UAV-datalänkssystem för kontroll av flera drönare

UAV Datalink System Översikt

De UAV Datalink System är utformad för att möjliggöra tillförlitlig, realtidskommunikation, kontrollera, och övervakning av flera obemannade flygfarkoster (UAVS). Systemet består av fyra UAV, var och en utrustad med en Datalink Air Unit, a Flygkontrolldator (FCC, TILL EXEMPEL., FALSK V5+), och en kamera/sökare, samt en Datalink Ground Unit kopplad till en Markkontrollstation (GCS).

Nyckelfunktioner

• Konfiguration: 1 Markenhet som kommunicerar med 4 Luftenheter via en punkt-till-multipunkt dubbelriktad länk (Eternet + UART).
• Räckvidd & Prestanda: ≥ 80 km siktlinje med robusta video- och telemetrilänkar, stöder 1080p-video kl 30 fps och telemetri/kontrolldata på upp till 921600 bps.
• Gränssnitt: Luftenheter ger 1 UART-port för FCC-telemetri och 1 Ethernet-port för kameradata. Ground Unit aggregerar dessa strömmar och presenterar ett enda UART- och Ethernet-gränssnitt till GCS.
• Kabel & Kabeldragning: Raka TTL UART-anslutningar minimerar latens och komplexitet. Ethernet-kablar stöder standard Cat5e/Cat6-anslutningar med skärmning för EMI-skydd.
• Pålitlighet & Latens: Bitfelfrekvens < 8×10⁻⁸, datafördröjning < 1 Fröken, paketförlust < 1%, med FEC, CRC, och ARQ-mekanismer för att säkerställa kontinuerlig drift.
• Systemflexibilitet: Varje dataström är taggad med ett unikt fågel-ID, tillåter GCS att identifiera och hantera individuella UAV. Systemet fortsätter att fungera även om en eller flera UAV tillfälligt förlorar anslutningen.

Detta Datalink System säkerställer sömlös integration mellan UAV:er, kameror, och markkontroll, ger en lättviktare, högpresterande lösning för realtidsdrift med flera drönare.

Kravdokument för datalänk

Systemet består av sexton luftburna Datalink Air Units (en per fågel), en enda Datalink Ground Unit, och en markkontrollstation (GCS). Syftet är att specificera gränssnitt, kabellängder, hamn räknas, och acceptanstest så att enheter som levereras av leverantörer kommer att samverka med den befintliga FCC (flygkontrolldator), kameror (sökare), och GCS.

En komplett lösning krävs för att upprätta en datalänk mellan en jord station och 4 UAV luft enheter. Systemet ska möjliggöra tillförlitlig kommunikation, kontrollera, och övervakning av alla UAV samtidigt. Detaljerade tekniska krav finns nedan.

Översikt:

• Konfiguration: 1 × Markkontrollenhet (GCU) kommunicera med 4 × Luftenheter (Ut ur)
• Kommunikationstyp: Punkt-till-multipunkt dubbelriktad länk (Eternet + UART)
• Räckvidd: ≥ 80 km siktlinje (Los)
• Operativt band: 1.4GHz(L-band)
• Moduleringsschema: TDD-OFDM / QPSK / 16-QAM
• Strömbehov: driftspänning (12V), Aktuell tröskel (≤2A)
• Temperaturområde: -20°C till 75 °C

Datagenomströmning och bandbredd:

Parameter	Krav	Anteckningar
Videodatahastighet (per sökare)	5 - 9 Mbps	1080p @ 30 fps H.264/265-komprimering
Telemetri + Kontrollera (per FCC)	200 - 300 kbps	UART-baserad dubbelriktad styrdata
Samlad videogenomströmning (4 Ut ur)	24 - 36 Mbps	Kombinerad videoupplänk
Aggregerad telemetri/kontroll	1 Mbps	Försumbar jämfört med video
Total erforderlig upplänksbandbredd	≥ 36 Mbps	Med 20% FEC + overhead ≈ 42 Mbps

Latens och kvalitetskrav:

Parameter	Krav	Anteckningar
Bitfelfrekvens	< 8×10-8	På max räckvidd
Datafördröjning	< 1Fröken	Krävs för realtidssökaroperation och dataöverföring
Paketförlust	< 1%	Med FEC + ARQ-mekanismer
Felkorrigering	FEC + CRC + ARQ	Obligatorisk för telemetritillförlitlighet

Länk budget & RF-parametrar:

Parameter	Mål Värde	Anteckningar
Överföra kraft (Luftenhet)	4 – 5 W	–
Överföra kraft (Markenhet)	4 – 5 W	–
Antennförstärkning (Luftenhet)	>3dB	Antennmönster: Isotropisk
Antennförstärkning (Markenhet)	12 - 18 dB	Riktningsantenn
Mottagarkänslighet	–103dBm @10 MHz	För 10⁻⁵ BER
Länkmarginal @ 80 km	> 10 dB	Säkerställer robust video + datalänk

