基于RTK通訊設(shè)計(jì)GNSS無人機(jī)編隊(duì)表演方案

前言：無人機(jī)編隊(duì)表演越來越受到歡迎與喜愛，這也正在代替?zhèn)鹘y(tǒng)的煙花成為新型的多元化的一種傳媒手段。許多的節(jié)假日活動，景區(qū)宣傳，企業(yè)宣傳，展會活動宣傳，都用到了無人機(jī)編隊(duì)表演而更加的聚集人氣。那么，無人機(jī)編隊(duì)表演應(yīng)用到了哪些技術(shù)手段，又如何實(shí)現(xiàn)的呢？

一、什么是無人機(jī)編隊(duì)

即多架無人機(jī)為適應(yīng)任務(wù)要求而進(jìn)行的某種隊(duì)形排列和任務(wù)分配的組織模式，它既包括編隊(duì)飛行的隊(duì)形產(chǎn)生、保持和變化，也包括飛行任務(wù)的規(guī)劃和組織。

二、無人機(jī)編隊(duì)的基本要求

保持各飛機(jī)直接所設(shè)定的相對姿態(tài)和相對位置，可以結(jié)合編隊(duì)模式，通過控制在隊(duì)飛機(jī)相對于某一特定點(diǎn)（或?qū)ο螅┑木嚯x來實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵技術(shù)包括：

隊(duì)形保持：在表演時，不僅要求無人機(jī)編隊(duì)能夠保持隊(duì)形不變，還需要在飛行過程中根據(jù)任務(wù)要求能夠?qū)崿F(xiàn)隊(duì)形變換；

防撞避障：防撞是指在編隊(duì)中各個無人機(jī)之間避免相互碰撞；應(yīng)當(dāng)控制好編隊(duì)中無人機(jī)間飛行距離；

航跡規(guī)劃：無人機(jī)編隊(duì)的路徑規(guī)劃中在把編隊(duì)作為一個整體的條件下，可以看作單無人機(jī)航跡規(guī)劃進(jìn)行處理。應(yīng)當(dāng)設(shè)置好每架飛機(jī)的飛行路徑；

三、無人機(jī)編隊(duì)組成

無人機(jī)編隊(duì)表演硬件主要包括五部分：

1、?機(jī)架動力套裝。

主要包括無人機(jī)骨架、旋翼以及電機(jī)部分；

2、無人機(jī)飛控系統(tǒng)。

無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，是無人機(jī)完成起飛、空中飛行、執(zhí)行任務(wù)和返場回收等整個飛行過程的核心系統(tǒng)。飛控一般包括傳感器、機(jī)載計(jì)算機(jī)和伺服作動設(shè)備三大部分，實(shí)現(xiàn)的功能主要有無人機(jī)姿態(tài)穩(wěn)定和控制、無人機(jī)任務(wù)設(shè)備管理和應(yīng)急控制三大類。編隊(duì)表演也是基于此系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步定制開發(fā)來實(shí)現(xiàn)無人機(jī)編隊(duì)表演的功能；

3、?無人機(jī)集群數(shù)傳系統(tǒng)。

主要控制移動端無人機(jī)之間以及與地面控制端之間數(shù)據(jù)通訊；

4、無人機(jī)集群RTK定位系統(tǒng)。

一般是搭載高精度GNSS定位模塊，保證實(shí)時厘米級定位，完成編隊(duì)要求；

5、LED驅(qū)動控制系統(tǒng)。

主要是無人機(jī)群表演時燈光等外部控件控制。

要進(jìn)行無人機(jī)集群編隊(duì)表演第一個是要解決無人機(jī)定位的問題，傳統(tǒng)的GNSS定位的誤差在米級左右，氣壓計(jì)的誤差也在米級別。所以要在夜空中呈現(xiàn)出漂亮的圖案，需要使用到RTK高精度定位系統(tǒng)。主流的RTK定位方案采用高精度GNSS定位板卡，例如S823高精度定位定向模塊等?；驹砼c測量測繪RTK工作是一致的。都是基站發(fā)送RTK（RTCM）修正數(shù)據(jù)給移動站，移動站實(shí)時厘米級精度輸出。

