ระบบ UAV Datalink สำหรับการควบคุมโดรนหลายตัว

ภาพรวมระบบดาต้าลิงค์ UAV

The ระบบดาต้าลิงค์ UAV ได้รับการออกแบบเพื่อให้มีความน่าเชื่อถือ, การสื่อสารแบบเรียลไทม์, ควบคุม, และการตรวจสอบยานพาหนะทางอากาศไร้คนขับหลายลำ (uavs). ระบบประกอบด้วย UAV สี่ตัว, แต่ละอันมี ดาต้าลิงค์แอร์ยูนิต, ก คอมพิวเตอร์ควบคุมการบิน (FCC, เช่น, เท็จ V5+), และกล้องถ่ายรูป/ผู้แสวงหา, เช่นเดียวกับก หน่วยกราวด์ดาต้าลิงค์ เชื่อมต่อกับก สถานีควบคุมภาคพื้นดิน (กศน).

คุณสมบัติที่สำคัญ

• การกำหนดค่า: 1 หน่วยภาคพื้นดินกำลังสื่อสารกับ 4 หน่วยอากาศผ่านการเชื่อมโยงแบบสองทิศทางแบบจุดต่อหลายจุด (อีเทอร์เน็ต + UART).
• พิสัย & ผลงาน: ≥ 80 ระยะการมองเห็น 1 กม. พร้อมลิงก์วิดีโอและการวัดระยะไกลที่มีประสิทธิภาพ, รองรับวิดีโอ 1080p ได้ที่ 30 fps และข้อมูลการวัดและส่งข้อมูลทางไกล/การควบคุมสูงสุด 921600 ต่อวินาที.
• การเชื่อมต่อ: แอร์ยูนิตจัดให้ 1 พอร์ต UART สำหรับการวัดและส่งข้อมูลทางไกลของ FCC และ 1 พอร์ตอีเธอร์เน็ตสำหรับข้อมูลกล้อง. หน่วยภาคพื้นดินจะรวมสตรีมเหล่านี้และนำเสนออินเทอร์เฟซ UART และอีเทอร์เน็ตเดียวให้กับ GCS.
• เคเบิล & สายไฟ: การเชื่อมต่อ TTL UART แบบตรงช่วยลดความหน่วงและความซับซ้อน. สายอีเธอร์เน็ตรองรับการเชื่อมต่อ Cat5e/Cat6 มาตรฐานพร้อมชีลด์สำหรับการป้องกัน EMI.
• ความน่าเชื่อถือ & ความหน่วงแฝง: อัตราข้อผิดพลาดบิต < 8×10⁻⁸, ข้อมูลล่าช้า < 1 นางสาว, การสูญเสียแพ็กเก็ต < 1%, กับ FEC, CRC, และกลไก ARQ เพื่อให้การดำเนินงานต่อเนื่อง.
• ความยืดหยุ่นของระบบ: สตรีมข้อมูลแต่ละรายการจะถูกแท็กด้วย Bird ID ที่ไม่ซ้ำกัน, อนุญาตให้ GCS สามารถระบุและจัดการ UAV แต่ละรายการได้. ระบบยังคงทำงานต่อไปแม้ว่า UAV อย่างน้อยหนึ่งลำจะสูญเสียการเชื่อมต่อชั่วคราว.

ระบบดาต้าลิงค์นี้ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการบูรณาการอย่างราบรื่นระหว่าง UAV, กล้อง, และการควบคุมภาคพื้นดิน, ให้น้ำหนักเบา, โซลูชั่นประสิทธิภาพสูงสำหรับการใช้งานโดรนหลายตัวแบบเรียลไทม์.

เอกสารข้อกำหนดการเชื่อมโยงข้อมูล

ระบบประกอบด้วยหน่วยอากาศ Datalink Air จำนวน 16 หน่วย (หนึ่งตัวต่อนก), หน่วยกราวด์ดาต้าลิงค์เดียว, และสถานีควบคุมภาคพื้นดิน (กศน). มีวัตถุประสงค์เพื่อระบุอินเทอร์เฟซ, ความยาวสายเคเบิล, นับพอร์ต, และการทดสอบการยอมรับเพื่อให้หน่วยที่จัดส่งโดยซัพพลายเออร์สามารถทำงานร่วมกับ FCC ที่มีอยู่ได้ (คอมพิวเตอร์ควบคุมการบิน), กล้อง (ผู้แสวงหา), และ สอศ.

