Архітектура системи управління та зв’язку БПЛА

    Система управління та зв’язку БПЛА складається з бортового радіоелектронного обладнання (РЕО), що встановлюється на БПЛА, та обладнання  Наземної Станції Управління ( НСУ).

  Основними компонентами бортового РЕО  БПЛА   є: 

 –  обладнання зв’язку  БПЛА з НСУ;

– польотний контролер Flight Controller для управління польотом БПЛА та його бортовим обладнанням;

 – контролер управління моторами  (регулятор ходу)  БПЛА  Electronic Speed Controller (ESC);

– контролер управління підвісом  камери Gimbal  Controller, 

– камера (відео та тепловізійна), GPS приймач, датчик повітряної швидкості, лазерний далекомір, навігаційні  датчики Optical Flow, Lidars  та інші   сенсори; 

–  бортовий комп’ютер Companion Computer  зі Спеціальним Програмним Забезпеченням Управління  (СПЗУ),  що реалізує функції підтримки навігації, виявлення, розпізнавання, захоплення (супроводу) та наведення  БПЛА  на ціль, управління озброєнням, іншим обладнанням БПЛА, обробки розвідувальної інформації та  інше.

   Основними компонентами РЕО НСУ є:

–  обладнання зв’язку  НСУ с БПЛА; 

 -комутаційне обладнання  для зв’язку з БПЛА, між компонентами  НСУ, з зовнішніми мережами передачi даних;

– пульт управління Remote Controller  (RC) для  управління БПЛА  пілотом/оператором; 

– комп’ютерне обладнання для  конфігурації та налаштування бортового обладнання БПЛА, НСУ, планування маршрутів польоту, цілевказівки БПЛА, відображення телеметричної, відео, картографічної та іншої інформації.

 

   Ключовою інновацією системи зв’язку та управління  SkyBridge 5G є використання  єдиного  IP каналу зв’язку між БПЛА та НСУ за стандартним  IP протоколом  передачі даних  по основному радіоканалу (IP радіо), а також допоміжному (альтернативному) дротовому IP каналу зв’язку  на оптоволоконному кабелі.

    Радіозв’язок  SkyBridge 5G побудован на використанні  для передачі даних обладнання бездротової мережі Fixed Wireless Access (FWA) виробництва  Сambium Networks (exMotorola) -штаб квартира   Велика Британія, центри розробки в США, Великій Британії, Україні. 

    Сеть працює на частотах 3.4-3.6, 4.9-5.9 ГГц, 5.9-7.2 ГГц і використовує найбільш передову і  найефективнішу на сьогоднішній  день  радіотехнологію  Fixed 5G (радіосигнал  OFDM з 256-1024 FFT, доступ TDD/TDMA/OFDMA/MU-MIMO NxN). Швидкість передачі даних (throughput)  в даній  мережі FWA досягає 2 Гбіт/с із середньою   затримкою (latency) до 5  мс   з надійністю каналу передачі  даних з  бітовою помилкою  (BER)  10  в мінус 6 ступеня.  SkyBridge 5G є складовою частиною  системи зв’язку  та управління БПЛА i включає бортовий комунікаційний модуль – повітряний модуль SkyBridge Air Unit, та пульт управління  з інтегрованим комунікаційним модулем  SkyBridge Remote Controller Unit ( RCU). 

   Бортове обладнання зв’язку  БПЛА  представлено  повітряним модулем   SkyBridge Air Unit. 

    Обладнання зв’язку НСУ c БПЛА и  з зовнішніми мережами передачі даних   представлено:

 – Базовою  (БС)  та Абонентською Станцією (AC) FWA  Cambium Networks; 

– iнтегрованим в Пульт Управління комунікаційним модулем   SkyBidge  Remote Control Unit (RCU);

– комутаційним обладнанням  у складі мережевого  керованого комутатора   Cambium Networks TX1012  для зв’язку з БС, АС, з  Повітряними Модумем  SkyBridge AU та іншими  компонентами  НСУ; 

–  маршрутизатора  SD-WAN    Cambium Networks   NSE 2000 для зв’язку, в тому числі через мережу Інтернет, з пунктами управління військами (КСП, КП бригади, ППУ), інформаційними системами Сил Оборони та ЗСУ. зовнішніми мережами передачі даних. 