NOTERA:

• För sömlös integration mellan CUAV V5+ flygkontroller och extern kringutrustning, det är viktigt att UART-vävstolen upprätthåller en direkt och okomplicerad ledningsstruktur. Speciellt, vävstolen från UART-porten bör utformas som en enkel rak linjeanslutning utan att införa några ytterligare omvandlare eller mellanliggande kort. Detta minimerar potentiella felpunkter, minskar latensen, och säkerställer en lätt och pålitlig ledningsarkitektur.
  • Dessutom, vävstolen måste fungera vid Transistor-Transistor Logic (Ttl) spänningsnivåer, eftersom V5+ flygledaren kommunicerar via TTL UART. Eventuell avvikelse från TTL (som RS-232 eller RS-485 nivåer) skulle kräva externa nivåväxlare eller omvandlare, vilket strider mot kravet på en direkt vävstol. Genom att följa TTL-standarder, signalkompatibilitet bibehålls, säkerställa:
    • Direkt kommunikation mellan V5+ och anslutna moduler.
    • Minskad hårdvarukomplexitet genom att eliminera omvandlare eller översättare.
    • Lägre vikt och förbättrad tillförlitlighet, eftersom färre komponenter är involverade i signalvägen.
    • Förbättrad signalintegritet, eftersom ytterligare konverteringssteg kan introducera brus eller tidsfel.

Avslutningsvis,vävstolskonstruktionen bör strikt tillhandahålla ett rakt igenom UART-ledningsnät som arbetar vid TTL-spänningar,anpassar sig till CUAV V5+ elektriska specifikationer och garanterar optimal prestanda i luftburna applikationer.

Systemöversikt:

Systembeskrivning på hög nivå:

1. Fyra UAV, var och en utrustad med:
   1. 1 × Datalink Air Unit
   1. 1 × FCC (Flygkontrolldator, TILL EXEMPEL., FALSK V5+)
   1. 1 × Sökande / Kamera
2. 1 × Datalink Ground Unit ansluten till Ground Control Station (GCS).

Dataflöde (översikt): Video- och sensordata från varje kamera tillhandahålls till dess tillhörande Datalink Air Unit via kamerans Ethernet-port. Telemetri- och kontrolldata mellan FCC och luftenheten överförs via en UART-länk. Datalink Air Unit sänder dessa strömmar över datalänken till markenheten; Ground Unit demultiplexar strömmarna och presenterar dem för GCS som en enda Ethernet-ström (kamera video och data) och en enda serie (UART/USB) telemetriström.

Krav på luftaggregat:

Varje Datalink Air Unit (en per UAV) ska uppfylla följande obligatoriska krav:

1. Gränssnitt & Hamnar (minimum):

• 1 × UART-port (minimum). Denna port ska användas för telemetri-/kontrollanslutning till FCC (telemetriportar Telem1 / Telem2 på FCC).
  • 1 × Ethernet-port (minimum). Denna port ska användas för att ta emot kamera/sökare Ethernet-data.

2. Kabelanslutning (levereras med AirUnit):

• 1 × UART-kabel (primär) — längd: 1.0 m (±5 %). Kabel ska bära TX, RX, GND och VCC. Kabeln måste vara terminerad för att matcha Datalink UART-kontakten i ena änden och FCC-telemetrikontakten i den andra.
  • 1 × Ethernet-kabel (primär) — längd: 1.0 m (±5 %). Kabeln ska vara standardskärmad Cat5e eller Cat6 patchkabel med RJ45-kontakter.
  • 2 × reservsatser (per luftenhet) — d.v.s., två extra UART-kablar och två extra Ethernet-kablar ska levereras med varje luftenhet (totalt levereras per enhet = 3 UART kablar, 3 Ethernet-kablar).

3. Mekanisk & Fysisk:

• Kablar bör vara färgkodade (rekommenderad) och har tydliga riktningsmarkeringar om stiften inte är symmetriska.

4. Elektrisk / Protokoll:

UART: Stöd vanliga överföringshastigheter upp till minst 921600 bps. Ge användaren- konfigurerbara UART-parametrar.

Eternet: Stöd åtminstone 100 Mbps drift (Gigabit föredras). Stödja vanliga transportprotokoll (UDP, RTSP för video och UDP för kontroll) — Specifikt protokollval ska vara konfigurerbart.