จำเป็นต้องมีโซลูชั่นที่สมบูรณ์เพื่อสร้างการเชื่อมโยงข้อมูลระหว่าง พื้น สถานี และ 4 อากาศยูเอวี หน่วย. ระบบควรเปิดใช้งานการสื่อสารที่เชื่อถือได้, ควบคุม, และการติดตาม UAV ทั้งหมดพร้อมกัน. ข้อกำหนดทางเทคนิคโดยละเอียดมีดังต่อไปนี้.

ภาพรวม:

• การกำหนดค่า: 1 × หน่วยควบคุมภาคพื้นดิน (มช) กำลังสื่อสารกับ 4 × หน่วยอากาศ (ออกจาก)
• ประเภทการสื่อสาร: ลิงก์สองทิศทางแบบจุดต่อหลายจุด (อีเทอร์เน็ต + UART)
• พิสัย: ≥ 80 แนวสายตา กม (เดอะ)
• วงปฏิบัติการ: 1.4GHz(L-แบนด์)
• โครงการมอดูเลต: tdd-ofdm / QPSK / 16-QAM
• ความต้องการพลังงาน: แรงดันไฟฟ้าปฏิบัติการ (12วี), เกณฑ์ปัจจุบัน (≤2A)
• ช่วงอุณหภูมิ: -20°ซ ถึง 75°ซ

ปริมาณข้อมูลและแบนด์วิธ:

พารามิเตอร์	ความต้องการ	หมายเหตุ
อัตราข้อมูลวิดีโอ (ต่อผู้ขอ)	5 - 9 Mbps	1080พี @ 30 การบีบอัดภาพต่อวินาที H.264/265
การวัดและส่งข้อมูลทางไกล + ควบคุม (ต่อ FCC)	200 - 300 kbps	ข้อมูลการควบคุมแบบสองทิศทางที่ใช้ UART
รวมปริมาณงานวิดีโอ (4 ออกจาก)	24 - 36 Mbps	อัปลิงค์วิดีโอแบบรวม
การวัด/การควบคุมทางไกลรวม	1 Mbps	เล็กน้อยเมื่อเทียบกับวิดีโอ
แบนด์วิดท์อัปลิงค์ที่จำเป็นทั้งหมด	≥ 36 Mbps	กับ 20% FEC + เหนือศีรษะ data 42 Mbps

ข้อกำหนดด้านเวลาแฝงและคุณภาพ:

พารามิเตอร์	ความต้องการ	หมายเหตุ
อัตราข้อผิดพลาดบิต	< 8×10-8	ที่ช่วงสูงสุด
ข้อมูลล่าช้า	< 1นางสาว	จำเป็นสำหรับการค้นหาแบบเรียลไทม์และการส่งข้อมูล
การสูญเสียแพ็คเก็ต	< 1%	ด้วย FEC + กลไก ARQ
การแก้ไขข้อผิดพลาด	FEC + CRC + ARQ	จำเป็นสำหรับความน่าเชื่อถือของการวัดและส่งข้อมูลทางไกล

ลิงค์งบประมาณ & พารามิเตอร์คลื่นความถี่วิทยุ:

พารามิเตอร์	เป้า ค่า	หมายเหตุ
ส่งกำลัง (หน่วยอากาศ)	4 – 5 W	–
ส่งกำลัง (หน่วยภาคพื้นดิน)	4 – 5 W	–
การได้รับเสาอากาศ (หน่วยอากาศ)	>3เดซิเบล	รูปแบบเสาอากาศ: ไอโซโทรปิก
การได้รับเสาอากาศ (หน่วยภาคพื้นดิน)	12 - 18 เดซิเบล	เสาอากาศทิศทาง
ความไวของผู้รับ	–103dBm @10 เมกะเฮิรตซ์	สำหรับ 10⁻⁵ BER
ระยะขอบลิงค์ @ 80 กม.	> 10 เดซิเบล	รับประกันวิดีโอที่แข็งแกร่ง + ลิงค์ข้อมูล

