهار واحد هوایی جمع آوری کند و آنها را به عنوان یک رابط UART/USB به GCS ارائه کند. (به عنوان مثال, UART واحد زمینی به یک رابط USB در GCS متصل است).
  • 1 × پورت اترنت (به GCS ارائه شده است). واحد زمینی باید جریان‌های دوربین/فیلم و داده‌ها را از چهار واحد هوایی جمع‌آوری کند و آنها را به عنوان یک رابط اترنت واحد به GCS ارائه کند..

2.  رفتار تجمعی:

• واحد زمینی باید چهار جریان داده ورودی مستقل را بپذیرد (یکی از هر واحد هوا) و آنها را به یک جریان اترنت ترکیبی و یک استریم سریال ترکیبی دمولتیپلکس کنید. از GCS’ چشم انداز باید فقط یک پیوند اترنت و یک پیوند UART برای پیکربندی و نظارت وجود داشته باشد.
  • تجمیع باید آدرس منبع را حفظ کند, بنابراین GCS می تواند تشخیص دهد که کدام جریان از کدام Bird است. واحد زمینی نباید اطلاعات شناسایی پرنده را از دست بدهد.

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

• 1 × کابل UART (اولیه) - طول: 400 میلی متر (0.4 متر). کابل باید اجازه اتصال از پورت UART واحد زمینی به درگاه USB GCS را بدهد (اگر واحد زمینی UART یک UART مستقیم باشد, یک کابل آداپتور USB-UART تهیه کنید). کابل باید TX داشته باشد, RX, GND و VCC.
  • 1 × کابل اترنت (اولیه) - طول: 400 میلی متر (0.4 متر). کابل باید کابل پچ Cat5e/Cat6 با کانکتورهای RJ45 محافظت شود.
  • 2 × مجموعه‌های یدکی - دو کابل UART اضافی و دو کابل اترنت اضافی که به‌عنوان یدکی با واحد زمین عرضه می‌شوند.

4.  برقی / پروتکل:

• تجمع باید با توجه به فریم های اترنت برای ویدئو شفاف باشد; در صورت نیاز، واحد زمینی می‌تواند جریان‌ها را در یک جریان حمل‌ونقل دوباره بسته‌بندی کند، اما باید اطلاعات زمان‌بندی و شناسایی منبع پرنده را حفظ کند..

مالتی پلکس تله متری: واحد زمینی باید جریان‌های تله‌متری را در یک جریان UART با قاب‌بندی واضح و برچسب‌های اختیاری زمان‌بندی یا بسته‌بندی کند تا پیام‌ها را با شناسه پرنده متمایز کند.. پروتکل مورد استفاده برای مالتی پلکس شدن باید مستند شده و توسط نرم افزار GCS پشتیبانی شود.

قابلیت اتصال & مشخصات کابل

این بخش مشخصات کابل و کانکتور توصیه شده را برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد در محیط های هوایی و زمینی فهرست می کند.

1. کابل های اترنت (واحد هوا -> دوربین و واحد زمین -> GCS): پچ کابل های محافظ استاندارد Cat5e یا Cat6 با پایانه های RJ45. کاملا محافظ استفاده کنید (STP) کابل اگر نصب دارای EMI بالا باشد.
2. اترنت طول (هوا واحد): 1.0 m ± 5٪.
3. اترنت طول (زمین واحد): 400 میلی متر ± 5٪.
4. کابل های UART (واحد هوا -> تله متری FCC): 4-کابل هادی (TX, RX, GND, RTS/CTS اختیاری). طول: 1.0 m ± 5٪.
5. UART کابل (زمین واحد -> GCS USB/UART): 400 میلی متر ± 5٪ (در صورت نیاز GCS، آداپتور USB-UART را شامل شود).
6. محافظ کابل و اتصال به زمین: زمینه مشترک را فراهم کنید و اطمینان حاصل کنید که محافظ در هر بهترین تمرین در یک انتها خاتمه می یابد تا از حلقه های زمین جلوگیری شود.. در صورت انتظار لرزش، از کانکتورهای قفل RJ45 یا قفل استفاده کنید.

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) اما واحد هوای Datalink PoE را تامین نمی کند, یک انژکتور PoE تهیه کنید.

کاربردی & الزامات پروتکل

الزامات و توصیه های عملکردی کلیدی:

1. شناسایی هر پرنده: هر جریان داده (ویدئو یا تله متری) باید با یک شناسه پرنده منحصر به فرد برچسب گذاری شود تا GCS بتواند جریان ها را به وسایل نقلیه ترسیم کند.
2. مالتی پلکس کردن طرح: واحد زمینی باید یک طرح مالتی پلکس قطعی برای تله متری اجرا کند (UART) به GCS اجازه می دهد پیام ها را با شناسه پرنده تجزیه و مسیریابی کند.
3. عوارض و توان عملیاتی: سیستم باید تأخیر تجمع اضافی را به حداقل برساند.
4. قابلیت اطمینان: واحد زمینی باید از دست دادن موقت یک یا چند واحد هوایی را به خوبی مدیریت کند و به ارائه جریان‌های باقی‌مانده به GCS ادامه دهد..
5. رابط پیکربندی: یک روش پیکربندی ارائه دهید (یک سند مفصل) برای تنظیم شناسه های پرنده, نرخ باد UART, و اولویت های هر جریان.