RTK产品如何与无人机接口？

RTK产品与无人机的“接口”是一个多层次、多维度的连接与协作体系，它不仅仅是物理插头，更包含了数据流、软件配置和协议协同，我们可以从以下几个层面来理解这个接口：

物理接口 - “线缆怎么连？”

这是最直观的连接方式,负责将RTK设备的电信号和数据信号传输到无人机飞控。

A. RTK设备端（移动站/机载站）

RTK设备本身通常不带无线数传,它需要通过一个数传电台或4G/5G模块将差分数据发送回地面站，它也需要接收来自无人机的定位数据。

• 电源接口：为机载RTK模块供电，常见类型有：
  • XT60 / XT30：大疆等无人机常用接口，方便直接从飞控或电池取电。
  • JST GH：小巧的接口，常见于小型RTK模块。
  • 端子线：需要用户自己接线，灵活性高。
• 数据接口：传输差分数据（从RTK到数传）和定位数据（从RTK到飞控），常见类型有：
  • 串口：这是最核心、最通用的接口，通常使用 TTL电平 或 RS232电平。
    • TXD (发送)：RTK模块通过此端口向外发送自己的定位数据（经纬高、姿态等）。
    • RXD (接收)：RTK模块通过此端口接收来自地面站的差分修正数据。
  • USB接口：部分RTK模块（如ZED-F9P）自带USB口，主要用于：
    1. 地面配置：连接电脑，对模块进行参数设置、固件升级。
    2. 机载直连：某些无人机（如大疆M300/M350）的智能电池或遥控器有USB口，可以直接连接，实现供电和数据传输，省去数传。

B. 无人机端（飞控）

无人机飞控是接收和处理RTK数据的核心。

• 串口：这是最关键的物理接口，飞控上预留了多个串口，用户需要通过设置，将其中一个串口配置为“串口4”或“串口5”（具体取决于飞控型号）来接收RTK数据。
  • 注意电平匹配：RTK模块通常是TTL电平，而飞控的串口也多为TTL电平，如果RTK模块是RS232电平，则需要电平转换板，否则会烧毁设备。
• CAN总线：在一些高端无人机（如大疆M300/M350/M350 RTK）中，RTK模块通过CAN总线与飞控连接，这是一种更先进、抗干扰能力更强的总线协议，可以实现供电、数据和指令的高速传输，并且支持“热插拔”，这种情况下，物理接口通常是专用的CAN连接器。

C. 地面站端（基准站）

• 数传电台：地面基准站的RTK模块通过串口连接到一个数传电台。
• 数传电台的天线：连接到数传电台，用于将差分信号无线发送到空中的无人机。
• 4G/5G模块/手机热点：如果使用网络RTK，则RTK模块通过USB或串口连接一个4G/5G模块或直接连接到提供热点的手机上，通过NTRIP协议从CORS服务器获取差分数据。

数据流与协议接口 - “数据怎么对话？”

物理连接只是基础,数据如何被正确理解和执行才是关键。

A. 差分数据协议（RTK -> 数传 -> 飞控）

这是从地面基准站到无人机的数据流。

• NTRIP (Networked Transport of RTCM via Protocol)：网络RTK的行业标准协议，无人机上的RTK模块通过4G/5G网络，向一个NTRIP服务器（通常是CORS站）发送请求，服务器再将差分数据通过NTRIP协议推送给无人机，这是目前最主流、最便捷的方式。
• RTCM (Radio Technical Commission for Maritime Services)：差分数据的通用数据格式，无论是通过数传电台还是NTRIP，传输的都是RTCM格式的数据。
  • RTCM 3.x：现代标准，包含多种消息类型，如1005 (站健康信息), 1074 (GNSS观测值), 1084 (GLONASS观测值), 1094 (Galileo观测值), 1230 (GLONASS码差分), 1127 (Galileo码差分)等，高精度RTK模块（如u-blox ZED-F9P）支持多种RTCM消息类型。
• proprietary format：一些厂商（如大疆）有自己的私有差分协议，但其底层也基于RTCM标准。