บันทึก:

• สำหรับการบูรณาการอย่างราบรื่นระหว่างตัวควบคุมการบิน CUAV V5+ และอุปกรณ์ต่อพ่วงภายนอก, มันเป็นสิ่งสำคัญที่เครื่องทอผ้า UART จะดูแลรักษา โครงสร้างสายไฟโดยตรงและไม่ซับซ้อน. โดยเฉพาะ, เครื่องทอจากพอร์ต UART ควรได้รับการออกแบบให้เป็น การเชื่อมต่อแบบเส้นตรงเดียวโดยไม่ต้องมีตัวแปลงหรือบอร์ดตัวกลางเพิ่มเติม. ซึ่งจะช่วยลดจุดที่อาจเกิดความล้มเหลวให้เหลือน้อยที่สุด, ลดความล่าช้า, และรับประกันสถาปัตยกรรมการเดินสายที่มีน้ำหนักเบาและเชื่อถือได้.
  • นอกจากนี้, เครื่องทอจะต้องทำงานที่ทรานซิสเตอร์-ทรานซิสเตอร์ลอจิก (ทีทีแอล) ระดับแรงดันไฟฟ้า, เนื่องจากตัวควบคุมการบิน V5+ สื่อสารผ่าน TTL UART. การเบี่ยงเบนใด ๆ จาก TTL (เช่น RS-232 หรือ RS-485) จะจำเป็นต้องมีตัวจำแลงหรือตัวแปลงระดับภายนอก, ซึ่งขัดแย้งกับความต้องการของเครื่องทอผ้าโดยตรง. โดยยึดถือมาตรฐาน TTL, ความเข้ากันได้ของสัญญาณยังคงอยู่, มั่นใจ:
    • การสื่อสารโดยตรงระหว่าง V5+ และโมดูลที่เชื่อมต่อ.
    • ลดความซับซ้อนของฮาร์ดแวร์โดยกำจัดตัวแปลงหรือนักแปล.
    • น้ำหนักที่ลดลงและความน่าเชื่อถือที่ดีขึ้น, เนื่องจากมีส่วนประกอบน้อยลงในเส้นทางสัญญาณ.
    • ปรับปรุงความสมบูรณ์ของสัญญาณ, เนื่องจากขั้นตอน Conversion เพิ่มเติมอาจทำให้เกิดสัญญาณรบกวนหรือจังหวะเวลาที่ไม่ตรงกันได้.

สรุปแล้ว,การออกแบบเครื่องทอผ้าควรจัดให้มีชุดสายไฟ UART แบบตรงที่ทำงานที่แรงดันไฟฟ้า TTL อย่างเคร่งครัด,สอดคล้องกับข้อกำหนดทางไฟฟ้า CUAV V5+ และรับประกันประสิทธิภาพสูงสุดในการใช้งานทางอากาศ.

ภาพรวมของระบบ:

คำอธิบายระบบระดับสูง:

1. UAV สี่ลำ, แต่ละอันมีอุปกรณ์ครบครัน:
   1. 1 × หน่วยอากาศดาต้าลิงค์
   1. 1 × เอฟซีซี (คอมพิวเตอร์ควบคุมการบิน, เช่น, เท็จ V5+)
   1. 1 × ผู้แสวงหา / กล้อง
2. 1 × Datalink Ground Unit เชื่อมต่อกับสถานีควบคุมภาคพื้นดิน (กศน).

