2022到2023年，无人机DIY领域的GPS传感器进入更新迭代期，基于Ublox的M9和M10方案大量推出，替换以往的M8/M8N等老一代GPS，比如微空科技的MG-A01/MG-902等型号的GPS模组。本文主要介绍这几种GPS方案的主要区别，以及用于Ardupilot飞控的一些设置方法和注意事项。

为什么无人机一定要使用Ublox

这是一个老生常谈的话题，但这也是很多刚踏入无人机DIY领域的新手可能一直没搞清楚的一个问题。Ublox这家瑞士公司设计生产的GPS接收机芯片方案，在无人机领域几乎处于垄断地位，从最初的5代6代，到广为流行的8代双模，再到今天的M9/M10多模，Ublox的GPS方案不断升级，为无人机的稳定飞行提供了强有力的支持和保障。而在其它领域，还有着各种各样的GPS方案，为什么无人机上就Ublox一家独大呢，简单概括就是：一直以来，几乎只有Ublox的方案才能满足无人机的性能需求。

GPS产品性能有着非常多的评价指标，比如新手也能轻松理解的搜星颗数、启动速度等，除此之外还有定位精度、测量频率、速度精度等等指标。而定位精度也分绝对精度和相对精度，绝对精度会影响无人机的返航精度，相对精度则是指一定时间内的偏移误差，比如多轴无人机的悬停定点效果便会受此误差影响。而在这些关键参数上，各类国产GPS方案和Ublox相比均相差甚远。

还有一个比较大的区别是，Ublox可以使用自家的UBX协议，相比传统的标准NMEA协议，UBX协议提供了NED（东北天）三向速度值输出，以及GPS定位精度估计值hacc、vacc等，相比传统的hdop值相比有更直接的参考价值。最重要的是，UBX输出的NED速度数据精度非常高，简单的经纬度微分得到的速度数据与之无法相比，非常适合无人机这类对定位精度和实时性要求都非常高的应用。众所周知，GPS虽然有提供高度数据，不过误差通常是非常大的，一般难以使用。但Ublox输出的天向速度值却基本可以使用，而且刚好可以在室外辅助无人机的高度信息估计，特别是在大风天气压数据不稳的情况下。最新版的Ardupilot飞控固件，就需要使用到天向速度值，基本上就是绑定使用Ublox的意思了。

当然了，Ublox的王者地位肯定不会是一成不变的，有了领头羊在前面开路，后面总会出现一大堆的追随者，比如目前就有不少国产GPS芯片方案在迎头追赶，如国内的华大北斗、中科微、国科微、西南集成等芯片企业都在努力中。

M9和M10的区别

这里所说的M9和M10，通常泛指使用Ublox的第九代（M9140）和第十代(M10050)GPS接收机芯片设计而成的GPS模组产品.

M9是M8的下一代产品，性能提升非常之大，从双模定位升级到4模，可同时使用GPS、北斗、格洛纳斯、伽利略四大卫星系统，最多支持同时使用32颗卫星，且官方标称输出频率高达25Hz，定位精度和使用效果理论上相比8代要提升非常多。

M10则是Ublox的最新一代产品，但设计上并不是性能取向，而且综合权衡了功耗、成本等方面因素。因此相比M9，性能上并不占优。

不过，官标参数未必完全靠谱，一切还是以实测数据为参考标准。实际测试中发现M9/M10的某些参数和官方标称还是有些出入的，最明显的便是输出频率参数。M9官标25Hz，但实测下来发现在默认四模配置下，超过13Hz，数据便会出现异常。M10标称10Hz，且确实可以配置为10Hz没有异常，但输出数据的实际采样率只有4-5Hz左右。从使用来讲，5Hz的GPS数据基本可以满足飞控的需求，Ardupilot飞控的默认配置也是5Hz，但10Hz或更高的GPS数据频率对飞行性能还是有明显提升的，特别是机动飞行状态下。

选择M9还是M10

选择用M9或M10，还是由实际应用需求来决定的。比如在穿越机上主要用于GPS救援功能，对GPS本身性能要求并不是特别高，那么用M10便足够了。如果是用于普通多轴无人机或者固定翼，那么还是比较推荐使用M9，性能上更占优。

