无人机双GPS如何正确安装？

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核心概念：为什么要装双GPS？

在开始安装前,先理解双GPS的主要目的：

（图片来源网络，侵删）

提高精度和可靠性：两个GPS天线可以提供更精确的姿态和位置信息，尤其是在高楼林立或信号干扰强的环境中。
实现RTK/PPK功能：这是双GPS最重要的应用，通过连接地面基站或使用CORS（连续运行参考站）网络，可以实现实时动态差分或后处理动态差分，将定位精度从米级提升至厘米级，这对于测绘、巡检、精准农业等应用至关重要。
增强冗余：如果一个GPS天线或模块出现故障，另一个可以作为备份，提高飞行安全性。

第一步：准备工作

在动手之前,请确保你已经准备好以下所有物品：

硬件清单

无人机平台：通常是支持双GPS的六旋翼或八旋翼无人机。
主飞控：必须支持双GPS输入（如Pixhawk系列、CubePilot、Holybro等）。
两个GPS/RTK模块：
- 普通双GPS：两个独立的GPS模块（如NEO-M8N）。
- RTK双GPS：一个RTK模块，它通常包含两个天线接口（如ZED-F9P, EMLID Reach M2/M+），这是目前最主流的方案。
两个GPS天线：两个性能相同的GPS天线，通常带有磁吸底座，方便安装。
两条低损耗射频同轴线：用于连接GPS模块和天线，这种线缆对信号衰减较小，长度要足够从天线位置连接到飞控。
必要的工具：螺丝刀、扎带、热缩管、电工胶带、万用表（可选）。
地面站软件：QGroundControl (QGC) 是最常用和推荐的。

软件与固件

最新版飞控固件：ArduPilot 或 PX4。
最新版地面站软件：QGroundControl。

第二步：硬件安装

这是最关键的一步,安装的好坏直接影响信号质量和最终精度。

天线安装（重中之重）

双GPS天线的安装位置和相对关系有严格要求,必须保证它们之间的距离足够远，并且与机身中的电子设备（如电调和图传发射器）保持距离。

安装位置：
（图片来源网络，侵删）
- 理想位置：将两个天线安装在无人机的对角线或前后两端，一个安装在机臂前端，另一个安装在机臂后端，这样可以最大化两个天线之间的物理距离，获得最好的基线效果。
- 距离要求：两个天线之间的中心距离建议在30cm到60cm之间，距离越长，基线越长，精度越高，但对安装和固件配置的要求也越高。
- 远离干扰源：天线必须远离金属结构、电机、电调和图传发射器，这些设备会产生电磁干扰，严重影响GPS信号，通常建议安装在机臂末端或机身上方开阔的位置。
安装方向：
- 必须保持垂直：两个GPS天线都必须垂直于地面水平安装，任何倾斜都会导致信号接收不良，严重影响RTK的固定解速度和精度。
- 天线朝向：天线顶部的陶瓷贴片应朝向天空，不要有任何遮挡。

模块与线缆连接

GPS模块安装：将GPS模块固定在机身内部一个平稳、振动小且干燥的位置，最好用海绵或泡沫垫减震。
连接线缆：
- 将两根射频同轴线的一端分别连接到两个GPS天线。
- 将另一端连接到GPS模块的两个天线接口（通常标记为 RF_IN 和 RF_IN2 或 ANT1 和 ANT2）。务必连接正确，如果接反，RTK功能将无法工作。
- 将GPS模块通过串口线连接到飞控,常见的连接方式是：
  - 主GPS：连接到飞控的 TELEM2 或 SERIAL4/5 等串口。
  - 从GPS（或RTK的串口）：连接到飞控的另一个串口，如 TELEM1 或 SERIAL2。
供电：确保GPS模块已正确供电，通常通过串口线或独立的线缆从飞控的电源模块获取。
（图片来源网络，侵删）

连接示意图（以RTK模块为例）：

[无人机机臂] ---- (射频线缆) -----> [GPS天线1]
                                       |
                                       v
[飞控] <---- (串口线) ---- [RTK模块 (如ZED-F9P)]
                                       |
                                       v
[无人机机臂] ---- (射频线缆) -----> [GPS天线2]