การไหลของข้อมูล (ภาพรวม): ข้อมูลวิดีโอและเซ็นเซอร์จากกล้องแต่ละตัวจะถูกส่งไปยัง Datalink Air Unit ที่เกี่ยวข้องผ่านทางพอร์ตอีเธอร์เน็ตของกล้อง. ข้อมูลการวัดและส่งข้อมูลทางไกลและการควบคุมระหว่าง FCC และ Air Unit จะถูกส่งผ่านลิงก์ UART. หน่วยอากาศ Datalink จะส่งกระแสข้อมูลเหล่านี้ผ่านดาต้าลิงค์ไปยังหน่วยภาคพื้นดิน; หน่วยภาคพื้นดินจะดีมัลติเพล็กซ์ของสตรีมและนำเสนอต่อ GCS ในรูปแบบสตรีมอีเทอร์เน็ตเดียว (วิดีโอและข้อมูลของกล้อง) และซีรีย์เรื่องเดียว (UART/ยูเอสบี) กระแสข้อมูลทางไกล.

ข้อกำหนดหน่วยอากาศ:

แต่ละหน่วยอากาศดาต้าลิงค์ (หนึ่งอันต่อ UAV) จะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดบังคับดังต่อไปนี้:

1. การเชื่อมต่อ & พอร์ต (ขั้นต่ำ):

• 1 × พอร์ต UART (ขั้นต่ำ). พอร์ตนี้จะใช้สำหรับการเชื่อมต่อการวัดและส่งข้อมูลทางไกล/การควบคุมกับ FCC (พอร์ตมาตรระยะไกล Telem1 / Telem2 บน FCC).
  • 1 × พอร์ตอีเธอร์เน็ต (ขั้นต่ำ). พอร์ตนี้จะใช้เพื่อรับข้อมูลอีเธอร์เน็ตของกล้อง/ผู้ค้นหา.

2. การเชื่อมต่อสายเคเบิล (จัดส่งพร้อมกับแอร์ยูนิต):

• 1 × สาย UART (หลัก) - ความยาว: 1.0 ม (±5%). สายเคเบิลจะต้องมี TX, รับ, GND และ VCC. ต้องยุติสายเคเบิลเพื่อให้ตรงกับขั้วต่อ Datalink UART ที่ปลายด้านหนึ่งและขั้วต่อการวัดและส่งข้อมูลทางไกลของ FCC ที่อีกด้านหนึ่ง.
  • 1 × สายอีเทอร์เน็ต (หลัก) - ความยาว: 1.0 ม (±5%). สายเคเบิลต้องเป็นสายแพทช์ Cat5e หรือ Cat6 ที่มีฉนวนหุ้มมาตรฐานพร้อมขั้วต่อ RJ45.
  • 2 × ชุดอะไหล่ (ต่อหน่วยอากาศ) - เช่น., จะต้องจัดหาสาย UART เพิ่มเติมสองเส้นและสายอีเทอร์เน็ตเพิ่มเติมสองเส้นให้กับ Air Unit แต่ละเครื่อง (อุปทานรวมต่อหน่วย = 3 สายยูอาร์ที, 3 สายอีเธอร์เน็ต).

3. เครื่องกล & ทางกายภาพ:

• สายเคเบิลควรมีรหัสสี (ที่แนะนำ) และมีเครื่องหมายทิศทางที่ชัดเจนหาก pinouts ไม่สมมาตร.

4. ไฟฟ้า / มาตรการ:

UART: รองรับอัตรารับส่งข้อมูลทั่วไปสูงสุดเป็นอย่างน้อย 921600 ต่อวินาที. ให้ผู้ใช้- พารามิเตอร์ UART ที่กำหนดค่าได้.

อีเทอร์เน็ต: อย่างน้อยก็สนับสนุน 100 การทำงานของเมกะบิตต่อวินาที (ต้องการกิกะบิต). รองรับโปรโตคอลการขนส่งทั่วไป (UDP, RTSP สำหรับวิดีโอและ UDP สำหรับการควบคุม) — การเลือกโปรโตคอลเฉพาะจะต้องสามารถกำหนดค่าได้.

