Çoklu Drone Kontrolü için İHA Veri Bağlantı Sistemi

İHA Veri Bağlantı Sistemine Genel Bakış

The İHA Veri Bağlantı Sistemi güvenilir kılmak için tasarlanmıştır, gerçek zamanlı iletişim, kontrol, Birden fazla insansız hava aracının izlenmesi ve izlenmesi (İHA'lar). Sistem 4 İHA'dan oluşuyor, her biri bir donanıma sahiptir Veri Bağlantısı Hava Ünitesi, a Uçuş Kontrol Bilgisayarı (FCC, Örn., YANLIŞ V5+), ve bir kamera/arayıcı, aynı zamanda bir Veri Bağlantısı Yer Ünitesi bir şeye bağlı Yer Kontrol İstasyonu (GCS).

Anahtar Özellikler

• Yapılandırma: 1 Yer Ünitesi iletişim kuruyor 4 Noktadan çok noktaya çift yönlü bağlantı yoluyla Hava Birimleri (ethernet + UART).
• Aralık & Performans: ≥ 80 Sağlam video ve telemetri bağlantılarıyla km görüş hattı, 1080p videoyu destekliyor 30 fps ve telemetri/kontrol verileri 921600 bps.
• Arayüzler: Hava Birimleri sağlar 1 FCC telemetrisi için UART bağlantı noktası ve 1 Kamera verileri için Ethernet bağlantı noktası. Yer Ünitesi bu akışları toplar ve GCS'ye tek bir UART ve Ethernet arayüzü sunar..
• Kablo & Kablolama: Düz TTL UART bağlantıları gecikmeyi ve karmaşıklığı en aza indirir. Ethernet kabloları, EMI koruması için ekranlamalı standart Cat5e/Cat6 bağlantılarını destekler.
• Güvenilirlik & gecikme: Bit hata oranı < 8×10⁻⁸, veri gecikmesi < 1 Hanım, paket kaybı < 1%, FEC'li, CRC, ve sürekli çalışmayı sağlamak için ARQ mekanizmaları.
• Sistem Esnekliği: Her veri akışı benzersiz bir Bird ID ile etiketlenir, GCS'nin bireysel İHA'ları tanımlamasına ve yönetmesine olanak tanır. Bir veya daha fazla İHA'nın geçici olarak bağlantısı kesilse bile sistem çalışmaya devam eder.

Bu Veri Bağlantı Sistemi, İHA'lar arasında kusursuz entegrasyon sağlar, kameralar, ve yer kontrolü, hafiflik sağlamak, gerçek zamanlı çoklu drone operasyonları için yüksek performanslı çözüm.

Veri bağlantısı gereklilikleri belgeleri

Sistem on altı havadaki Veri Bağlantısı Hava Biriminden oluşur (kuş başına bir tane), tek bir Veri Bağlantısı Yer Ünitesi, ve Yer Kontrol İstasyonu (GCS). Amaç arayüzleri belirtmektir, kablo uzunlukları, bağlantı noktası sayıları, ve tedarikçiler tarafından teslim edilen birimlerin mevcut FCC ile birlikte çalışabilmesi için kabul testleri (uçuş kontrol bilgisayarı), kameralar (arayanlar), ve GCS.

Bir bilgisayar arasında veri bağlantısı kurmak için eksiksiz bir çözüm gereklidir. zemin istasyon ve 4 İHA havası birimler. Sistem güvenilir iletişimi sağlamalıdır, kontrol, ve tüm İHA'ların eş zamanlı izlenmesi. Ayrıntılı teknik gereksinimler aşağıda verilmiştir.

Genel bakış:

• Yapılandırma: 1 × Yer Kontrol Ünitesi (GCU) ile iletişim kurmak 4 × Hava Birimleri (dışında)
• İletişim Türü: Noktadan Çok Noktaya çift yönlü bağlantı (ethernet + UART)
• Aralık: ≥ 80 km görüş hattı (LOS)
• Çalışma Bandı: 1.4GHz(L-Bandı)
• Modülasyon Şeması: TDD-OFDM / QPSK / 16-QAM
• Güç Gereksinimi: çalışma gerilimi (12V), Mevcut eşik (≤2A)
• Sıcaklık Aralığı: -20°C ila 75°C

Veri Çıkışı ve Bant Genişliği:

Parametre	Gereklilik	Notlar
Video Veri Hızı (arayan başına)	5 - 9 Mbps	1080P @ 30 fps H.264/265 sıkıştırma
Telemetri + Kontrol (FCC başına)	200 - 300 kbps	UART tabanlı çift yönlü kontrol verileri
Toplam Video Verimi (4 dışında)	24 - 36 Mbps	Birleşik video uplink'i
Toplu Telemetri/Kontrol	1 Mbps	Videoyla karşılaştırıldığında ihmal edilebilir
Toplam Gerekli Uplink Bant Genişliği	≥ 36 Mbps	İle 20% FEC + genel gider ≈ 42 Mbps

Gecikme ve Kalite Gereksinimleri:

Parametre	Gereklilik	Notlar
Bit Hata Oranı	< 8×10-8	Maksimum aralıkta
Veri Gecikmesi	< 1Hanım	Gerçek zamanlı arayıcı işlemi ve veri iletimi için gereklidir
Paket Kaybı	< 1%	FEC'li + ARQ mekanizmaları
Hata Düzeltme	FEC + CRC + ARQ	Telemetri güvenilirliği için zorunlu

Bağlantı Bütçesi & RF Parametreleri:

Parametre	Hedef Değer	Notlar
İletim Gücü (Hava Ünitesi)	4 – 5 W	–
İletim Gücü (Zemin Ünitesi)	4 – 5 W	–
Anten kazancı (Hava Ünitesi)	>3dB	Anten deseni: İzotropik
Anten kazancı (Zemin Ünitesi)	12 - 18 dB	Yönlü Anten
Alıcı Hassasiyeti	–103dBm @10 MHz	10⁻⁵ BER için
Bağlantı Marjı @ 80 km	> 10 dB	Sağlam video sağlar + veri bağlantısı

NOT:

• CUAV V5+ uçuş kontrol cihazı ile harici çevre birimleri arasında kusursuz entegrasyon için, UART tezgahının bir bakıma sahip olması önemlidir. doğrudan ve karmaşık olmayan kablolama yapısı. Özellikle, UART portundan gelen tezgah şu şekilde tasarlanmalıdır: herhangi bir ek dönüştürücü veya ara kart eklemeden tek düz hat bağlantısı. Bu, potansiyel arıza noktalarını en aza indirir, gecikmeyi azaltır, hafif ve güvenilir bir kablolama mimarisi sağlar.
  • Üstelik, tezgah Transistör-Transistör Mantığında çalışmalıdır (TTL) voltaj seviyeleri, V5+ uçuş kontrolörü TTL UART aracılığıyla iletişim kurduğundan. TTL'den herhangi bir sapma (RS-232 veya RS-485 seviyeleri gibi) harici seviye değiştiriciler veya dönüştürücüler gerektirir, bu doğrudan dokuma tezgâhının gerekliliğine aykırıdır. TTL standartlarına bağlı kalarak, sinyal uyumluluğu korunur, sağlamak:
    • V5+ ile bağlı modüller arasında doğrudan iletişim.
    • Dönüştürücüleri veya çevirmenleri ortadan kaldırarak azaltılmış donanım karmaşıklığı.
    • Daha düşük ağırlık ve geliştirilmiş güvenilirlik, sinyal yolunda daha az bileşen yer aldığından.
    • Geliştirilmiş sinyal bütünlüğü, ek dönüşüm aşamaları gürültüye veya zamanlama uyumsuzluklarına neden olabileceğinden.

Sonuç olarak,tezgah tasarımı kesinlikle TTL voltajlarında çalışan düz bir UART kablo demeti sağlamalıdır,CUAV V5+ elektrik spesifikasyonlarına uygundur ve havadaki uygulamalarda optimum performansı garanti eder.

Sisteme Genel Bakış:

Üst düzey sistem açıklaması:

1. Dört İHA, her biri aşağıdakilerle donatılmıştır:
   1. 1 × Veri Bağlantısı Hava Ünitesi
   1. 1 × FCC (Uçuş Kontrol Bilgisayarı, Örn., YANLIŞ V5+)
   1. 1 × Arayan / Kamera
2. 1 × Yer Kontrol İstasyonuna bağlı Datalink Yer Ünitesi (GCS).

