基于RTK通讯设计GNSS无人机编队表演方案

前言：无人机编队表演越来越受到欢迎与喜爱，这也正在代替传统的烟花成为新型的多元化的一种传媒手段。许多的节假日活动，景区宣传，企业宣传，展会活动宣传，都用到了无人机编队表演而更加的聚集人气。那么，无人机编队表演应用到了哪些技术手段，又如何实现的呢？

一、什么是无人机编队

即多架无人机为适应任务要求而进行的某种队形排列和任务分配的组织模式，它既包括编队飞行的队形产生、保持和变化，也包括飞行任务的规划和组织。

二、无人机编队的基本要求

保持各飞机直接所设定的相对姿态和相对位置，可以结合编队模式，通过控制在队飞机相对于某一特定点（或对象）的距离来实现。关键技术包括：

队形保持：在表演时，不仅要求无人机编队能够保持队形不变，还需要在飞行过程中根据任务要求能够实现队形变换；

防撞避障：防撞是指在编队中各个无人机之间避免相互碰撞；应当控制好编队中无人机间飞行距离；

航迹规划：无人机编队的路径规划中在把编队作为一个整体的条件下，可以看作单无人机航迹规划进行处理。应当设置好每架飞机的飞行路径；

三、无人机编队组成

无人机编队表演硬件主要包括五部分：

1、 机架动力套装。

主要包括无人机骨架、旋翼以及电机部分；

2、无人机飞控系统。

无人机飞行控制系统，是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务和返场回收等整个飞行过程的核心系统。飞控一般包括传感器、机载计算机和伺服作动设备三大部分，实现的功能主要有无人机姿态稳定和控制、无人机任务设备管理和应急控制三大类。编队表演也是基于此系统进行进一步定制开发来实现无人机编队表演的功能；

3、 无人机集群数传系统。

主要控制移动端无人机之间以及与地面控制端之间数据通讯；

4、无人机集群RTK定位系统。

一般是搭载高精度GNSS定位模块，保证实时厘米级定位，完成编队要求；

5、LED驱动控制系统。

主要是无人机群表演时灯光等外部控件控制。

要进行无人机集群编队表演第一个是要解决无人机定位的问题，传统的GNSS定位的误差在米级左右，气压计的误差也在米级别。所以要在夜空中呈现出漂亮的图案，需要使用到RTK高精度定位系统。主流的RTK定位方案采用高精度GNSS定位板卡，例如S823高精度定位定向模块等。基本原理与测量测绘RTK工作是一致的。都是基站发送RTK（RTCM）修正数据给移动站，移动站实时厘米级精度输出。

基于七星耀华S300 RTK地面基站已经能够做到将RTK的修正数据通过飞控的数传系统发送给无人机，也支持基站直接发送到无人机，双链数据通讯可以保证无人机实时的高精度定位。

四、无人机编队通讯搭建

无人机编队要实现一个地面站控制成百上千台无人机实现集群表演，首先要解决的就是通信的问题。目前主流的有xbee，zigbee，loRa，3DR无线数传，WiFi，4G等通信方案。为了方便的接入地面站管理，我们推荐使用wifi和4G这两种方案中的一种。

使用wifi的优势在于不用接入互联网，整个飞机都在局域网中，使用大功率基站wifi的传输距离半径也可达到400米左右，满足编队的应用场景。某些无人机甚至只需要地面控制端接入差分，对于带wifi的RTK基站使用更加方便。其缺点主要在于2.4G的通信容易受干扰。总体来说便携性与经济性都是十分的可观。

使用4G数传的优势在于通信简单，采用4G数传可以有效的解决无人机编队表演组网的问题，因为这个网络已经通过运营商解决了，同时也降低了通信受干扰的问题，通信距离也是有保障的。

4G网络有什么缺陷呢？

1，经济性太差，4G数传的价格远远高于wifi的价格；

2，每台4G数传需要配一张SIM卡，SIM卡不方便管理；

3，4G数传的高度太差，一般正常的4G数传高度在离地300米左右就会没有信号，这个高度确实是一个问题，但这对于大部分编队表演来说是完全足够使用的，所以目前采用4G方案的厂家也是非常的多。4G数传还有一个问题就是对于基站依赖性特别大，如果某地同时容纳的人数太多的话，会导致基站处理不过来，这样会导致4G无法工作。总的来说采用4G数传的方案是瑕不掩瑜，很值得推荐使用4G数传进行编队。

五、RTK通讯设计

回到RTK的问题，为了让集群的RTK正常工作，（移动端的RTK只需要接收RTK修正数据即可，无需发送数据给基站端），我们需要让基站的RTK修正数据发送给移动端。主流的有2种处理方式：

1.基站直接通过无线数传广播的形式发送给移动端。这个方案也是目前采用的最多的方式。采用S300 RTK基站，支持4G/电台直接播发给移动站。的。

2.通过将RTK修正数据通过wifi/4G发送给飞控，飞控发送给移动端。这种方法方便飞控进行统一管理，也可以省去移动端一个通讯模块。

最好的方式是多链路数传，选择全功能S300 RTK基站，这样，在任意一路RTK修正数据发送失败的情况下，另外一路的冗余可以保证RTK修正数据能及时的发送给移动站，保障定位的准确性。