Ardupilot在固件版本4.3以后，优化了姿态融合算法，提升了效果和精度，但是对GPS性能要求更高了。特别是用于固定翼时，在不使用罗盘的情况下，其GSF算法融合IMU和GPS信息以估计飞机航向角度，使用高精度高刷率的GPS传感器会得到更佳的结果。

在Ardupilot飞控中使用GPS

1.  连接GPS到飞控

第一步是先完成传感器的物理连接，以微空的MG-A01/MG-902为例，GPS模组上使用6P接口，其中分别是GND/5V/Rx/Tx/SCL/SDA，GND和5V用于供电，Rx和Tx则是串口的两根数据线，用于传输GPS数据给飞控，通常需要接入到飞控的某一路串口上，注意两边的Rx和Tx需要交叉接。而SCL和SDA则是模块上板载罗盘的通信接口，需要连接到飞控的IIC接口。

下图以Pixhawk2.4.8为例说明接线方式，其它飞控请参考飞控官方提供的接线说明图来连接GPS。

2. Ardupilot中配置GPS相关参数

首先需要把Ardupilot的串口功能（SERIAL_PROTOCOL）设置为GPS（5），波特率可以不用设置。由于Serial3通常就是预留给GPS的，所以一般情况下这是Ardupilot的默认设置。

接下来配置GPS相关参数，在参数树中找到GPS这一列相关参数。首先确认GPS_AUTO_CONFIG为默认值1，GPS_TYPE为1或者2，这样飞控将会自动识别GPS模块的波特率并自动配置Ublox。接着GPS_DELAY_MS修改为200，GPS_RATE_MS配置为200（M10）或者125（M9）。

GPS_RATE_MS这个参数意思是配置GPS的输出速率，125表示8Hz，M9的话可以尝试更高（不要超过13Hz）。值得注意的是，M9当输出速率大于等于10Hz时，搜星颗数会限制最大16颗，通常是挑选质量最好的16颗卫星，所以对定位精度并没有太大影响。

修改完配置并写入参数后，飞控重新上电并连接MissonPlanner，如果在飞行数据的Hub右下角看到“GPS：未定位”，说明飞控已经能成功识别到GPS了。如果识别失败，显示的则是“无GPS”。

到此GPS配置完毕，可以将飞机带到室外开阔地测试GPS搜星效果了。

3.  Ardupilot中配置和使用罗盘

只要将罗盘的SCL和SDA两根信号线正确连接飞控，Ardupilot便能自动识别并使用罗盘，飞控中需要设置的参数并不是太多。

和IMU传感器一样，罗盘也是有安装方向定义的，但是Ardupilot实现了一个比较便利的功能，那便是罗盘方向自动识别。这功能通常是默认打开的，在参数树中确认COMPASS_AUTO_ROT参数的数值为2即可。这样我们便能以随意方向安装GPS模块（0-90-180-270°中四选一），在校准完罗盘传感器后，Ardupilot将会自动识别出罗盘的安装方向。

在指南针设置页面，可以看到罗盘传感器是否已经被飞控识别。

之后寻找一个空旷无干扰的区域，最好是室外，点击软件中的Start，开始校准罗盘，这个时候开始将飞机在各个方向上多次旋转360°，直至校准进度条达到100%，校准成功后飞控将会自动计算出罗盘的安装方向参数并保存。

需要注意的是，罗盘校准并不是一劳永逸的。当每更换一次飞行场地的时候，建议需要重新校准一次罗盘，保持恰当的校准参数，以适应当地的地磁环境。

还有一个地方需要注意的是

新版Ardupilot固件中默认使用EK3估计器，可以手动选择传感器来源。如果需要使用罗盘的话，请务必确认EK3_SRC1_YAW的值为1。

结语

GPS是一个非常重要的传感器，不管是多轴还是固定翼，因此选取使用合适型号的GPS并正确配置使用，是每一个无人机DIY入门新手都必须要走的一条路，希望此文能对读者有所帮助和启发。

另外对于多轴来说，GPS和罗盘都是Ardupilot飞控必需的传感器。而固定翼在某些情况下，没有罗盘也可以单纯依靠GPS和IMU来估计航向，和使用罗盘+IMU估计航向的方式各有优劣之处，需要读者结合自己的需求和实际使用场景来判断使用哪种方案。