   Повітряний модуль     SkyBridge Air Unit 

    Повiтрний Модуль SkyBridge AU забезпечує зв’язок бортового обладнання БПЛА з Наземною Станцією  Управління (НСУ) через радіо та оптичний модем, а також передачу даних між  політним контролером,  камерою з підвісом,  бортовим комп’ютером та  та іншим бортовим обладнанням.

     Радіомодем  модуля  SkyBridge  AU забезпечує зв’язок з НСУ по радіоканалу   FWA за протоколом   UDP IP.

   Оптичний модем модуля  SkyBridge  AU забезпечує зв’язок з НСУ по оптичному каналу зв’язку (оптоволоконному кабелю)  за протоколом   UDP IP.

     Передача даних управління (Remote Control)   з НСУ  на польотний контролер і підвіс (Gimbal) камери через модуль SkyBridgc  AU  здійснюється за стандартним (де-факто) SBUS протоколом управління SBUS over IP. 

     Прийом даних телеметрії (Telemetry) з польотного контролера   і  передача даних через модуль SkyBridgc  AU на НСУ  здійснюється  за стандартним (де-факто)  протоколом MAVLink. 

    Прийом модулем  SkyBridgc  AU  відео та тепловізійного зображення з камери  та передача на НСУ здійснюється за стандартним протоколом  RTSP. 

   Повітряний Модуль SkyBridge AU   сумісний з польотними контролерами  Pixhawk 6 (ArduPilot), F-405, F-7 (Betaflight, iNav),  цифровими  IP камерами (з портом Ethernet), підвісом  Gimbal  камери  з   протоколом  управління SBUS  через  UART порт.

   Бортовой комп’ютер  реалізує функції:

–  навігації БПЛА без   GPS за допомогою   СПЗУ SkyBrigde Positioning, 

– автоматичного наведення БПЛА на повітряну ціль за допомогою  СПЗУ SkyBridge Target Tracking та спеціалізованого програмного забезпечення контролера підвісу камери, в тому числі з використанням  зовнішнього спеціалізованого обчислювального модуля трекінгу.

   Пульт управління G30    SkyBridge RCU 

  Пульт управлення G30 SkyBridge RCU  відноситься до нового покоління ручних (handheld) абонентських терміналів у вигляді сучасних планшетних комп’ютерів з джойстиками, оснащених засобами зв’язку з БПЛА  та призначен для пілотування БПЛА, планування маршрутів польоту, налаштування  та управління  роботою бортового обладнання пилотами та операторами  БПЛА.

    Пульт управлення  G30 з вбудованим комунікаційним   модулем  SkyBridge  RCU підключається до радіообладнання НСУ через коммутатор по кабелю   Ethernet (порт Ethernet RG-45), оптоволоконному кабелю ( порт FC) ,  а  також по  Wi-Fi.

    Важливою інноваційною особливістю системи управління і зв’язку SkyBridge  5G  є локаційне  розділення пульта управління і обладнання  зв’язку з БПЛА  з використанням стандартних протоколів передачі  даних, що забезпечує:

–  просторове (локаційне) рознесення в НCУ  пультів управління (локації пілотів БПЛА) і  обладнання зв’язку до 100 метрів  при використанні кабелю Ethernet  UTP  і  до декількох  сотень  і більше метрів  при використанні   для зв’язку між  пультом управління і комутатором НCУ  оптоволоконного  кабелю;

 – почергове управління одним пілотом множиною БПЛА з одного пульта управління SkyBridge RCU  в топології точка-багатоточка;

– управління пілотами з декількох пультів управління SkyBridge RCU в рамках одного НCУ множиною БПЛА  через  єдину мережу  FWA и оптоволоконному кабелю;