Krav på markenhet:

Markenheten utför demultiplexering av data från alla fyra luftenheter och presenterar ett enhetligt gränssnitt till GCS. Obligatoriska krav är:

1. Gränssnitt & Hamnar (minimum):

• 1 × UART-port (presenteras för GCS). Markenheten ska samla telemetriströmmar från alla fyra luftenheterna och presentera dem för GCS som ett enda UART/USB-gränssnitt (TILL EXEMPEL., jordenheten UART ansluten till ett USB-gränssnitt på GCS).
  • 1 × Ethernet-port (presenteras för GCS). Markenheten ska samla kamera-/video- och dataströmmar från de fyra luftenheterna och presentera dem som ett enda Ethernet-gränssnitt till GCS.

2. Aggregationsbeteende:

• Markenheten ska acceptera fyra oberoende inkommande dataströmmar (en från varje luftenhet) och demultiplexera dem till en kombinerad Ethernet-ström och en kombinerad seriell ström. Från GCS’ perspektiv ska det bara finnas en Ethernet-länk och en UART-länk att konfigurera och övervaka.
  • Aggregering måste bevara källadressering, så GCS kan identifiera vilken ström som kommer från vilken fågel. Markenheten ska inte förlora identifieringsinformation per fågel.

3. Kabelanslutning (levereras med markenheten):

• 1 × UART-kabel (primär) — längd: 400 mm (0.4 m). Kabeln ska tillåta anslutning från markenhetens UART-port till GCS USB-porten (om markenheten UART är en direkt UART, tillhandahålla en USB-UART-adapterkabel). Kabeln måste bära TX, RX, GND och VCC.
  • 1 × Ethernet-kabel (primär) — längd: 400 mm (0.4 m). Kabeln ska vara skärmad Cat5e/Cat6 patchkabel med RJ45-kontakter.
  • 2 × reservsatser — två extra UART- och två extra Ethernet-kablar levereras som reservdelar med jordenheten.

4. Elektrisk / Protokoll:

• Aggregeringen ska vara transparent med avseende på Ethernet-ramar för video; där det behövs kan markenheten packa om strömmar till en enda transportström men måste bevara tidsinformation och identifiering av källan per fågel.

Telemetrimultiplexering: Markenheten ska tidsmultiplexa eller paketera telemetriströmmar till en enda UART-ström med tydlig ram och valfria taggar för att skilja meddelanden efter fågel-ID. Protokollet som används för multiplexering måste dokumenteras och stödjas av GCS-programvaran.

Anslutningsmöjligheter & Kabelspecifikationer

Det här avsnittet listar de rekommenderade kabel- och kontaktspecifikationerna för att säkerställa tillförlitlig prestanda i luftburna miljöer och markmiljöer.

1. Ethernet-kablar (Luftenhet -> Kamera och markenhet -> GCS): Standard skärmade Cat5e eller Cat6 patch-kablar med RJ45-avslutningar. Använd helt avskärmat (STP) kabel om installationen har hög EMI.
2. Eternet längd (Luft Enhet): 1.0 m ±5 %.
3. Eternet längd (Jord Enhet): 400 mm ±5 %.
4. UART kablar (Luftenhet -> FCC-telemetri): 4-ledare (TX, RX, GND, valfri RTS/CTS). Längd: 1.0 m ±5 %.
5. UART kabel (Jord Enhet -> GCS USB/UART): 400 mm ±5 % (inkludera USB-UART-adapter om så krävs av GCS).
6. Kabelskärmning och jordning: Tillhandahåll gemensam jord och se till att skärmningen avslutas i ena änden enligt bästa praxis för att undvika jordslingor. Använd låsande RJ45 eller låsande kontakter om vibrationer förväntas.

Tillhandahåll adapterkablar för gränssnitt mellan Datalink UART och CUAV V5+ telemetrikontakter (om Datalink-enheten inte avslöjar en kompatibel kontakt).

• Där kameran stöder Power-over-Ethernet (PoE) men Datalink Air Unit levererar inte PoE, tillhandahålla en PoE-injektor.

Funktionell & Protokollkrav

Viktiga funktionskrav och rekommendationer:

1. Identifiering per fågel: Varje dataström (video eller telemetri) MÅSTE märkas med ett unikt fågel-ID så att GCS kan kartlägga strömmar till fordon.
2. Multiplexering Schema: Markenheten ska implementera ett deterministiskt multiplexeringsschema för telemetri (UART) tillåter GCS att analysera och dirigera meddelanden med fågel-ID.
3. Latens och Genomströmning: Systemet ska minimera ytterligare aggregeringslatens.
4. Pålitlighet: Markenheten måste hantera tillfällig förlust av en eller flera luftenheter på ett elegant sätt och fortsätta att presentera kvarvarande strömmar till GCS.
5. Konfigurationsgränssnitt: Ange en konfigurationsmetod (ett detaljerat dokument) för att ställa in fågel-ID:n, UART baudhastigheter, och prioriteringar per ström.