System łącza danych UAV do sterowania wieloma dronami

Przegląd systemu łącza danych UAV

ten System łącza danych UAV został zaprojektowany tak, aby umożliwić niezawodność, komunikacja w czasie rzeczywistym, kontrola, oraz monitorowanie wielu bezzałogowych statków powietrznych (UAV). System składa się z czterech UAV, każdy wyposażony w Jednostka powietrzna łącza danych, A Komputer sterujący lotem (FCC, NP., FAŁSZ V5+), i kamera/poszukiwacz, jak również Jednostka naziemna łącza danych podłączony do Naziemna Stacja Kontroli (GCS).

Kluczowe funkcje

• Konfiguracja: 1 Jednostka naziemna komunikująca się z 4 Jednostki powietrzne za pośrednictwem dwukierunkowego łącza punkt-wielopunkt (Ethernet + UART).
• Zasięg & Wydajność: ≥ 80 km w zasięgu wzroku dzięki solidnym połączeniom wideo i telemetrycznym, obsługujący wideo w rozdzielczości 1080p 30 fps i dane telemetryczne/kontrolne z prędkością do 921600 bps.
• Interfejsy: Jednostki Powietrzne zapewniają 1 Port UART do telemetrii FCC i 1 Port Ethernet do przesyłania danych z kamery. Jednostka naziemna agreguje te strumienie i udostępnia GCS pojedynczy interfejs UART i Ethernet.
• Kabel & Okablowanie: Proste połączenia TTL UART minimalizują opóźnienia i złożoność. Kable Ethernet obsługują standardowe połączenia Cat5e/Cat6 z ekranowaniem chroniącym przed zakłóceniami elektromagnetycznymi.
• Niezawodność & Czas oczekiwania: Bitowa stopa błędu < 8×10⁻⁸, opóźnienie danych < 1 SM, utrata pakietów < 1%, z FEC-em, CRC, oraz mechanizmy ARQ zapewniające ciągłą pracę.
• Elastyczność systemu: Każdy strumień danych jest oznaczony unikalnym identyfikatorem ptaka, umożliwiając GCS identyfikację poszczególnych UAV i zarządzanie nimi. System kontynuuje działanie, nawet jeśli jeden lub więcej UAV chwilowo utraci połączenie.

Ten system łącza danych zapewnia bezproblemową integrację między UAV, kamery, i kontrola naziemna, zapewniając lekkość, wysokowydajne rozwiązanie do operacji wykonywanych w czasie rzeczywistym z użyciem wielu dronów.

Dokumenty dotyczące wymagań dotyczących łącza danych

System składa się z szesnastu pokładowych jednostek powietrznych Datalink (po jednym na ptaka), pojedynczą jednostkę naziemną łącza danych, oraz naziemna stacja kontroli (GCS). Celem jest określenie interfejsów, długości kabli, liczy się port, i testy akceptacyjne, tak aby jednostki dostarczone przez dostawców współpracowały z istniejącą FCC (komputer sterujący lotem), kamery (poszukiwacze), i GCS.

Do ustanowienia łącza danych pomiędzy a grunt stacja i 4 Powietrze UAV jednostki. System powinien umożliwiać niezawodną komunikację, kontrola, i monitorowanie wszystkich UAV jednocześnie. Poniżej znajdują się szczegółowe wymagania techniczne.

Przegląd:

• Konfiguracja: 1 × Naziemna jednostka sterująca (GCU) komunikować się z 4 × Jednostki Powietrzne (Z)
• Typ komunikacji: Dwukierunkowe łącze punkt-wielopunkt (Ethernet + UART)
• Zasięg: ≥ 80 km w zasięgu wzroku (TEN)
• Zespół operacyjny: 1.4GHz(Pasmo L)
• Schemat modulacji: TDD-OFDM / QPSK / 16-QAM
• Zapotrzebowanie na moc: napięcie robocze (12V.), Aktualny próg (≤2A)
• Zakres temperatur: -20°C do 75°C

Przepustowość i przepustowość danych:

Parametr	Wymóg	Notatki
Szybkość transmisji danych wideo (na poszukiwacza)	5 - - 9 Mbps	1080P @ 30 fps Kompresja H.264/265
Telemetria + Kontrola (według FCC)	200 - - 300 kb / s	Dwukierunkowe dane sterujące oparte na UART
Łączna przepustowość wideo (4 Z)	24 - - 36 Mbps	Połączone łącze przesyłania wideo
Łączna telemetria/sterowanie	1 Mbps	Znikome w porównaniu do wideo
Całkowita wymagana przepustowość łącza zwrotnego	≥ 36 Mbps	Z 20% FEC + nad głową ≈ 42 Mbps

Wymagania dotyczące opóźnień i jakości:

Parametr	Wymóg	Notatki
Bitowa stopa błędu	< 8×10-8	Przy maksymalnym zasięgu
Opóźnienie danych	< 1SM	Wymagane do działania wyszukiwarki w czasie rzeczywistym i transmisji danych
Utrata pakietów	< 1%	Z FEC-em + Mechanizmy ARQ
Korekcja błędów	FEC + CRC + ARQ	Obowiązkowe dla niezawodności telemetrii

Budżet łącza & Parametry RF:

Parametr	Cel Wartość	Notatki
Przesyłanie mocy (Jednostka Powietrzna)	4 – 5 W	–
Przesyłanie mocy (Jednostka naziemna)	4 – 5 W	–
Wzmocnienie anteny (Jednostka Powietrzna)	>3dB	Wzór anteny: Izotropowy
Wzmocnienie anteny (Jednostka naziemna)	12 - - 18 dB	Antena kierunkowa
Wrażliwość na odbiornik	–103 dBm przy 10 MHz	Za 10⁻⁵ BER
Margines łącza @ 80 km	> 10 dB	Zapewnia solidne wideo + łącze danych

NOTATKA:

• Dla bezproblemowej integracji kontrolera lotu CUAV V5+ z zewnętrznymi urządzeniami peryferyjnymi, istotne jest, aby krosno UART utrzymywało bezpośrednia i nieskomplikowana struktura okablowania. Swoiście, wiązkę od portu UART należy zaprojektować jako pojedyncze połączenie liniowe bez konieczności stosowania dodatkowych konwerterów lub płytek pośredniczących. Minimalizuje to potencjalne punkty awarii, zmniejsza opóźnienia, i zapewnia lekką i niezawodną architekturę okablowania.
  • Ponadto, krosno musi działać w logice tranzystorowo-tranzystorowej (Ttl) poziomy napięcia, gdy kontroler lotu V5+ komunikuje się poprzez TTL UART. Wszelkie odchylenia od TTL (takie jak poziomy RS-232 lub RS-485) wymagałoby zewnętrznych przesuwników lub konwerterów poziomu, co jest sprzeczne z wymogiem bezpośredniego krosna. Przestrzegając standardów TTL, kompatybilność sygnału jest zachowana, zapewnienie:
    • Bezpośrednia komunikacja pomiędzy V5+ a podłączonymi modułami.
    • Zmniejszona złożoność sprzętu poprzez wyeliminowanie konwerterów i tłumaczy.
    • Mniejsza waga i większa niezawodność, ponieważ w ścieżce sygnału znajduje się mniej elementów.
    • Poprawiona integralność sygnału, ponieważ dodatkowe etapy konwersji mogą powodować zakłócenia lub niedopasowania taktowania.

Podsumowując,konstrukcja wiązki powinna ściśle zapewniać prostą wiązkę przewodów UART pracującą przy napięciach TTL,zgodny ze specyfikacjami elektrycznymi CUAV V5+ i gwarantujący optymalną wydajność w zastosowaniach lotniczych.

Przegląd systemu:

Opis systemu wysokiego poziomu:

1. Cztery UAV, każdy wyposażony w:
   1. 1 × Jednostka powietrzna łącza danych
   1. 1 × FCC (Komputer sterujący lotem, NP., FAŁSZ V5+)
   1. 1 × Poszukiwacz / Aparat fotograficzny
2. 1 × Jednostka naziemna łącza danych połączona z naziemną stacją kontroli (GCS).

