UBLOX, конфигурация модулей под APM 2.5 и сравнение антенн.

Все описанное говорю для приемника LEA6M, на breakout плате от RCtimer. Но, на моем будущем GPS - LEA7N, как конфигурация(ГЛОНАСС только добавится), так и общие принципы - будут применимы.

1. Антенны.

Стоит вспомнить курс СВЧ, и именно подраздел "Антенны", где нам, сопливым студентам, вдалбливали, с помощью зубодробительно математики - антенна является одним из самых важных элементов приемо-передающей системы, и от правильного выбора и её эксплуатации зависит не только качество работы, но и её надёжность. Несмотря на внешнюю простоту, проектирование антенны требует не меньше сил, труда и инженерной мысли, чем создание даже самого сложного электронного устройства. Рассчитывать и создавать антенну GPS, мы конечно не будем, не из-за "невозможности", а из-за нерациональности трат времени и сил. Хороший квадрофиляр(см картинку), для GPS сделать самостоятельно вполне реально - но выигрыш в условиях полетной платформы это не даст, только лишние трудозатраты, в отличии от изначально хорошего выбора антенны.
Квадрофилярная антенна для GPS(самоделка):

Коммерчески доступные антенны так-же делятся на несколько подклассов:
- Пассивные патч антенны

- Активные патч антенны(на фото антенны Trimble)

- Квадрофилярные антенны(пассивные и активные)

Выбор антенны для летающего дрона - не так тривиален, как может сходу показаться. Да, можно поставить любую - и "как-то" оно работать будет. Откровенно неработающих решений на рынке нет. Но вот - достичь высокой степени точности и наименьшего дрейфа координат - надо в некоторых случаях постараться. Стоит так-же иметь ввиду - антенна собирает на себя весь "шум" в своем рабочем диапазоне(1560-1590МГц). И уменьшение шумов(особливо гармоник на данном диапазоне частот) в данном диапазоне - даст качественную прибавку к скорости acquire и качеству получаемых координат.

Пассивные антенны - просты, нечему ломаться, но уровень усиления у них недостаточен, особенно в сложных условиях(ветки деревьев/пролет под конструкциями и пр). Активные антенны - другая история, качественно исполненный низкошумящий усилитель антенны - это совсем непросто, и китайцы здесь проигрывают. На карбоновой платформе, может(я лично еще не пробовал) - показать хороший результат квадрофиляр, особенно при другой направленности круговой поляризации от видеолинка(допустим видео - "правое" по круговой поляризации, а GPS "левая", таким образом мы существенно снижаем помехи от мощного СВЧ сигнала рядом). Но... Я его еще не пробовал. А вот получив ряд непонятных(сильный "дрейф" координат) результатов - был вынужден изучить рынок антенн, и открыть для себя, эксперементально, существенную разницу между "брендом" и "китаем" в виде сильного различия итоговых результатов, от одинаковых с виду, антенн.

Ремарка*: патч антенны - а именно все, вне зависимости, активная/пассивная, в "голом" виде - ОЧЕНЬ чувствительны к статике. Быть аккуратным, и соблюдать правила антистатического обращения с чувствительными приборами.

Для сравнения - две антенны:

- Китайская "активная", керамический патч 25х25, без подложки. Вскрывал антенну(спаивал экранирующую крышку усилителя) - внутри пустота. Пара СВЧ транзисторов, и все. Спаяно "криво", даже странно что ОНО работает.

- Trimble 66801-00, активная, керамический патч 15х15, без подложки. У антенны другой "хвост" - H.FL, а не U.FL как у китайцев. Т.к. переобжать эти коннекторы нереально - я спаивал экран, и перепаивал целиком патч до антенны на шнурок с U.FL разъемом. И была возможность сравнить внутренности двух антенн, китайца и Trimble - небо и земля - Trimble имеет и встроенный SAW фильтр, и сложный механизм фильтрации питания антенны, и явно вдумчиво спроектированный малошумящий усилитель, пайка очень аккуратна, все сделано на высшем уровне.

