Système UAV Datalink pour le contrôle multi-drones

Présentation du système de liaison de données UAV

le Système de liaison de données UAV est conçu pour permettre une, communication en temps réel, contrôle, et surveillance de plusieurs véhicules aériens sans pilote (Drones). Le système se compose de quatre drones, chacun équipé d'un Unité aérienne Datalink, un Ordinateur de contrôle de vol (FCC, Par exemple, FAUX V5+), et un appareil photo/chercheur, ainsi qu'un Unité au sol de liaison de données connecté à un Station de contrôle au sol (GC).

Principales caractéristiques

• Configuration: 1 Unité au sol communiquant avec 4 Unités aériennes via une liaison bidirectionnelle point à multipoint (le port série paramétrable + UART).
• Intervalle & Performance: ?? 80 km de visibilité directe avec des liaisons vidéo et télémétriques robustes, prenant en charge la vidéo 1080p à 30 fps et données de télémétrie/contrôle jusqu'à 921600 bps.
• Interfaces: Les unités aériennes fournissent 1 Port UART pour la télémétrie FCC et 1 Port Ethernet pour les données de la caméra. L'unité au sol regroupe ces flux et présente une seule interface UART et Ethernet au GCS..
• Câble & Câblage: Les connexions TTL UART directes minimisent la latence et la complexité. Les câbles Ethernet prennent en charge les connexions standard Cat5e/Cat6 avec blindage pour la protection EMI.
• Fiabilité & Latence: Taux d'erreur sur les bits < 8×10⁻⁸, retard des données < 1 Mme, perte de paquets < 1%, avec FEC, CRC, et mécanismes ARQ pour assurer un fonctionnement continu.
• Flexibilité du système: Chaque flux de données est étiqueté avec un ID d'oiseau unique, permettant au GCS d'identifier et de gérer des drones individuels. Le système continue de fonctionner même si un ou plusieurs drones perdent temporairement la connexion.

Ce système Datalink garantit une intégration transparente entre les drones, caméras, et contrôle au sol, fournissant un poids léger, solution performante pour les opérations multi-drones en temps réel.

Documents requis sur les exigences en matière de liaison de données

Le système comprend seize unités aériennes Datalink aéroportées (un par oiseau), une seule unité au sol Datalink, et une station de contrôle au sol (GC). Le but est de spécifier les interfaces, longueurs de câble, nombre de ports, et des tests d'acceptation afin que les unités livrées par les fournisseurs interagissent avec le FCC existant (ordinateur de contrôle de vol), caméras (chercheurs), et le GCS.

Une solution complète est nécessaire pour établir une liaison de données entre un sol gare et 4 drone aérien unités. Le système doit permettre une communication fiable, contrôle, et surveillance de tous les drones simultanément. Les exigences techniques détaillées sont fournies ci-dessous.

Aperçu:

• Configuration: 1 × Unité de contrôle au sol (CGU) communiquer avec 4 × Unités aériennes (De)
• Type de communication: Liaison bidirectionnelle point à multipoint (le port série paramétrable + UART)
• Intervalle: ?? 80 km de visibilité directe (LDV)
• Bande de fonctionnement: 1.4GHz(Bande en L)
• Schéma de modulation: TDD-OFDM / QPSK / 16-QAM
• Exigence de puissance: tension de fonctionnement (12V), Seuil actuel (≤2A)
• Écart de température: -20°C à 75°C

Débit de données et bande passante:

Paramètre	Exigence	Remarques
Débit de données vidéo (par chercheur)	5 - 9 mbps	1080p@ 30 compression H.264/265 fps
Télémétrie + Contrôle (par FCC)	200 - 300 kbps	Données de contrôle bidirectionnel basées sur UART
Débit vidéo global (4 De)	24 - 36 mbps	Liaison montante vidéo combinée
Télémétrie/Contrôle agrégé	1 mbps	Négligeable par rapport à la vidéo
Bande passante totale requise pour la liaison montante	?? 36 mbps	Avec 20% FEC + frais généraux ≈ 42 mbps

Exigences de latence et de qualité:

Paramètre	Exigence	Remarques
Taux d'erreur sur les bits	< 8×10-8	À portée maximale
Retard de données	< 1Mme	Nécessaire pour le fonctionnement du chercheur en temps réel et la transmission de données
Perte de paquets	< 1%	Avec FEC + Mécanismes ARQ
Correction d'erreur	FEC + CRC + ARQ	Obligatoire pour la fiabilité de la télémétrie

Budget des liens & Paramètres RF:

Paramètre	Cible Valeur	Remarques
Transmettre la puissance (Unité aérienne)	4 – 5 W	–
Transmettre la puissance (Unité au sol)	4 – 5 W	–
Gain d'antenne (Unité aérienne)	>3dB	Modèle d'antenne: Isotrope
Gain d'antenne (Unité au sol)	12 - 18 dB	Antenne directionnelle
Sensibilité au récepteur	–103 dBm à 10 MHz	Pour 10⁻⁵ BER
Marge du lien @ 80 km	> 10 dB	Garantit une vidéo robuste + liaison de données