– значне підвищення енергетичного бюджету радіозв’язку та дальності зв’язку за рахунок використання на сторонi НСУ (БС та AC) секторних і спрямованих антен з високим коефіцієнтом посилення, а також зняття обмежень FCC, ETSI на  EIRP (Еквівалентна ізотропно-випромінювана потужність)  на сертифіковані  в ЄС і США радіопередавачі пультів управління;

– використання   для  керування та зв’язку з БПЛА будь-якого іншого  радіо  та дротового обладнання,  що має стек  протоколу TCP/IP.

     Система управління та зв’язку SkyBridge 5G забезпечує зв’язок НСУ з БПЛА по  єдиному  ефективному радіоканалу  або оптичному кабелю за стандартними (де-факто) протоколами  передачі даних управління, телеметрії та відео і  замінює собою  застосування в БПЛА декількох різних, несумісних між собою радіосистем управління, відеопередавачів, передавачів телеметрії, OSD, орієнтованих переважно на побутове застосування,  архітектура яких часто несумісне за протоколами та інтерфейсами  з наземним і бортовим  обладнанням для вирішення багатьох завдань бойового застосування БПЛА.

    Встановлення   повітряного модуля SkyBridge Air Unit на існуючі радіокеровані БПЛА дозволяє  без необхідності переробки та заміни обладнання БПЛА перевести зв’язок на  канал на сучасний зв’язок FWA  Fixed 5G або по оптиці та інтегрувати  ці БПЛА в єдину систему управління та зв’язку військами.

      

               Cхема організації зв’язку   Наземної Станції Управління з БПЛА 

        Повітряний модуль SkyBridge Air Unit  НСУ при роботі на частотах 6ГГц   оснащується   радіомодемом –платою  (PCB)  ePMP 4516  SM виробництва Cambium Networks з  всенаправленою   антеною, що забезпечує зв’язок  БПЛА з НСУ по радіоканалу  на частоті 5925-7125 МГц  на дальності  до 20 км.  SkyBridge   AU  має оптичний інтерфейс,  до якого  може бути підключена котушка з оптоволокном, що забезпечує зв’язок   НСУ з БПЛА по оптоволоконному кабелю на відстані до 20-30 км.               

     Базова  Станція (БС)  НСУ являє собою ePMP 6 GHz 4600L AP MIMO 2×2 виробництва Cambium Networks з рупорною секторною 90 град 6GHz  MIMO 2×2 антеною. Абонентська станція (AC) являє собою –ePMP 4516  SM з інтегрованою антеною,  виробництва Cambium Networks. 

     БС та AC розміщується на щоглі висотою 3-6 метрів  та забезпечує зв’язок НСУ  безпосередньо з бортовим обладнанням БПЛА по радіоканалу FWA в топології точка-точка Point to Point (PtP),  а також через  Наземний і Повітряний Ретранслятори в топології точка-багатоточка (Point to Multipoint ( PtMP)  на загальній відстані 60+ км.

  НСУ може бути підключена до Наземного Ретранслятора  за допомогою   оптоволоконного кабелю.

     В якості Наземного Ретранслятора використовується Базова Станція (БС)  ePMP 6 GHz 4600L AP MIMO 2×2 виробництва Cambium Networks  з рупорною секторною 90 град 6GHz  MIMO 2×2 антеною. 

        Повітряний Ретранслятор розміщується на  БПЛА розвідки, управління і зв’язку   оснащен платою (PCB)  ePMP 6 GHz 4600 MIMO 4×4 з  секторними 90 град антенами,  що забезпечують зв’язок   по радіоканалу FWA  на частоті 5925-7125  МГц  в топології точка-багатоточка (PtMP)  з БПЛА, Наземними та іншими Повітряними Ретрансляторами, НСУ на дальності до 20-30 км. 

     Дана схема організації зв’язку має загальну гібридну  мережеву   MESH топологію.