Veri akışı (genel bakış): Her kameradan gelen video ve sensör verileri, kameranın Ethernet bağlantı noktası aracılığıyla ilgili Veri Bağlantısı Hava Birimi'ne sağlanır.. FCC ile Hava Birimi arasındaki telemetri ve kontrol verileri bir UART bağlantısı üzerinden taşınır. Veri Bağlantısı Hava Birimi bu akışları veri bağlantısı üzerinden Yer Birimi'ne iletir.; Yer Ünitesi akışları ayrıştırır ve bunları tek bir Ethernet akışı olarak GCS'ye sunar (kamera videosu ve verileri) ve tek bir dizi (UART/USB) telemetri akışı.

Hava Ünitesi Gereksinimleri:

Her Veri Bağlantısı Hava Birimi (İHA başına bir tane) aşağıdaki zorunlu gereksinimleri karşılayacaktır:

1.  Arayüzler & Limanlar (minimum):

• 1 × UART bağlantı noktası (minimum). Bu bağlantı noktası FCC'ye telemetri/kontrol bağlantısı için kullanılacaktır (telemetri bağlantı noktaları Telem1 / FCC'de Telem2).
  • 1 × Ethernet bağlantı noktası (minimum). Bu bağlantı noktası kamera/arayıcı Ethernet verilerini almak için kullanılacaktır.

2.  Kablo bağlantısı (AirUnit ile birlikte teslim edilir):

• 1 × UART kablosu (öncelik) - uzunluk: 1.0 m (±% 5). Kablo TX taşıyacaktır, RX, GND ve VCC. Kablonun bir ucunda Datalink UART konektörüyle, diğer ucunda FCC telemetri konektörüyle eşleşecek şekilde sonlandırılması gerekir.
  • 1 × Ethernet kablosu (öncelik) - uzunluk: 1.0 m (±% 5). Kablo, RJ45 konektörlü standart ekranlı Cat5e veya Cat6 yama kablosu olacaktır..
  • 2 × yedek setler (Hava Birimi başına) - yani, her Hava Ünitesiyle birlikte iki ek UART kablosu ve iki ek Ethernet kablosu sağlanacaktır. (birim başına sağlanan toplam = 3 UART kabloları, 3 Ethernet kabloları).

3.  Mekanik & Fiziksel:

• Kablolar renk kodlu olmalıdır (tavsiye edilen) ve pin çıkışları simetrik değilse net yön işaretleri bulunmalıdır.

4.  Elektrik / Protokol:

UART: En azından ortak baud hızlarını destekleyin 921600 bps. Kullanıcıyı sağla- yapılandırılabilir UART parametreleri.

ethernet: En azından destek 100 Mb/sn işlemi (Gigabit tercih edildi). Ortak aktarım protokollerini destekleyin (UDP, Video için RTSP ve kontrol için UDP) — özel protokol seçimi yapılandırılabilir olacaktır.

Zemin Ünitesi Gereksinimleri:

Kara Birimi, dört Hava Biriminin tamamından gelen verilerin çoğullama işlemini gerçekleştirir ve GCS'ye birleşik bir arayüz sunar.. Zorunlu gereksinimler şunlardır::

1.  Arayüzler & Limanlar (minimum):

• 1 × UART bağlantı noktası (GCS'ye sunuldu). Yer Ünitesi, dört hava ünitesinin tamamından gelen telemetri akışlarını toplayacak ve bunları tek bir UART/USB arayüzü olarak GCS'ye sunacaktır. (Örn., GCS üzerindeki bir USB arayüzüne bağlı Yer Ünitesi UART).
  • 1 × Ethernet bağlantı noktası (GCS'ye sunuldu). Yer Ünitesi, dört hava ünitesinden gelen kamera/video ve veri akışlarını toplayacak ve bunları GCS'ye tek bir Ethernet arayüzü olarak sunacaktır..

2.  Toplama davranışı:

• Yer Birimi dört bağımsız gelen veri akışını kabul edecektir (her Hava Biriminden bir tane) ve bunların birleştirilmiş bir Ethernet akışına ve birleştirilmiş bir seri akışa ayrıştırılması. GCS'den’ perspektiften bakıldığında, yapılandırmak ve izlemek için yalnızca bir Ethernet bağlantısı ve bir UART bağlantısı olacaktır.
  • Toplama kaynak adreslemeyi korumalıdır, böylece GCS hangi akışın hangi Bird'den geldiğini belirleyebilir. Kara Birimi kuş başına kimlik bilgilerini kaybetmeyecektir.