基于七星耀華S300 RTK地面基站已經(jīng)能夠做到將RTK的修正數(shù)據(jù)通過飛控的數(shù)傳系統(tǒng)發(fā)送給無人機(jī)，也支持基站直接發(fā)送到無人機(jī)，雙鏈數(shù)據(jù)通訊可以保證無人機(jī)實(shí)時的高精度定位。

四、無人機(jī)編隊(duì)通訊搭建

無人機(jī)編隊(duì)要實(shí)現(xiàn)一個地面站控制成百上千臺無人機(jī)實(shí)現(xiàn)集群表演，首先要解決的就是通信的問題。目前主流的有xbee，zigbee，loRa，3DR無線數(shù)傳，WiFi，4G等通信方案。為了方便的接入地面站管理，我們推薦使用wifi和4G這兩種方案中的一種。

使用wifi的優(yōu)勢在于不用接入互聯(lián)網(wǎng)，整個飛機(jī)都在局域網(wǎng)中，使用大功率基站wifi的傳輸距離半徑也可達(dá)到400米左右，滿足編隊(duì)的應(yīng)用場景。某些無人機(jī)甚至只需要地面控制端接入差分，對于帶wifi的RTK基站使用更加方便。其缺點(diǎn)主要在于2.4G的通信容易受干擾?？傮w來說便攜性與經(jīng)濟(jì)性都是十分的可觀。

使用4G數(shù)傳的優(yōu)勢在于通信簡單，采用4G數(shù)傳可以有效的解決無人機(jī)編隊(duì)表演組網(wǎng)的問題，因?yàn)檫@個網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)通過運(yùn)營商解決了，同時也降低了通信受干擾的問題，通信距離也是有保障的。

4G網(wǎng)絡(luò)有什么缺陷呢？

1，經(jīng)濟(jì)性太差，4G數(shù)傳的價格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于wifi的價格；

2，每臺4G數(shù)傳需要配一張SIM卡，SIM卡不方便管理；

3，4G數(shù)傳的高度太差，一般正常的4G數(shù)傳高度在離地300米左右就會沒有信號，這個高度確實(shí)是一個問題，但這對于大部分編隊(duì)表演來說是完全足夠使用的，所以目前采用4G方案的廠家也是非常的多。4G數(shù)傳還有一個問題就是對于基站依賴性特別大，如果某地同時容納的人數(shù)太多的話，會導(dǎo)致基站處理不過來，這樣會導(dǎo)致4G無法工作?？偟膩碚f采用4G數(shù)傳的方案是瑕不掩瑜，很值得推薦使用4G數(shù)傳進(jìn)行編隊(duì)。

五、RTK通訊設(shè)計(jì)

回到RTK的問題，為了讓集群的RTK正常工作，（移動端的RTK只需要接收RTK修正數(shù)據(jù)即可，無需發(fā)送數(shù)據(jù)給基站端），我們需要讓基站的RTK修正數(shù)據(jù)發(fā)送給移動端。主流的有2種處理方式：

1.基站直接通過無線數(shù)傳廣播的形式發(fā)送給移動端。這個方案也是目前采用的最多的方式。采用S300 RTK基站，支持4G/電臺直接播發(fā)給移動站。的。

2.通過將RTK修正數(shù)據(jù)通過wifi/4G發(fā)送給飛控，飛控發(fā)送給移動端。這種方法方便飛控進(jìn)行統(tǒng)一管理，也可以省去移動端一個通訊模塊。

最好的方式是多鏈路數(shù)傳，選擇全功能S300?RTK基站，這樣，在任意一路RTK修正數(shù)據(jù)發(fā)送失敗的情況下，另外一路的冗余可以保證RTK修正數(shù)據(jù)能及時的發(fā)送給移動站，保障定位的準(zhǔn)確性。