CUAV RTK初步使用体验和感受

记录使用RTK进行无人机定位并操作的使用体验

一. RTK定位设置

使用的是CUAV制作发售的RTK，型号为C9P，目前该产品已经下架，上新了C9PS。
并不需要太多的设置，在飞控接入RTK后（也包括普通的GPS模块），需要重新进行设置才能使用。
RTK在飞控上需要接入的线包括GPS和UART4两个，同时还需要一个数传接入TEMP1；地面站则接入飞控和数传的usb，同时需要打开QGC软件才能进行RTK定位。

二、MAVROS

打开后，可以使用mavros读取到无人机的ROS话题，这是基于mavlink协议的。
查看local_position话题，可以看到坐标还是挺稳定的，但是测试过程中，高度偏差较大，这在后面继续讲到。
然而，在使用XTDrone的communication.py代码进行通信的过程中，原本OK的代码，报错了，显示NED的frame 0不支持之类的。解决方法为，在启动程序后，需要定一个目标地址，否则其默认的NED目标坐标设置在RTK中是不支持的。

三、定位高度

RTK实测中，水平位置的精度可以达到2cm以内，换算就是±1cm，也就是cm级别的精度。
但是高度的抖动和误差比较大，在今天（2022年12月21日）的测试过程中，出现了高度的误差达到了将近2m，在之前的几次误差中，也达到了1m的误差。询问卖家，说这是正常的误差范围。
我也觉得是正常的，GPS对于水平精度还是挺准的，但是对于高度的测量，甚至达到十几米。RTK能达到几米已经很不错了。另外，高度还基于飞控内部的气压计进行测量，由于气压计测量的气压属于变化幅度比较大的那种，在温度、风速等变化下，数值变化巨大。今天测试高度误差更大的一个原因就是风速比较大。
已解决：看第四点下面的内容。

四、高度融合方法

目前想到的是，使用其他方法进行高度互补。首先就是测距模块：超声波或者激光。可以确保在高度不是那么高的情况下进行测高（考虑到户外测试也不需要那么高，以及高了之后也可以忽略这点高度误差）。在测试中，需要考虑场景，比如我们目前的测试是在户外草坪上，激光测距对于这种不规则表面是否会有较大的误差需要考虑到。

1. 首先看能不能直接使用PX4内部的方式进行融合，（挖坑）
2. 使用另外写程序的方法，高度对于PX4的offboard控制影响不是那么大，甚至可以外部写程序，生成一个新的高度数据进行后续的测量。但是这个方法可能会没有上述方法来的灵活，优先上述方法。
3. 已解决：在QGC中进行高度融合设置（EKF_HEIGHT），默认使用的仍然是气压计，但是气压计在有风的情况下精度会很差。修改成GPS后，即可使用RTK的高度，精度也还不错。

五、多无人机RTK

初步测试：可以同时实现一个RTK基站，3个RTK移动站的高精度定位，在多次来回移动后保持高精度。
设置注意事项：由于RTK需要数传，因此也需要一个数传基站，和3个数传移动站。如果什么都没有设置，会导致QGC乱码。设置包括：①固定数传移动站的发射目标地址为数传基站，默认是广播的，影响了其他通道；②在QGC修改无人机编号MAVLINK_SYS_ID，比如分别设置成1、2、3，这样QGC才能够区别出来。
遇到的问题：多架无人机的相对位置并不会体现出来，他们的初始坐标都是自己的，并且初始化不一定为0，可能飘到很远很高的地方。因此在后续中，需要解决该问题。
可能的方法：首先，无人机的初始位置需要合理摆放，确保他们的物理坐标是明确的。其次，要确保无人机的坐标已经稳定，每一架无人机的坐标不一定马上就能稳定。最后，程序上解算相对偏移量。

六、 多无人机RTK测试出现高度变化问题

实际无人机测试情况：由于上述已经将无人机的高度定位修改成了GPS，也就是RTK提供的高度。在单架无人机测试中，无人机可以正常测试，在水平位置和高度保持较为稳定的状态。然而，在三架无人机测试中，主无人机（其中一架）在起飞时，目标高度2m，但是会冲到 8m的高度，但是高度数据显示只提高了2m，勉强起飞后，也会降落。其它两架无人机，或多或少会出现高度数据偏差严重问题。
猜测1：RTK高度定位本来就不太行，1架无人机成功飞行属于是运气好。
猜测2：RTK在多无人机情况下，地面站的数传通信能力有限，发送丢帧导致数据错误。
猜测3：多无人机出现了高度坐标混乱的情况，地面站没有分开发送高度数据。
猜测4：~
这是其中一张图片，图中飞行过程中Z轴的坐标，由于Z轴向下为正，所以看起来式反的。可以看出，Z轴目标点一直没变，但是在40s的时候，测量的z轴高度下降（也就是传感器测量出来无人机往下飞了），为了保持高度，无人机就向上飞了。可以想象，由于未知问题，传感器得到的Z轴高度不断降低（实际并没有下降），无人机为了保持高度而加大油门，导致实际高度不断上升。最后z目标点突然变为1，这点有点难以理解。