Przepływ danych (przegląd): Dane wideo i czujniki z każdej kamery są przesyłane do powiązanej jednostki Datalink Air za pośrednictwem portu Ethernet kamery. Dane telemetryczne i sterujące pomiędzy FCC a jednostką powietrzną są przesyłane łączem UART. Jednostka powietrzna łącza danych przesyła te strumienie łączem danych do jednostki naziemnej; Jednostka naziemna demultipleksuje strumienie i przedstawia je GCS jako pojedynczy strumień Ethernet (wideo i dane z kamery) i jeden serial (UART-USB) strumień telemetryczny.

Wymagania dotyczące jednostek powietrznych:

Każda jednostka powietrzna łącza danych (jeden na UAV) spełniają następujące obowiązkowe wymagania:

1.  Interfejsy & Porty (minimum):

• 1 × Port UART (minimum). Port ten będzie używany do połączeń telemetrycznych/sterujących z FCC (porty telemetryczne Telem1 / Telem2 w FCC).
  • 1 × Port Ethernet (minimum). Port ten będzie używany do odbioru danych Ethernet z kamery/poszukiwacza.

2.  Łączność kablowa (dostarczany z jednostką AirUnit):

• 1 × Kabel UART (podstawowy) - długość: 1.0 m (±5%). Kabel będzie przenosił TX, RX, GND i VCC. Kabel musi być zakończony odpowiednio do złącza Datalink UART na jednym końcu i złącza telemetrycznego FCC na drugim.
  • 1 × Kabel Ethernet (podstawowy) - długość: 1.0 m (±5%). Kabel powinien być standardowym ekranowanym kablem krosowym Cat5e lub Cat6 ze złączami RJ45.
  • 2 × komplety zapasowe (na jednostkę powietrzną) - tj., z każdą jednostką Air należy dostarczyć dwa dodatkowe kable UART i dwa dodatkowe kable Ethernet (całkowita ilość dostarczana na jednostkę = 3 Kable UART, 3 Kable Ethernetowe).

3.  Mechaniczny & Fizyczny:

• Kable powinny być oznaczone kolorami (zalecony) i mają wyraźne oznaczenia kierunkowości, jeśli piny nie są symetryczne.

4.  Elektryczny / Protokół:

UART: Obsługuje typowe szybkości transmisji do co najmniej 921600 bps. Podaj użytkownika- konfigurowalne parametry UART.

Ethernet: Przynajmniej wsparcie 100 Działanie Mb/s (Preferowany Gigabit). Obsługa popularnych protokołów transportowych (UDP, RTSP dla wideo i UDP do sterowania) — istnieje możliwość konfiguracji określonego wyboru protokołu.

Wymagania dotyczące jednostek naziemnych:

Jednostka naziemna wykonuje demultipleksację danych ze wszystkich czterech jednostek powietrznych i zapewnia ujednolicony interfejs do GCS. Obowiązkowe wymagania to:

1.  Interfejsy & Porty (minimum):

• 1 × Port UART (przedstawiony GCS). Jednostka naziemna będzie agregować strumienie telemetryczne ze wszystkich czterech jednostek powietrznych i przedstawiać je GCS jako pojedynczy interfejs UART/USB (NP., jednostka naziemna UART podłączona do interfejsu USB w GCS).
  • 1 × Port Ethernet (przedstawiony GCS). Jednostka naziemna będzie agregować strumienie kamer/wideo i danych z czterech jednostek powietrznych i przedstawiać je jako pojedynczy interfejs Ethernet do GCS.

2.  Zachowanie agregacyjne:

• Jednostka naziemna będzie przyjmować cztery niezależne przychodzące strumienie danych (po jednym z każdej Jednostki Powietrznej) i demultipleksować je do połączonego strumienia Ethernet i połączonego strumienia szeregowego. Z GCS’ z perspektywy czasu do konfiguracji i monitorowania będzie dostępne tylko jedno łącze Ethernet i jedno łącze UART.
  • Agregacja musi zachować adresowanie źródła, aby GCS mógł zidentyfikować, który strumień pochodzi z którego Birda. Jednostka naziemna nie utraci informacji identyfikacyjnych każdego ptaka.