3.  Kablo bağlantısı (Yer Ünitesi ile birlikte teslim edilir):

• 1 × UART kablosu (öncelik) - uzunluk: 400 aa (0.4 m). Kablo, Zemin Ünitesi UART bağlantı noktasından GCS USB bağlantı noktasına bağlantıya izin verecektir (Yer Ünitesi UART doğrudan bir UART ise, bir USB-UART adaptör kablosu sağlayın). Kablo TX taşımalıdır, RX, GND ve VCC.
  • 1 × Ethernet kablosu (öncelik) - uzunluk: 400 aa (0.4 m). Kablo, RJ45 konnektörlü, blendajlı Cat5e/Cat6 yama kablosu olacaktır..
  • 2 × yedek setler — Zemin Ünitesiyle birlikte yedek parça olarak sağlanan iki ek UART ve iki ek Ethernet kablosu.

4.  Elektrik / Protokol:

• Toplama, video için Ethernet çerçevelerine göre şeffaf olacaktır; Gerektiğinde Kara Birimi, akışları tek bir taşıma akışı halinde yeniden paketleyebilir ancak zamanlama bilgilerini ve kuş başına kaynak tanımlamasını korumalıdır.

Telemetri çoğullaması: Yer Ünitesi, mesajları kuş kimliğine göre ayırt etmek için net çerçeveleme ve isteğe bağlı etiketlerle telemetri akışlarını tek bir UART akışına zaman çoğullama yapacak veya paketleyecektir.. Çoğullama için kullanılan protokol, GCS yazılımı tarafından belgelenmeli ve desteklenmelidir..

Bağlantı & Kablo Özellikleri

Bu bölümde, havadaki ve yerdeki ortamlarda güvenilir performans sağlamak için önerilen kablo ve konnektör özellikleri listelenmektedir..

1. Ethernet kabloları (Hava Ünitesi -> Kamera ve Yer Ünitesi -> GCS): RJ45 sonlandırmalı standart ekranlı Cat5e veya Cat6 yama kabloları. Tamamen korumalı kullanın (STP) kurulumda yüksek EMI varsa kablo.
2. ethernet uzunluk (Hava Birim): 1.0 m ±%5.
3. ethernet uzunluk (Zemin Birim): 400 mm ±%5.
4. UART kabloları (Hava Ünitesi -> FCC telemetrisi): 4-iletken kablo (TX, RX, GND, isteğe bağlı RTS/CTS). Uzunluk: 1.0 m ±%5.
5. UART DVB-T ve ISDB-T Arasındaki Fark (Zemin Birim -> GCS USB/UART): 400 mm ±%5 (GCS tarafından gerekiyorsa USB-UART adaptörünü ekleyin).
6. Kablo ekranlama ve topraklama: Ortak topraklama sağlayın ve topraklama döngülerini önlemek için en iyi uygulamaya göre korumanın bir uçta sonlandırıldığından emin olun. Titreşim bekleniyorsa kilitli RJ45 veya mandallı konnektörler kullanın.

Datalink UART'ı CUAV V5+ telemetri konnektörlerine bağlamak için adaptör kabloları sağlayın (Veri Bağlantısı birimi uyumlu bir konektörü yerel olarak açığa çıkarmıyorsa).

• Kameranın Ethernet Üzerinden Gücü desteklediği yerler (Yetki Belgesi) ancak Datalink Air Unit PoE sağlamıyor, bir PoE enjektörü sağlayın.

İşlevsel & Protokol Gereksinimleri

Temel işlevsel gereksinimler ve öneriler:

1. Kuş Başına Tanımlama: Her veri akışı (video veya telemetri) GCS'nin akışları araçlarla eşleştirebilmesi için benzersiz bir Kuş Kimliği ile etiketlenmesi GEREKİR.
2. Çoğullama Şema: Yer Birimi, telemetri için deterministik bir çoğullama şeması uygulayacaktır. (UART) GCS'nin mesajları Bird ID'ye göre ayrıştırmasına ve yönlendirmesine izin veriyor.
3. gecikme ve Verim: Sistem ek toplama gecikmesini en aza indirecektir.
4. Güvenilirlik: Kara Ünitesi, bir veya daha fazla hava ünitesinin geçici kaybını incelikle ele almalı ve kalan akışları GCS'ye sunmaya devam etmelidir..
5. Yapılandırma Arayüzü: Bir yapılandırma yöntemi sağlayın (ayrıntılı bir belge) Kuş Kimliklerini ayarlamak için, UART baud hızları, ve akış başına öncelikler.