七、 上述问题的原因和解决

原因：通过询问客服和分析，可能是RTK数据量大，使用的数传性能不够，导致发送给无人机的定位数据不够，从而引发无人机定位精度偏差大。在后续的测试过程中，仅使用两架无人机后，无人机的定位问题解决了，进一步验证了上述的问题原因。
后续：考虑能否去除QGC除RTK必要数据外的其他数据，以减少负载，让三架无人机也能正常定位和工作。

八、 无人机MAVLINK_SYS_ID设置为其他后无法与mavros连接

问题：在两架无人机测试中，第二架无人机无法通过mavros进行控制，出现无法arm和无法切换offboard的问题，而遥控器是正常控制的。查看topic数据，发现了问题所在：

问题就是connected为false。
解决：通过查看px4.launch文件，发现了其中一个参数要对应修改，修改成2后即可，或者在roslaunch中进行设置：
roslaunch mavros px4.launch tgt_system:=2

九、 继续测试三架无人机的定位飞行

综上，目前已经测试2架无人机，使用RTK定位，在机载电脑offboard控制下正常飞行。需要继续增加无人机数量到3架进行测试。
测试结果：三架无人机时候，继续出现了定位抖动严重的问题，确定了是由于数传通信能力不足导致的RTK无法正常工作。数传只有200bps，即使更贵的数传也不超过300，因为他们是为了远距离而设计的。为此，可以考虑wifi数传，以下是参考资料：

1. csdn的教程：https://blog.csdn.net/u013181595/article/details/90313964
2. PX4官方教程：https://docs.px4.io/main/en/telemetry/telemetry_wifi.html
   可以使用ESP8266或者esp32，如果通信能力不足，可以考虑外接天线版本的esp32。注意是想主要有以下几点：1. 能够设置成sta模式，他们接入路由器，这样才可以一对多通信；2. 固定地面站ip，固定无人机数传的目标地址，防止网络占用；3. 以防机载电脑和wifi数传的通信干扰。

十、 总结

1. 地面站连接多架无人机，需要分别设置MAVLINK_SYS_ID，保证QGC可以区分每架无人机。
2. 上述修改后，mavros指令也需要相应修改，tat_system:=n修改成对应ID，使机载电脑可以正常连接。
3. QGC与多架无人机通信，数传模式为1对多，需要修改移动端数传的发送地址为地面端数传的地址，而不是默认的广播传输，地面站数传不修改为广播发送，保证了通信不被其他信道干扰。
4. 使用RTK后，无人机的高度定位源可以从气压计修改为GPS，可以进一步提高高度定位精度。
5. 测试过程中，请等待RTK初始化成功后测试。

十一、WiFi数传辅助RTK

上述的问题是数传传输速率不足，导致RTK定位失效，因此采用WiFi数传，使用便宜的ESP8266模块，依照官方教程，博客即可实现。

1. 下载官方bin文件，通过在线网页进行烧录。注意esp01s为3.3V供电，飞控提供的是5V引脚，推荐使用ESP-15F使用。另外，如果有问题可以短接G2-GND进行重置。
2. 链接对应wifi，此时还是AP模式，修改相应数据、更改为STA模式：
   
   也可以在QGC进行设置：
   

3. 其中波特率：57600为telem1、uart4接口的默认波特率；921600为telem2的默认波特率。
4. 其中telem1是默认启用的，其他要启用则需要在QGC进行设置：
   
5. 优化：上面的博客说，需要设置地面站目标IP，防止WIFI数传广播数据占用带宽，继续看下如何设置。
6. 增加数传通信能力：默认的57600bps的通信能力有限，可以修改为921600。修改包括：
   1）打开数传ip地址，进入设置，修改为921600。
   
   2）修改qgc参数，包括wifi桥接、telem1波特率、mav波特率