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RTK GPS (PX4 集成)

实时载波相位差分定位 (RTK)能够提供厘米级的定位信息。 这一章节将介绍 RTK 是如何集成到 PX4 中的。

TIP

Instructions for using RTK GNSS are provided in Hardware > RTK GPS. 多个移动的用户可以共用同一个差分基准站发播的差分修正信息,移动用户离差分基准站的距离越近,差分定位更精确。

综述

RTK是使用导航信号的载波相位来进行测距的,而不是使用导航信号所搭载的信息。 它依靠一个单一的参考基站站实时校正,这种校正可以与多个流动站一起工作。

PX4 配置 RTK 需要两个 RTK GPS 模块和一个数传。 The fixed-position ground-based GPS unit is called the Base and the in-air unit is called the Rover. The Base unit connects to QGroundControl (via USB) and uses the datalink to stream RTCM corrections to the vehicle (using the MAVLink GPS_RTCM_DATA message). 在自驾仪上,MAVLink消息包被解包得到RTCM的修正信息,并把这些信息发送给移动站,移动站结合修正信息最终解算得到 RTK 解。

数据链通常能够处理上行数据率为300字节每秒的数据(更详细的信息参考下面的上行数据速率章节)。

支持的 RTK GPS 模块

下面列举的这些设备是经过我们测试的可以在 用户手册 找到。

:::note 大多数设备都有两个变体, 一个基站和一个移动站。 确保选择正确的变体。

自动配置

The PX4 GPS stack automatically sets up the GPS modules to send and receive the correct messages over the UART or USB, depending on where the module is connected (to QGroundControl or the autopilot).

As soon as the autopilot receives GPS_RTCM_DATA MAVLink messages, it automatically forwards the RTCM data to the attached GPS module over existing data channels (a dedicated channel for correction data is not required).

:::note u-blox U-Center RTK 模块配置工具不需要/使用! :::

Both QGroundControl and the autopilot firmware share the same PX4 GPS driver stack. In practice, this means that support for new protocols and/or messages only need to be added to one place.

RTCM 报文

QGroundControl 配置RTK 基地站输出以下 RTCM3.2 帧, 每个帧均为 1 Hz, 除非另有说明:

  • 1005 - 天线参考点的站坐标 XYZ (基站位置), 0.2 Hz。
  • 1077 - 完整的 GPS 伪距、载波相、多普勒和信号强度(高分辨率)。
  • 1087 - 所有 GLONASS 伪距、载波相、多普勒和信号强度(高分辨率)。
  • 1230 - GLONASS 代码相位差。
  • 1097 - 完整伽利略伪距、运载相、多普勒和信号强度(高分辨率)
  • 1127 - 完整的北斗伪距,载波相位,多普勒和信号强度(高分辨率)

上行数据速率

来自基础的原始 RTCM 消息被打包到一个 MAVLink GPS_RTCM_DATA 消息,并且通过数据链接发送。 MAVLink 消息的最大长度是182字节。 根据RTCM的信息类型,MAVLink信息是不会填满的。

RTCM 基础位置消息(1005)长度为 22 字节, 而其他卫星的长度则因可见卫星的数量和卫星信号的数量而异(M8P等L1单元只有一个)。 在真实环境中,对于任一时刻,任何一个导航系统的可用卫星个数不超过12个,因此 300 B/s的上行速率就足够了。

If MAVLink 1 is used, a 182-byte GPS_RTCM_DATA message is sent for every RTCM message, irrespective of its length. 因此,大约每秒上行需求是700多个字节。 这可能导致低带宽半双轨遥测模块 (如3DR Telemetry Radios) 连接的饱和。

If MAVLink 2 is used then any empty space in the GPS_RTCM_DATA message is removed. 由此产生的上行链路需求与理论值 (约 300 字节/秒) 大致相同。

TIP

PX4 自动切换到 MAVLink 2,如果GCS 和遥测模块支持。

MAVLink 2 必须用于低带宽链接以保证 RTK 性能。 Care must be taken to make sure that the telemetry chain uses MAVLink 2 throughout. 您可以使用系统控制台上的 mavlink status 命令验证协议版本:

sh
nsh> mavlink status
instance #0:
        GCS heartbeat:  593486 us ago
        mavlink chan: #0
        type:           3DR RADIO
        rssi:           219
        remote rssi:    219
        txbuf:          94
        noise:          61
        remote noise:   58
        rx errors:      0
        fixed:          0
        flow control:   ON
        rates:
        tx: 1.285 kB/s
        txerr: 0.000 kB/s
        rx: 0.021 kB/s
        rate mult: 0.366
        accepting commands: YES
        MAVLink version: 2
        transport protocol: serial (/dev/ttyS1 @57600)