Construire un système de communication en fibre optique de haute fiabilité pour les drones tétrables et industriels

La solution: une liaison TTL indépendante + une liaison Gigabit Ethernet

Une architecture commune dans les drones industriels et attachés utilise deux canaux de communication en fibre optique indépendants:

Chaîne 1 TTL sur fibre

Dédié aux commandes critiques et aux données de télémétrie:

• Commandes de contrôle de vol
• Informations sur la position par GPS
• Données d'attitude de l'UMI
• Surveillance de l'état de la batterie et du système
• Signaux de commande d'urgence

Cette communication est très interactive:

Station au sol → UAV
Commandes de contrôle et missions mises à jour

UAV → Station au sol
Télémétrie en temps réel et rétroaction de l'état

Comme la sécurité des vols dépend d'une communication stable, la liaison TTL est physiquement isolée du trafic à large bande passante.

Chaîne 2 Gigabit Ethernet par fibre

Conçus pour la transmission de données volumineuses, y compris:

• Streaming vidéo HD 1080P / 4K
• Appareils à caméra thermique
• Systèmes de traitement de la vision par IA
• Données du nuage de points LiDAR
• Capteurs basés sur IP

Bien qu'Ethernet soit techniquement full-duplex, la plupart des applications de drones ont un modèle de trafic très asymétrique:

UAV → Station au sol
Flux massif de données vidéo et de capteurs

Station au sol → UAV
Seuls les petits paquets de configuration ou les accusé de réception

Un module Ethernet en fibre Gigabit fournit une bande passante suffisante pour la transmission vidéo codée H.264 et H.265 commune.

Pourquoi ne pas mettre TTL et Ethernet sur une seule fibre?

Bien que la conversion de protocole telle que UART-à-IP soit possible, de nombreux systèmes UAV professionnels préfèrent encore des liaisons de communication indépendantes.

Les raisons sont les suivantes:

1L' isolation physique améliore la fiabilité

Si le trafic vidéo augmente soudainement ou si le système Ethernet subit une panne, le canal de contrôle de vol reste intact.

Même quand le lien vidéo échoue:

• Le contrôleur de vol reste en ligne.
• La télémétrie reste disponible.

Les commandes de retour à la maison peuvent encore être exécutées.

Pour les systèmes de drones critiques, la fiabilité a toujours une priorité plus élevée que la réduction du nombre de câbles.

2Compatibilité avec le protocole natif

Beaucoup de composants de drones sont encore basés sur la communication en série native:

• Les contrôleurs de vol MAVLink
• Modules GPS
• Capteurs de l'UMI
• Autres appareils de contrôle
• Dispositifs industriels existants

L'UART/TTL direct sur fibre fournit une solution simple, à faible latence et indépendante du logiciel.

3. Moins de risque de développement

La conversion de la communication en série en Ethernet nécessite des processeurs supplémentaires, des piles logicielles et une gestion du réseau.

Il introduit:

• Délai de latence supplémentaire
• Complicité du logiciel
• Dépendance du système d'exploitation
• Points de défaillance potentiels du système

Pour les drones industriels et de défense, la simplicité signifie souvent une plus grande fiabilité.

Sélection du câble à fibre pour les applications de drones

Contrairement aux câbles à fibre standard, les applications UAV nécessitent des câbles à fibre optique renforcés spécialement conçus.

Les spécifications typiques sont les suivantes:

• Fabrication à partir de fibres mono-mode (G.657.A2)
• Structure à deux ou quatre cœurs
• 1.2 mm de diamètre du câble
• Résistance à la traction de 100 N
• Structure renforcée au kevlar
• Une grande souplesse pour les systèmes d'enroulement

À l'intérieur du câble:

• Fibres optiques pour la communication
• Membre de résistance au kevlar pour la protection contre la traction
• Vêtements de sport

Cette conception permet au câble de résister à la traction continue, aux vibrations et à la rotation pendant le fonctionnement du drone.

Architecture de fibres à deux noyaux typique

Un câble à fibre mono-mode à deux noyaux est l'une des solutions les plus courantes.

Le noyau de fibre 1:

• Gigabit Ethernet sur fibre
• Modules optiques BiDi de 1310/1550 nm
• Vidéo, données d'IA et communication IP

Le noyau de fibre 2:

• Communication en série TTL par fibre optique
• Modules optiques BiDi de 1310/1550 nm
• Contrôle de vol, télémétrie et données des capteurs

Chaque noyau de fibre optique fonctionne comme un canal de communication indépendant en double, assurant un isolement complet entre le contrôle et la transmission de la charge utile.

Tendance future: vers des réseaux de drones entièrement IP

L'industrie des drones évolue progressivement vers des architectures unifiées basées sur Ethernet.

• TSN (réseau sensible au temps)
• ROS 2
• Le middleware DDS
• Plateformes informatiques d'IA
• Réseaux embarqués en gigabit

Les futurs systèmes de drones peuvent intégrer:

• Vidéo
• Télémétrie
• Capteurs
• Le bus CAN
• Données de contrôle de vol

dans un réseau IP déterministe unique.

Cependant, aujourd'hui, de nombreuses plates-formes de drones industriels, attachées, anti-interférences et de défense reposent toujours sur l'architecture à double canal:

TTL sur fibre + Ethernet sur fibre

parce qu'il offre le plus haut niveau de fiabilité.

Solution de l'OLYCOM

OLYCOM fournit des modules de communication en fibre optique compacte adaptés à l'intégration de drones:

Modèle 1: OM610-1V1TWR

Modèle 2: carte TA510-GE-X

• Module à fibre optique TTL
• Transmission UART/TTL transparente
• Communication à faible latence
• Idéal pour les contrôleurs de vol, capteurs et systèmes de télémétrie
• Module de fibre Gigabit Ethernet
• Transmission par Ethernet de 10/100/1000 Mbps
• Prend en charge les flux vidéo haute définition H.264/H.265
• Convient pour les caméras IP, les ordinateurs IA et les charges utiles réseau

Les deux modules peuvent être utilisés individuellement ou combinés dans une architecture de communication UAV à double canal.

Conclusion

Alors que les applications de drones continuent de s'étendre des drones de consommation aux marchés de l'inspection industrielle, de la sécurité et de la défense,La communication par fibre optique est en train de devenir une technologie clé pour réaliser des communications à longue distance, anti-interférence et transmission de haute fiabilité.

La combinaison de TTL sur fibre pour le contrôle critique de mission et Gigabit Ethernet sur fibre pour les charges utiles à large bande passante reste une architecture mature et largement adoptée pour les systèmes de drones professionnels.