3.  Łączność kablowa (dostarczany z jednostką naziemną):

• 1 × Kabel UART (podstawowy) - długość: 400 mm (0.4 m). Kabel umożliwia połączenie portu UART jednostki naziemnej z portem USB GCS (jeśli jednostka naziemna UART jest bezpośrednim UART, dostarczyć kabel przejściowy USB-UART). Kabel musi przenosić TX, RX, GND i VCC.
  • 1 × Kabel Ethernet (podstawowy) - długość: 400 mm (0.4 m). Kabel powinien być ekranowanym kablem krosowym Cat5e/Cat6 ze złączami RJ45.
  • 2 × zestawy zapasowe — dwa dodatkowe kable UART i dwa dodatkowe kable Ethernet dostarczane jako części zamienne z jednostką uziemiającą.

4.  Elektryczny / Protokół:

• Agregacja powinna być przejrzysta w odniesieniu do ramek Ethernet dla wideo; w razie potrzeby jednostka naziemna może przepakować strumienie w jeden strumień transportowy, ale musi zachować informacje o czasie i identyfikację źródła dla każdego ptaka.

Multipleksowanie telemetryczne: Jednostka naziemna będzie multipleksować czasowo lub pakietować strumienie telemetryczne w pojedynczy strumień UART z wyraźnym ramkowaniem i opcjonalnymi znacznikami umożliwiającymi rozróżnianie komunikatów według identyfikatora ptaka. Protokół używany do multipleksowania musi być udokumentowany i obsługiwany przez oprogramowanie GCS.

Łączność & Specyfikacje kabli

W tej sekcji wymieniono zalecane specyfikacje kabli i złączy, aby zapewnić niezawodne działanie w środowisku powietrznym i naziemnym.

1. Kable Ethernetowe (Jednostka powietrzna -> Kamera i jednostka naziemna —> GCS): Standardowe ekranowane kable krosowe Cat5e lub Cat6 z końcówkami RJ45. Używaj w pełni ekranowanego (STP) kabel, jeśli instalacja charakteryzuje się wysokim poziomem EMI.
2. Ethernet długość (Powietrze Jednostka): 1.0 m ±5%.
3. Ethernet długość (Grunt Jednostka): 400 mm ±5%.
4. Kable UART (Jednostka powietrzna -> Telemetria FCC): 4-kabel przewodzący (TX, RX, GND, opcjonalny RTS/CTS). Długość: 1.0 m ±5%.
5. UART kabel (Grunt Jednostka -> GCS USB/UART-a): 400 mm ±5% (Dołącz adapter USB-UART, jeśli jest to wymagane przez GCS).
6. Ekranowanie i uziemienie kabla: Zapewnij wspólną masę i upewnij się, że ekranowanie jest zakończone na jednym końcu, zgodnie z najlepszymi praktykami, aby uniknąć pętli uziemienia. Jeśli spodziewane są wibracje, użyj blokowanych złączy RJ45 lub zatrzaskowych.

Zapewnij kable adapterowe do połączenia złączy telemetrycznych Datalink UART ze złączami telemetrycznymi CUAV V5+ (jeśli moduł Datalink nie udostępnia natywnie kompatybilnego złącza).

• Gdzie kamera obsługuje technologię Power-over-Ethernet (PoE) ale jednostka Datalink Air nie dostarcza PoE, zapewnić wtryskiwacz PoE.

Funkcjonalny & Wymagania protokołu

Kluczowe wymagania funkcjonalne i zalecenia:

1. Identyfikacja każdego ptaka: Każdy strumień danych (wideo lub telemetria) MUSI być oznaczony unikalnym identyfikatorem ptaka, aby GCS mógł mapować strumienie na pojazdy.
2. Multipleksowanie Schemat: Jednostka naziemna wdraża deterministyczny schemat multipleksowania dla telemetrii (UART) umożliwiając GCS analizowanie i kierowanie wiadomości według Bird ID.
3. Czas oczekiwania i Przepustowość: System minimalizuje dodatkowe opóźnienia agregacji.
4. Niezawodność: Jednostka naziemna musi sprawnie poradzić sobie z chwilową utratą jednej lub więcej jednostek powietrznych i nadal przekazywać pozostałe strumienie do GCS.
5. Interfejs konfiguracyjny: Podaj metodę konfiguracji (szczegółowy dokument) aby ustawić identyfikatory ptaków, Szybkość transmisji UART, i priorytety poszczególnych strumieni.