ข้อกำหนดของหน่วยภาคพื้นดิน:

หน่วยภาคพื้นดินดำเนินการแยกข้อมูลจากหน่วยอากาศทั้งสี่หน่วยและนำเสนออินเทอร์เฟซแบบรวมไปยัง GCS. ข้อกำหนดบังคับคือ:

1. การเชื่อมต่อ & พอร์ต (ขั้นต่ำ):

• 1 × พอร์ต UART (นำเสนอต่อ กคส). หน่วยภาคพื้นดินจะรวมกระแสข้อมูลโทรมาตรจากหน่วยอากาศทั้งสี่และนำเสนอต่อ GCS เป็นอินเทอร์เฟซ UART/USB เดียว (เช่น, Ground Unit UART เชื่อมต่อกับอินเทอร์เฟซ USB บน GCS).
  • 1 × พอร์ตอีเธอร์เน็ต (นำเสนอต่อ กคส). หน่วยภาคพื้นดินจะรวมกล้อง/วิดีโอและสตรีมข้อมูลจากหน่วยอากาศทั้งสี่และนำเสนอเป็นอินเทอร์เฟซอีเทอร์เน็ตเดียวกับ GCS.

2. พฤติกรรมการรวมกลุ่ม:

• หน่วยภาคพื้นดินจะต้องยอมรับสตรีมข้อมูลขาเข้าที่เป็นอิสระสี่รายการ (หนึ่งอันจากแต่ละหน่วยอากาศ) และดีมัลติเพล็กซ์ไปยังสตรีมอีเธอร์เน็ตรวมและสตรีมอนุกรมรวม. จาก สพฐ’ มุมมองจะต้องมีลิงค์อีเธอร์เน็ตเพียงลิงค์เดียวและลิงค์ UART หนึ่งลิงค์เพื่อกำหนดค่าและตรวจสอบ.
  • การรวมต้องรักษาที่อยู่แหล่งที่มา, เพื่อให้ GCS สามารถระบุได้ว่ากระแสใดมาจากนกตัวใด. หน่วยภาคพื้นดินจะไม่สูญเสียข้อมูลประจำตัวของนกต่อตัว.

3. การเชื่อมต่อสายเคเบิล (จัดส่งพร้อมหน่วยภาคพื้นดิน):

• 1 × สาย UART (หลัก) - ความยาว: 400 มม (0.4 ม). สายเคเบิลจะต้องอนุญาตการเชื่อมต่อจากพอร์ต Ground Unit UART ไปยังพอร์ต GCS USB (หาก Ground Unit UART เป็น UART โดยตรง, ให้สายอะแดปเตอร์ USB-UART). สายเคเบิลต้องมี TX, รับ, GND และ VCC.
  • 1 × สายอีเทอร์เน็ต (หลัก) - ความยาว: 400 มม (0.4 ม). สายเคเบิลจะต้องหุ้มฉนวนสายแพตช์ Cat5e/Cat6 พร้อมขั้วต่อ RJ45.
  • 2 × ชุดอะไหล่ - UART เพิ่มเติมสองเส้นและสายอีเธอร์เน็ตเพิ่มเติมสองเส้นที่จัดมาให้เป็นอะไหล่พร้อมกับชุดกราวด์.

4. ไฟฟ้า / มาตรการ:

• การรวมกลุ่มต้องมีความโปร่งใสเกี่ยวกับเฟรมอีเธอร์เน็ตสำหรับวิดีโอ; ในกรณีที่จำเป็น หน่วยภาคพื้นดินอาจบรรจุกระแสข้อมูลใหม่ให้เป็นกระแสการขนส่งเดียว แต่ต้องรักษาข้อมูลเวลาและการระบุแหล่งที่มาต่อนก.

มัลติเพล็กซ์การวัดทางไกล: หน่วยกราวด์จะต้องส่งกระแสข้อมูลระยะไกลแบบมัลติเพล็กซ์หรือแบบแพ็กเก็ตลงในสตรีม UART เดียวพร้อมกรอบที่ชัดเจนและแท็กเสริมเพื่อแยกแยะข้อความตามรหัสนก. โปรโตคอลที่ใช้สำหรับมัลติเพล็กซ์จะต้องได้รับการจัดทำเป็นเอกสารและสนับสนุนโดยซอฟต์แวร์ GCS.

