Sistema UAV Datalink para controle de vários drones

Visão geral do sistema UAV Datalink

o Sistema de link de dados UAV foi projetado para permitir confiabilidade, comunicação em tempo real, controlar, e monitoramento de vários veículos aéreos não tripulados (Uavs). O sistema consiste em quatro UAVs, cada um equipado com um Unidade Aérea Datalink, a Computador de controle de vôo (FCC, Por exemplo, FALSO V5+), e uma câmera/buscadora, bem como um Unidade Terrestre Datalink conectado a um Estação de controle terrestre (GCS).

Principais recursos

• Configuração: 1 Unidade Terrestre se comunicando com 4 Unidades Aéreas através de um link bidirecional ponto-multiponto (Ethernet + UART).
• Alcance & Desempenho: ≥ 80 linha de visão de km com links robustos de vídeo e telemetria, suportando vídeo 1080p em 30 fps e dados de telemetria/controle em até 921600 bps.
• Interfaces: As unidades aéreas fornecem 1 Porta UART para telemetria FCC e 1 Porta Ethernet para dados da câmera. A Unidade Terrestre agrega esses fluxos e apresenta uma única interface UART e Ethernet para o GCS.
• Cabo & Fiação: Conexões TTL UART diretas minimizam a latência e a complexidade. Os cabos Ethernet suportam conexões padrão Cat5e/Cat6 com blindagem para proteção EMI.
• Confiabilidade & Latência: Taxa de erro de bit < 8×10⁻⁸, atraso de dados < 1 Senhora, perda de pacotes < 1%, com FEC, CRC, e mecanismos ARQ para garantir operação contínua.
• Flexibilidade do Sistema: Cada fluxo de dados é marcado com um Bird ID exclusivo, permitindo que o GCS identifique e gerencie UAVs individuais. O sistema continua operando mesmo se um ou mais UAVs perderem temporariamente a conexão.

Este sistema Datalink garante integração perfeita entre UAVs, câmeras, e controle de solo, fornecendo um peso leve, solução de alto desempenho para operações com vários drones em tempo real.

Documentos de requisitos de link de dados

O sistema compreende dezesseis unidades aéreas Datalink Air (um por ave), uma única unidade terrestre Datalink, e uma estação de controle terrestre (GCS). O objetivo é especificar interfaces, comprimentos de cabo, contagem de portas, e testes de aceitação para que as unidades entregues pelos fornecedores interoperem com o FCC existente (computador de controle de vôo), câmeras (buscadores), e o GCS.

É necessária uma solução completa para estabelecer um link de dados entre um chão estação e 4 Ar UAV units. O sistema deve permitir uma comunicação confiável, controlar, e monitoramento de todos os UAVs simultaneamente. Requisitos técnicos detalhados são fornecidos abaixo.

Visão geral:

• Configuração: 1 × Unidade de Controle de Solo (GCU) comunicando-se com 4 × Unidades Aéreas (Fora de)
• Tipo de comunicação: Link bidirecional ponto-multiponto (Ethernet + UART)
• Alcance: ≥ 80 linha de visão km (A)
• Banda Operacional: 1.4GHz(Banda L)
• Esquema de Modulação: TDD-OFDM / QPSK / 16-QAM
• Requisito de energia: tensão operacional (12V), Limite atual (≤2A)
• Faixa de temperatura: -20°C a 75 °C

Taxa de transferência de dados e largura de banda:

Parâmetro	Exigência	Notas
Taxa de dados de vídeo (por buscador)	5 - 9 Mbps	1080p@ 30 compressão H.264/265 fps
Telemetria + Controlar (por FCC)	200 - 300 kbps	Dados de controle bidirecional baseados em UART
Taxa de transferência de vídeo agregada (4 Fora de)	24 - 36 Mbps	Uplink de vídeo combinado
Telemetria/Controle Agregado	1 Mbps	Insignificante em comparação com o vídeo
Largura de banda de uplink total necessária	≥ 36 Mbps	Com 20% FEC + sobrecarga ≈ 42 Mbps

Requisitos de latência e qualidade:

Parâmetro	Exigência	Notas
Taxa de erro de bits	< 8×10-8	No alcance máximo
Atraso de dados	< 1Senhora	Necessário para operação de busca em tempo real e transmissão de dados
Perda de pacotes	< 1%	Com FEC + Mecanismos ARQ
Correção de erros	FEC + CRC + ARQ	Obrigatório para confiabilidade da telemetria

Link Orçamento & Parâmetros de RF:

Parâmetro	Alvo Valor	Notas
Transmitir energia (Unidade Aérea)	4 – 5 W	–
Transmitir energia (Unidade Terrestre)	4 – 5 W	–
Ganho da Antena (Unidade Aérea)	>3dB	Padrão de antena: Isotrópico
Ganho da Antena (Unidade Terrestre)	12 - 18 dB	Antena Direcional
Sensibilidade do receptor	–103dBm a 10 MHz	Por 10⁻⁵ BER
Margem do link @ 80 km	> 10 dB	Garante vídeo robusto + link de dados

OBSERVAÇÃO:

• Para integração perfeita entre o controlador de vôo CUAV V5+ e periféricos externos, é essencial que o tear UART mantenha uma estrutura de fiação direta e descomplicada. Especificamente, o tear da porta UART deve ser projetado como um conexão em linha reta única sem introdução de conversores adicionais ou placas intermediárias. Isso minimiza possíveis pontos de falha, reduz a latência, e garante uma arquitetura de fiação leve e confiável.
  • Além disso, o tear deve operar na Lógica Transistor-Transistor (Ttl) níveis de tensão, enquanto o controlador de vôo V5+ se comunica via TTL UART. Qualquer desvio do TTL (como níveis RS-232 ou RS-485) exigiria deslocadores ou conversores de nível externos, o que contradiz a exigência de um tear direto. Ao aderir aos padrões TTL, a compatibilidade do sinal é mantida, garantindo:
    • Comunicação direta entre o V5+ e os módulos conectados.
    • Complexidade de hardware reduzida eliminando conversores ou tradutores.
    • Menor peso e maior confiabilidade, já que menos componentes estão envolvidos no caminho do sinal.
    • Integridade de sinal aprimorada, já que estágios de conversão adicionais podem introduzir ruído ou incompatibilidades de tempo.

Para concluir,o projeto do tear deve fornecer estritamente um chicote elétrico UART direto operando em tensões TTL,alinhando-se com as especificações elétricas CUAV V5+ e garantindo ótimo desempenho em aplicações aéreas.

Visão geral do sistema:

Descrição do sistema de alto nível:

1. Quatro UAVs, cada um equipado com:
   1. 1 × Unidade Aérea Datalink
   1. 1 ×FCC (Computador de controle de vôo, Por exemplo, FALSO V5+)
   1. 1 × Buscador / Câmera
2. 1 × Unidade Terrestre Datalink conectada à Estação de Controle Terrestre (GCS).

Fluxo de dados (visão geral): Os dados de vídeo e sensor de cada câmera são fornecidos à sua unidade Datalink Air associada através da porta Ethernet da câmera. Os dados de telemetria e controle entre a FCC e a Unidade Aérea são transportados por um link UART. A Unidade Aérea Datalink transmite esses fluxos através do link de dados para a Unidade Terrestre; a Unidade Terrestre demultiplexa os fluxos e os apresenta ao GCS como um único fluxo Ethernet (vídeo e dados da câmera) e uma única série (UART/USB) fluxo de telemetria.

Requisitos da Unidade Aérea:

Cada unidade aérea Datalink (um por UAV) deve atender aos seguintes requisitos obrigatórios:

1.  Interfaces & Portas (mínimo):

• 1 × porta UART (mínimo). Esta porta será usada para conectividade de telemetria/controle com a FCC (portas de telemetria Telem1 / Telem2 na FCC).
  • 1 × Porta Ethernet (mínimo). Esta porta deve ser usada para receber dados Ethernet da câmera/buscador.

2.  Conectividade de cabo (entregue com o AirUnit):

• 1 × Cabo UART (primário) - comprimento: 1.0 m (±5%). O cabo deve transportar TX, RX, GND e VCC. O cabo deve ter terminação correspondente ao conector UART do Datalink em uma extremidade e ao conector de telemetria FCC na outra.
  • 1 × Cabo Ethernet (primário) - comprimento: 1.0 m (±5%). O cabo deve ser um patch cable Cat5e ou Cat6 blindado padrão com conectores RJ45.
  • 2 × conjuntos sobressalentes (por unidade aérea) - ou seja, dois cabos UART adicionais e dois cabos Ethernet adicionais devem ser fornecidos com cada unidade aérea (total fornecido por unidade = 3 Cabos UART, 3 Cabos Ethernet).

3.  Mecânico & Fisica:

• Os cabos devem ser codificados por cores (recomendado) e ter marcações de direcionalidade claras se as pinagens não forem simétricas.

4.  Elétrica / Protocolo:

UART: Suporta taxas de transmissão comuns de até pelo menos 921600 bps. Fornecer usuário- parâmetros UART configuráveis.