NOTE:

• Pour une intégration transparente entre le contrôleur de vol CUAV V5+ et les périphériques externes, il est essentiel que le métier à tisser UART maintienne un structure de câblage directe et simple. Spécifiquement, le métier à tisser du port UART doit être conçu comme un connexion en ligne droite unique sans introduire de convertisseurs ou de cartes intermédiaires supplémentaires. Cela minimise les points de défaillance potentiels, réduit la latence, et garantit une architecture de câblage légère et fiable.
  • En outre, le métier à tisser doit fonctionner selon la logique transistor-transistor (TTL) niveaux de tension, car le contrôleur de vol V5+ communique via TTL UART. Tout écart par rapport au TTL (tels que les niveaux RS-232 ou RS-485) nécessiterait des décaleurs ou des convertisseurs de niveau externes, ce qui contredit l'exigence d'un métier à tisser direct. En adhérant aux normes TTL, la compatibilité du signal est maintenue, assurer:
    • Communication directe entre le V5+ et les modules connectés.
    • Complexité matérielle réduite en éliminant les convertisseurs ou les traducteurs.
    • Poids réduit et fiabilité améliorée, car moins de composants sont impliqués dans le chemin du signal.
    • Intégrité du signal améliorée, puisque des étapes de conversion supplémentaires peuvent introduire du bruit ou des décalages de synchronisation.

En conclusion,la conception du métier à tisser doit strictement fournir un faisceau de câbles UART direct fonctionnant à des tensions TTL,s'alignant sur les spécifications électriques du CUAV V5+ et garantissant des performances optimales dans les applications aéroportées.

Présentation du système:

Description du système de haut niveau:

1. Quatre drones, chacun équipé de:
   1. 1 × Unité aérienne Datalink
   1. 1 × FCC (Ordinateur de contrôle de vol, Par exemple, FAUX V5+)
   1. 1 × Chercheur / Caméra
2. 1 × Unité au sol Datalink connectée à la station de contrôle au sol (GC).

Flux de données (aperçu): Les données vidéo et de capteur de chaque caméra sont fournies à son unité aérienne Datalink associée via le port Ethernet de la caméra.. Les données de télémétrie et de contrôle entre le FCC et l'unité aérienne sont transportées via une liaison UART. L'unité aérienne Datalink transmet ces flux via la liaison de données à l'unité au sol.; l'unité au sol démultiplexe les flux et les présente au GCS comme un seul flux Ethernet (vidéo et données de la caméra) et une seule série (UART/USB) flux de télémétrie.

Exigences relatives aux unités aériennes:

Chaque unité aérienne Datalink (un par drone) doit répondre aux exigences obligatoires suivantes:

1.  Interfaces & Ports (minimum):

• 1 ×Port UART (minimum). Ce port doit être utilisé pour la connectivité de télémétrie/contrôle au FCC (ports de télémétrie Telem1 / Telem2 sur le FCC).
  • 1 ×Port Ethernet (minimum). Ce port doit être utilisé pour recevoir les données Ethernet de la caméra/chercheur.

2.  Connectivité par câble (livré avec l'AirUnit):

• 1 × câble UART (primaire) - longueur: 1.0 m (± 5%). Le câble doit transporter TX, RX, GND et VCC. Le câble doit être terminé pour correspondre au connecteur Datalink UART à une extrémité et au connecteur de télémétrie FCC à l'autre.
  • 1 × Câble Ethernet (primaire) - longueur: 1.0 m (± 5%). Le câble doit être un câble de raccordement blindé standard Cat5e ou Cat6 avec des connecteurs RJ45.
  • 2 × jeux de rechange (par unité aérienne) - c'est-à-dire, deux câbles UART supplémentaires et deux câbles Ethernet supplémentaires doivent être fournis avec chaque unité aérienne (total fourni par unité = 3 Câbles UART, 3 Câbles Ethernet).

3.  Mécanique & Physique:

• Les câbles doivent être codés par couleur (recommandé) et avoir des marquages ​​de direction clairs si les brochages ne sont pas symétriques.

4.  Électrique / Protocole:

UART: Prend en charge les débits en bauds courants jusqu'à au moins 921600 bps. Fournir à l'utilisateur- paramètres UART configurables.

le port série paramétrable: Soutenir au moins 100 Fonctionnement Mbit/s (Gigabit préféré). Prise en charge des protocoles de transport courants (UDP, RTSP pour la vidéo et UDP pour le contrôle) — la sélection de protocole spécifique doit être configurable.