B. 定位数据协议（RTK -> 飞控）

这是从机载RTK模块到无人机飞控的数据流,告诉飞控“我现在精确的位置在哪里”。

• UBX (U-Blox Binary Protocol)：u-blox公司（全球主流RTK芯片供应商）的二进制协议，效率高，解析速度快，这是目前无人机领域最主流的定位数据协议。
  • UBX-CFG-CFG：配置消息。
  • UBX-CFG-RST：复位消息。
  • UBX-MON-MON：监控消息。
  • UBX-NAV-PVT：最关键的消息，包含PVT（Position, Velocity, Time）信息，即高精度的位置、速度和时间数据，飞控主要解析这个消息来获取厘米级定位。
• NMEA-0183 (National Marine Electronics Association)：一种基于ASCII的文本协议，可读性强，通用性广，虽然效率低于UBX，但仍然被广泛支持。
  • GGA (Global Positioning System Fix Data)：最常用的消息，包含时间、纬度、经度、定位质量、卫星数量、HDOP（水平精度因子）、天线高度等信息，对于RTK，关键看质量指示符，当其为4或5时，表示已固定解。
  • VTG (Track Made Good and Ground Speed)：地面速度和航向信息。
• RTCM 3.x：除了作为差分数据输入，RTCM 3.x也包含高精度的PVT消息（如消息类型 1097），部分飞控也支持解析此格式。

软件与配置接口 - “参数怎么设？”

这是确保整个系统协同工作的“大脑”。

A. RTK模块配置软件

• u-blox u-center：用于配置u-blox系列RTK模块的官方软件，通过它，可以：
  • 设置模块工作模式（仅GPS, GPS+GLONASS, GPS+Galileo等）。
  • 配置串口波特率、数据位、停止位、校验位（必须与飞控设置完全一致！）。
  • 配置NTRIP客户端,输入服务器地址、端口、用户名、密码和NTRIP播报名称。
  • 实时监控数据流、定位状态（单点、浮点解、固定解）、卫星星图等。

B. 飞控/地面站软件

• DJI Assistant 2 / DJI Pilot：配置大疆无人机的软件，在飞控设置中，需要：
  • 开启RTK功能。
  • 选择RTK数据源：是外置串口RTK还是内置RTK。
  • 配置串口：选择哪个串口作为RTK数据输入口，并设置正确的波特率（如57600, 115200）。
  • 设置RTK模式：选择“移动站”（常规RTK）或“固定站”（RTK-PP，需要地面站也配置RTK）。
  • 设置差分数据源：如果使用网络RTK，输入NTRIP服务器信息；如果使用数传，则选择对应的数传电台。
• Mission Planner / QGroundControl：配置开源飞控（如Pixhawk）的软件，配置流程类似，但更加灵活，需要用户手动配置所有串口参数。

实践案例：以大疆M350 RTK无人机为例

1. 物理连接：
   • 机载：将内置的DJI D-RTK 2移动站模块通过专用的CAN总线接口连接到机身。
   • 地面：将D-RTK 2基准站通过数传电台连接好，并架设天线。
2. 数据流配置：
   • 地面站：通过DJI Assistant 2配置基准站，开启NTRIP客户端，输入CORS服务器信息。
   • 无人机：在DJI Pilot App中，选择“网络RTK”模式，或选择“数传电台”模式并指定对应的频点。
3. 协议与数据：
   • 地面基准站通过NTRIP协议从服务器获取RTCM 3.x差分数据。
   • 数据通过4G/5G网络（网络RTK）或数传电台（自建基站）发送给无人机。
   • 无人机上的D-RTK 2模块接收差分数据，并输出UBX-NAV-PVT定位数据流给飞控。
   • 飞控接收到数据后,将无人机的位置锁定在厘米级，并应用在航线飞行、精准悬停、摄影测量等任务中。

RTK与无人机的接口是一个系统工程，可以概括为：

要成功搭建一个RTK无人机系统,必须确保这三个层面的接口都正确、兼容且配置一致，任何一个环节出错，都可能导致无法获得固定解，从而无法实现厘米级定位精度。

标签： RTK无人机连接方法 无人机RTK接口设置 RTK模块无人机集成