การเชื่อมต่อ & ข้อมูลจำเพาะของสายเคเบิล

ส่วนนี้แสดงรายการข้อมูลจำเพาะของสายเคเบิลและตัวเชื่อมต่อที่แนะนำ เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ในสภาพแวดล้อมทางอากาศและภาคพื้นดิน.

1. สายอีเธอร์เน็ต (หน่วยอากาศ -> หน่วยกล้องและภาคพื้นดิน -> GCS): สายแพทช์ Cat5e หรือ Cat6 ที่มีฉนวนหุ้มมาตรฐานพร้อมขั้วต่อ RJ45. ใช้ป้องกันอย่างเต็มที่ (สทป) สายเคเบิลหากการติดตั้งมี EMI สูง.
2. อีเทอร์เน็ต ความยาว (อากาศ หน่วย): 1.0 เมตร ±5%.
3. อีเทอร์เน็ต ความยาว (พื้น หน่วย): 400 มม. ± 5%.
4. สายยูอาร์ที (หน่วยอากาศ -> การวัดและส่งข้อมูลทางไกลของ FCC): 4-สายเคเบิลตัวนำ (เท็กซัส, รับ, GND, ตัวเลือก RTS/CTS). ความยาว: 1.0 เมตร ±5%.
5. UART สายเคเบิล (พื้น หน่วย -> กศน ยูเอสบี/UART): 400 มม. ± 5% (รวมอะแดปเตอร์ USB-UART หาก GCS กำหนด).
6. การป้องกันสายเคเบิลและการต่อสายดิน: จัดให้มีกราวด์ร่วมและให้แน่ใจว่ามีการสิ้นสุดการป้องกันที่ปลายด้านหนึ่งตามแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด เพื่อหลีกเลี่ยงลูปกราวด์. ใช้การล็อค RJ45 หรือขั้วต่อแบบล็อคหากคาดว่าจะเกิดการสั่นสะเทือน.

จัดเตรียมสายเคเบิลอะแดปเตอร์สำหรับเชื่อมต่อ Datalink UART กับตัวเชื่อมต่อการวัดและส่งข้อมูลทางไกล CUAV V5+ (หากหน่วยดาต้าลิงค์ไม่เปิดเผยตัวเชื่อมต่อที่เข้ากันได้โดยกำเนิด).

• โดยที่กล้องรองรับ Power-over-Ethernet (โพอี) แต่ชุด Datalink Air ไม่ได้จ่าย PoE, จัดให้มีหัวฉีด PoE.

เกี่ยวกับการทำงาน & ข้อกำหนดของโปรโตคอล

ข้อกำหนดและคำแนะนำด้านการทำงานที่สำคัญ:

1. บัตรประจำตัวต่อนก: แต่ละกระแสข้อมูล (วิดีโอหรือการวัดระยะไกล) ต้องติดแท็กด้วย Bird ID ที่ไม่ซ้ำกัน เพื่อให้ GCS สามารถแมปสตรีมไปยังยานพาหนะได้.
2. มัลติเพล็กซ์ โครงการ: หน่วยภาคพื้นดินจะต้องใช้แผนมัลติเพล็กซ์แบบกำหนดสำหรับการวัดและส่งข้อมูลทางไกล (UART) อนุญาตให้ GCS แยกวิเคราะห์และกำหนดเส้นทางข้อความด้วย Bird ID.
3. ความหน่วงแฝง และ ปริมาณงาน: ระบบจะลดเวลาแฝงในการรวมเพิ่มเติมให้เหลือน้อยที่สุด.
4. ความน่าเชื่อถือ: หน่วยภาคพื้นดินจะต้องจัดการกับการสูญเสียอากาศหนึ่งหน่วยขึ้นไปชั่วคราวอย่างสง่างาม และนำเสนอกระแสน้ำที่เหลืออยู่ให้กับ GCS ต่อไป.
5. อินเทอร์เฟซการกำหนดค่า: ระบุวิธีการกำหนดค่า (เอกสารรายละเอียด) เพื่อตั้งค่ารหัสนก, อัตรารับส่งข้อมูล UART, และลำดับความสำคัญต่อสตรีม.