ArduPilot代码解析之六 — GPS和位置传感

本文档介绍了ArduPilot的GPS子系统，该子系统可提供来自各种GPS接收器的位置、速度和时间信息。该系统支持多个GPS接收器并发连接、自动驾驶员检测、RTK校正和传感器数据融合。

有关使用 GPS 数据进行传感器融合和位置估计的信息，请参阅“姿态和位置控制”部分。有关与 GPS 相关的布防检查，请参阅“布防和安全系统”部分。

目的和范围

GPS子系统（AP_GPS）管理多个GPS接收机，自动检测GPS类型，解析协议特定的消息，并提供统一的位置和速度数据接口。该系统支持串行、CAN和网络型GPS接收机，精度等级多样，包括标准GPS、DGPS和RTK固定/浮点定位解决方案。

主要能力：

• 支持 10 多种 GPS 接收器类型（u-blox、Trimble、Septentrio、DroneCAN 等）
• 自动驱动程序检测和波特率配置
• 多接收器操作，具备自动故障转移或混合功能
• RTK校正可达到厘米级精度
• 支持基于 GPS 的航向的移动基线
• 与AHRS集成以进行位置估计

系统架构

GPS系统架构：该类AP_GPS管理多个GPS实例，每个实例都有自己的后端驱动程序和状态。后端解析特定协议的消息并更新其关联的GPS_State结构。系统可以将多个GPS接收器混合到一个虚拟实例中，以提高定位精度。

GPS后端架构

所有 GPS 驱动程序都继承自AP_GPS_Backend，它为状态管理、数据验证和与 GPS 子系统的集成提供了通用功能。

后端类层次结构：每个 GPS 驱动程序都实现了read()解析传入数据并更新相关数据的方法GPS_State。后端基类提供了用于速度计算、时间戳管理和数据验证的辅助函数。

GPS检测与初始化

GPS检测和初始化流程：启动AP_GPS::init()时，系统查找配置用于GPS的UART端口。update()如果未检测到驱动程序，系统将循环切换波特率并发送初始化数据包，分析响应字节以识别GPS类型。一旦检测到GPS类型，系统将实例化相应的后端驱动程序。

支持的GPS类型

该系统通过特定协议的后端驱动程序支持多种GPS接收器类型：

GPS类型	后端类	协议	特征	配置
u-blox M8/M9/M10	AP_GPS_UBLOX	UBX二进制文件	RTK、双天线、移动基线	通过 UBX 消息自动配置
特林布尔	AP_GPS_GSOF	GSOF 二进制文件	RTK，高速率	COM端口选择
北城	AP_GPS_SBF