Ethernet: Apoie pelo menos 100 Operação em Mbps (Gigabit preferido). Suporta protocolos de transporte comuns (UDP, RTSP para vídeo e UDP para controle) — a seleção de protocolo específico deve ser configurável.

Requisitos da Unidade Terrestre:

A Unidade Terrestre realiza a demultiplexação dos dados de todas as quatro Unidades Aéreas e apresenta uma interface unificada para o GCS. Os requisitos obrigatórios são:

1.  Interfaces & Portas (mínimo):

• 1 × porta UART (apresentado ao GCS). A Unidade Terrestre deverá agregar fluxos de telemetria de todas as quatro unidades aéreas e apresentá-los ao GCS como uma única interface UART/USB (Por exemplo, a unidade terrestre UART conectada a uma interface USB no GCS).
  • 1 × Porta Ethernet (apresentado ao GCS). A Unidade Terrestre deverá agregar fluxos de câmera/vídeo e dados das quatro unidades aéreas e apresentá-los como uma única interface Ethernet para o GCS.

2.  Comportamento de agregação:

• A Unidade Terrestre aceitará quatro fluxos de dados de entrada independentes (um de cada Unidade Aérea) e demultiplexá-los em um fluxo Ethernet combinado e um fluxo serial combinado. Do GCS’ perspectiva, deve haver apenas um link Ethernet e um link UART para configurar e monitorar.
  • A agregação deve preservar o endereçamento de origem, para que o GCS possa identificar qual fluxo é de qual Bird. A Unidade Terrestre não perderá informações de identificação por ave.

3.  Conectividade de cabo (entregue com a Unidade Terrestre):

• 1 × Cabo UART (primário) - comprimento: 400 milímetros (0.4 m). O cabo deve permitir a conexão da porta UART da unidade terrestre à porta USB do GCS (se o UART da Unidade Terrestre for um UART direto, forneça um cabo adaptador USB-UART). O cabo deve transportar TX, RX, GND e VCC.
  • 1 × Cabo Ethernet (primário) - comprimento: 400 milímetros (0.4 m). O cabo deve ser um patch cable Cat5e/Cat6 blindado com conectores RJ45.
  • 2 × conjuntos sobressalentes — dois cabos UART adicionais e dois cabos Ethernet adicionais fornecidos como peças sobressalentes com a unidade terrestre.

4.  Elétrica / Protocolo:

• A agregação deve ser transparente em relação aos quadros Ethernet para vídeo; quando necessário, a Unidade Terrestre pode reempacotar os fluxos em um único fluxo de transporte, mas deve preservar as informações de tempo e a identificação da fonte por ave.

Multiplexação de telemetria: A Unidade Terrestre deve multiplexar no tempo ou empacotar fluxos de telemetria em um único fluxo UART com enquadramento claro e tags opcionais para distinguir mensagens por identificação de pássaro. O protocolo usado para multiplexação deve ser documentado e suportado pelo software GCS.

Conectividade & Especificações do cabo

Esta seção lista as especificações recomendadas de cabos e conectores para garantir um desempenho confiável em ambientes aéreos e terrestres.

1. Cabos Ethernet (Unidade Aérea -> Câmera e Unidade Terrestre -> GCS): Cabos patch Cat5e ou Cat6 blindados padrão com terminações RJ45. Use totalmente blindado (STP) cabo se a instalação tiver alta EMI.
2. Ethernet comprimento (Ar Unidade): 1.0 m ±5%.
3. Ethernet comprimento (Chão Unidade): 400 mm ±5%.
4. Cabos UART (Unidade Aérea -> Telemetria FCC): 4-cabo condutor (Texas, RX, GND, opcional RTS/CTS). Comprimento: 1.0 m ±5%.
5. UART cabo (Chão Unidade -> GCS USB/UART): 400 mm ±5% (include USB-UART adapter if required by the GCS).
6. Blindagem e aterramento de cabos: 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.

Fornece cabos adaptadores para interface do Datalink UART com conectores de telemetria CUAV V5+ (se a unidade Datalink não expor nativamente um conector compatível).

• Onde a câmera suporta Power-over-Ethernet (PoE) but the Datalink Air Unit does not supply PoE, provide a PoE injector.

Funcional & Requisitos de protocolo

Principais requisitos funcionais e recomendações:

1. Identificação por ave: Cada fluxo de dados (vídeo ou telemetria) 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. Latência e Taxa de transferência: The system shall minimize additional aggregation latency.
4. Confiabilidade: Ground Unit must handle temporary loss of one or more air units gracefully and continue to present remaining streams to the GCS.
5. Interface de configuração: Forneça um método de configuração (um documento detalhado) to set Bird IDs, Taxas de transmissão UART, e prioridades por fluxo.