Exigences relatives aux unités au sol:

L'unité terrestre effectue le démultiplexage des données des quatre unités aériennes et présente une interface unifiée avec le GCS.. Les exigences obligatoires sont:

1.  Interfaces & Ports (minimum):

• 1 ×Port UART (présenté au GCS). L'unité au sol doit regrouper les flux de télémétrie des quatre unités aériennes et les présenter au GCS sous la forme d'une seule interface UART/USB. (Par exemple, l'unité au sol UART connectée à une interface USB sur le GCS).
  • 1 ×Port Ethernet (présenté au GCS). L'unité au sol doit regrouper les flux de caméras/vidéo et de données des quatre unités aériennes et les présenter comme une interface Ethernet unique au GCS..

2.  Comportement d'agrégation:

• L'unité au sol doit accepter quatre flux de données entrants indépendants (un de chaque unité aérienne) et démultiplexez-les en un flux Ethernet combiné et un flux série combiné. Du GCS’ Dans une perspective, il ne doit y avoir qu'un seul lien Ethernet et un lien UART à configurer et à surveiller.
  • L'agrégation doit préserver l'adressage source, afin que le GCS puisse identifier quel flux provient de quel oiseau. L'unité au sol ne doit pas perdre les informations d'identification par oiseau.

3.  Connectivité par câble (livré avec l'Unité Sol):

• 1 × câble UART (primaire) - longueur: 400 mm (0.4 m). Le câble doit permettre la connexion du port UART de l'unité au sol au port USB du GCS. (si l'UART de l'unité au sol est un UART direct, fournir un câble adaptateur USB-UART). Le câble doit transporter TX, RX, GND et VCC.
  • 1 × Câble Ethernet (primaire) - longueur: 400 mm (0.4 m). Le câble doit être un câble de raccordement Cat5e/Cat6 blindé avec des connecteurs RJ45.
  • 2 × jeux de rechange — deux câbles UART supplémentaires et deux câbles Ethernet supplémentaires fournis en pièces de rechange avec l'unité au sol.

4.  Électrique / Protocole:

• L'agrégation doit être transparente par rapport aux trames Ethernet pour la vidéo; si nécessaire, l'unité au sol peut reconditionner les flux en un seul flux de transport, mais doit conserver les informations de synchronisation et l'identification de la source par oiseau..

Multiplexage de télémétrie: L'unité au sol doit multiplexer dans le temps ou mettre en paquets les flux de télémétrie en un seul flux UART avec un cadrage clair et des balises facultatives pour distinguer les messages par ID d'oiseau.. Le protocole utilisé pour le multiplexage doit être documenté et pris en charge par le logiciel GCS.

Connectivité & Spécifications du câble

Cette section répertorie les spécifications recommandées des câbles et des connecteurs pour garantir des performances fiables dans les environnements aéroportés et au sol..

1. Câbles Ethernet (Unité aérienne -> Caméra et unité au sol -> GC): Câbles de brassage blindés standard Cat5e ou Cat6 avec terminaisons RJ45. Utilisation entièrement blindée (STP) câble si l'installation a des EMI élevées.
2. le port série paramétrable longueur (Air Unité): 1.0 m ±5%.
3. le port série paramétrable longueur (Sol Unité): 400 mm ±5%.
4. Câbles UART (Unité aérienne -> Télémétrie FCC): 4-câble conducteur (TX, RX, GND, RTS/CTS en option). Longueur: 1.0 m ±5%.
5. UART câble (Sol Unité -> GC USB/UART): 400 mm ±5% (inclure un adaptateur USB-UART si requis par le GCS).
6. Blindage et mise à la terre des câbles: Fournir une terre commune et garantir que le blindage se termine à une extrémité conformément aux meilleures pratiques pour éviter les boucles de terre.. Utilisez des connecteurs RJ45 verrouillables ou à verrouillage si des vibrations sont attendues.

Fournir des câbles adaptateurs pour interfacer Datalink UART aux connecteurs de télémétrie CUAV V5+ (si l'unité Datalink n'expose pas nativement un connecteur compatible).

• Où la caméra prend en charge Power-over-Ethernet (Poe) mais l'unité aérienne Datalink ne fournit pas de PoE, prévoir un injecteur PoE.

Fonctionnel & Exigences du protocole

Exigences fonctionnelles clés et recommandations:

1. Identification par oiseau: Chaque flux de données (vidéo ou télémétrie) DOIT être étiqueté avec un identifiant d'oiseau unique afin que le GCS puisse mapper les flux aux véhicules.
2. Multiplexage Schème: L'unité au sol doit mettre en œuvre un schéma de multiplexage déterministe pour la télémétrie (UART) permettant à GCS d'analyser et d'acheminer les messages par Bird ID.
3. Latence et Déborder: Le système doit minimiser la latence d'agrégation supplémentaire.
4. Fiabilité: L'unité terrestre doit gérer la perte temporaire d'une ou plusieurs unités aériennes avec élégance et continuer à présenter les flux restants au GCS..
5. Interface de configuration: Fournir une méthode de configuration (un document détaillé) pour définir les identifiants des oiseaux, Débits en bauds UART, et priorités par flux.