У антенны другой "хвост" - H.FL, а не U.FL как у китайцев. Т.к. переобжать эти коннекторы нереально - я спаивал экран с задней части антенной сборки, и перепаивал целиком патч до антенны на шнурок с U.FL разъемом. И была возможность сравнить внутренности двух антенн, китайца и Trimble - небо и земля - Trimble имеет и встроенный SAW фильтр, и сложный механизм фильтрации питания антенны, и явно вдумчиво спроектированный малошумящий усилитель, пайка очень аккуратна, все сделано на высшем уровне.

У UBLOX u-center, есть отличная вещь - "график" девиаций, т.е. отклонений от рассчетной координаты/относительно времени замеров. Очень явно показывает прыжки координат. Ниже сравнение двух антенн на одинаково настроенном, и одинаковом приемнике. Место расположения, и все остальные внешние условия - идентичны(вплоть до сантиметров расположения, и времени измерений).
Найдите разницу :)

Резюмируя: Выбор антенны - для летающих дронов это ответственная процедура, из-за огромного кол-ва электромагнитных помех, и очень плотного расположения электроники на борту, я рекомендую ставить хорошую, активную антенну. Возможно, для коптеров, лучшим выбором окажется хеликс - но.. еще не тестировал.


2. Приемники GPS/ГЛОНАСС/позиционных данных

В предыдущем посте - я дал достаточно обширное(хоть и краткое по сути) сравнение приемников. И в реальной жизни - альтернативы новым UBLOX просто нет. Жду недождусь свой 7N, т.к. в нем и "композит" GPS+ГЛОНАСС есть, и точность повыше(чуть - но все-же повыше). Breakout плата от RCtimer меня полностью устраивает для тестов, хотя и будет переделана впоследствии, с целью вынести GPS и магнетометр повыше от электроники.

3. Yастройки UBLOX NEO-6M для APM 2.5

Я прилагаю свой конфигурационный файл для настройки NEO-6M для работы с APM/AIO pro. Штатный NEO-6M от хоббикинг или рцтаймера будет работать с ними. В принципе конфигурации самого NEO-6M нет ничего сложного, но быстрее и удобнее загрузить готовый файл, через утилиту U-CENTER от UBLOX, чем сидеть и разбираться в настройках. У меня заняло ~4дня полностью изучить и разобраться варианты конфигурации через U-Center, надеюсь кому-то это сможет сэкономить время.

https://sites.google.com/site/uavdroneru/files/NEO-6M%20configuration%20for%20APM2.5%20by%20OLAF.txt

Особенности:
Протокол выбран только UBX(с целью минимизации мусора на порту APM)
Активная антенна включена
NMEA сообщения отключены
Включено Jamming detection, threshold 3dB и CW 16dB, под активную антенну
SBAS выключен
Увеличен интервал опроса, что дает "разгон" и реальные 10ГЦ для данных координат
POLLH, STATUS, VELNED, SOL включены (SOL был добавлен в более поздних ревизиях arducopter, он актуален)
Все навигационные фильтры калмана выставлены в один из пресетов "пешеход", что дает выше точность, и устраняет еще больше "всплесков" и "прыжков" навигационных данных
Включена принудительная 3D фиксация перед включением фильтров.
Режимы питания - отключено энергосбережение, максимальная производительность
Скорость порта - 38400

C данной конфигурацией, и активной антенной Trimble, из окна - я получаю 3D фиксацию, с девиацией в пределах 3метров, что значительно лучше предложенного конфигурационного файла от 3DRobotics.

Есть небольшое заблуждение "сделаем частоту обновления не 10Гц и даже не 5Гц, а 1Гц! И все у меня будет работать стабильно". Это распостраненная ошибка, причем культивируемая на формах. Ublox сборки, и другие производители - используют фильтрацию (Sin|Kalman|прочие), чем меньше время обновления - тем больше фильтр "сглаживает" относительно единицы времени результат координатной привязки. Ни к чему хорошему это не приведет, т.к. резкие перемещения - останутся незаметными, а это прямой путь к катастрофе/крешу.


Заключение:
Используйте хорошую активную антенну, используйте проверенный чипсет.
Как прийдет 7е поколение, я немного его опишу и сравню с предыдущим. Ну а следующей публикацией уже будет видеоантенны, и все связанные с ними сложности, для организации видеолинка.