第三步：飞控固件配置

硬件连接好后,需要在地面站软件中进行配置。

连接地面站

用数据线将电脑和飞控连接,打开QGroundControl。

安装/更新固件

确保你的飞控上运行的是最新版的ArduPilot或PX4固件。

参数设置（以ArduPilot为例）

在QGC的 "Vehicle Setup" -> "Parameters" 中进行设置。

启用GPS1和GPS2：
- SERIAL1_PROTOCOL (或你连接主GPS的串口)：设置为 2 (GPS)。
- SERIAL2_PROTOCOL (或你连接第二个GPS/RTK的串口)：设置为 2 (GPS)。
- GPS_TYPE: 设置为 0 (自动检测) 或 1 (u-blox)。
设置GPS1为主GPS：
- GPS1_TYPE: 设置为 1 (u-blox)。
- GPS1_ENABLED: 设置为 1 (启用)。
- GPS1_USE: 设置为 1 (使用此GPS)。
设置GPS2为辅助/RTK GPS：
- GPS2_TYPE: 设置为 1 (u-blox)。
- GPS2_ENABLED: 设置为 1 (启用)。
- GPS2_USE: 设置为 2 (辅助/RTK)。
启用RTK功能（如果使用RTK模块）：
- RTK_ENABLED: 设置为 1 (启用)。
- RTK_MODE: 设置为 0 (Survey-in，初始整定) 或 1 (Fixed，固定解)，首次使用建议从 Survey-in 开始。
- RTK_GNSS: 设置为你使用的卫星系统组合，如 31 (GPS+GLONASS+BDS+Galileo)。
设置基线长度：
- GPS_BASIS_LENGTH: 必须准确填写你两个天线中心之间的实际距离，单位是米，如果你的两个天线相距40cm，就填写 4，这个参数对RTK解算至关重要。
设置主GPS为源：
- GPS_PRIMARY: 设置为 1 (GPS1为主)。

第四步：测试与校准

配置完成后,需要进行严格的测试。

检查GPS信号

将无人机放置在开阔的户外天空下,开机。
在QGC的 "Analyze Tools" -> "GPS NMEA Data" 中查看。
你应该能看到两个GPS都在正常工作,有足够多的卫星（通常12颗以上）和良好的信噪比。

检查RTK状态（仅RTK）

在QGC的 "Analyze Tools" -> "GPS NMEA Data" 中，找到RTK模块输出的GGA或RMC语句。
你需要关注 "Mode" 字段：
- DGNSS：差分GPS，精度在亚米级。
- Float：浮点解，精度在分米级到米级，是进入固定解前的过渡状态。
- Fixed：固定解，这是最佳状态，表示达到了厘米级精度。
在开阔地区,获得固定解可能需要几分钟时间，如果长时间无法进入固定解，请检查：
- 天线安装是否垂直？
- 天线位置是否被遮挡或靠近干扰源？
- 射频线缆是否接反或损坏？
- GPS_BASIS_LENGTH 参数是否设置正确？

飞行测试

首次飞行务必谨慎！
在手动模式下,测试无人机的悬停稳定性，双GPS应该能提供比单GPS更稳定的悬停效果。
可以尝试小范围、低高度的自动飞行，检查定位是否准确。

常见问题与排错

问题1：只有一个GPS在工作。
- 排错：检查串口协议和GPSx_ENABLED参数设置，检查线缆连接是否牢固。
问题2：RTK长时间无法进入固定解。
- 排错：
  1. 天线：检查天线是否垂直，周围有无遮挡物。
  2. 干扰：将天线移离电机、电调和图传。
  3. 线缆：更换射频线缆或检查接口是否拧紧，这是最常见的原因。
  4. 参数：确认GPS_BASIS_LENGTH填写正确。
  5. 环境：当前环境是否适合RTK？高楼峡谷会严重影响信号。
问题3：飞行时定位跳变。
- 排错：通常是信号干扰或天线安装问题，重新检查天线安装位置和线缆屏蔽。