Betaflight BN880 GPS 简单测试
- 1. 源由
- 2. 窗台对比测试
- 3. 开阔区域测试
- 3.1 GPS安装位置
- 3.1.1 BN880 GPS 机尾打印支架 安装位置
- 3.1.2 BN880 GPS 机头固定 安装位置
- 3.1.3 M8N GPS 机尾打印支架 安装位置
- 3.2 M8N模块历史记录
- 3.3 BN880模块第一次（机尾安装）
- 3.3.1 第一电
- 3.3.2 第二电
- 3.3.3 第三电
- 3.3.4 第四电
- 3.4 BN880模块第二次（机尾安装）
- 3.4.1 第一电
- 3.4.2 第二电
- 3.5 BN880模块第三次（机头固定）
- 3.5.1 第一电
- 3.5.2 第二电
- 3.5.3 第三电
- 3.5.4 第四电
- 3.6 M8N模块（机尾安装）
- 3.6.1 第一电
- 3.6.2 第二电
- 4. 分析
- 4.1 第一次
- 4.2 第二次
- 4.3 第三次
- 4.4 第四次
- 4.5 厂家技术支持测试
- 5. 总结
- 6. 参考资料
- 7. 附录-技术沟通
- 8. 附录-ublox射频抗干扰设计
- 9. 附录-ublox模块优化
- 10. 附录-串口板供电
- 11. 附录-备注
1. 源由
在ArduPilot飞控之DIY-F450计划下，原地arm/disarm验证发现GPS搜星，锁定位置速度超级慢（>45分钟，甚至无法锁定）。
2. 窗台对比测试
- 同一时刻
- 同一位置
- 30分钟测试
- M8N 6分钟，锁定5颗星(BF OSD显示），持续锁定；
- BN880 8分钟3D锁定，但是9分钟又掉了定位，后续一直没有定位（u-center显示）；
3. 开阔区域测试
3.1 GPS安装位置
3.1.1 BN880 GPS 机尾打印支架 安装位置
3.1.2 BN880 GPS 机头固定 安装位置
3.1.3 M8N GPS 机尾打印支架 安装位置
3.2 M8N模块历史记录
通常情况下，第一电（冷启动），大约2~3分钟就能锁定。天气不好的时候6 - 7颗星，天气好的时候8 ~ 9 颗以上。
注：M8N之前一直是机头固定方式
BetaFlight Mark4 + 城北公园230228
3.3 BN880模块第一次（机尾安装）
3.3.1 第一电
- 飞完（历时10分钟），无法锁定位置，Betaflight显示0卫星锁定。
Betaflight BN880 GPS 机尾打印支架 第一电（冷启动）
3.3.2 第二电
- 飞行2分钟，搜星4颗可用，尚无法用于Betaflight GPS位置。
- 4分45秒，搜星6颗，可用于定位（从冷启动开始算，总耗时15分钟）。
Betaflight BN880 GPS 机尾打印支架 第二电
3.3.3 第三电
- 全程14分钟飞完，6颗星，无任何变化。
Betaflight BN880 GPS 机尾打印支架 第三电
3.3.4 第四电
- 最多的时候8颗星，树林稍有遮挡掉到7颗或者6颗左右。
Betaflight BN880 GPS 机尾打印支架 第四电
3.4 BN880模块第二次（机尾安装）
3.4.1 第一电
- 飞完（历时13分钟），无法锁定位置，Betaflight显示0卫星锁定。
Betaflight BN880 GPS 机尾打印支架 第二次 第一电
3.4.2 第二电
- 飞行3分36秒，搜星4颗可用，尚无法用于Betaflight GPS位置。
- 10分20秒，搜星5颗，尚无法用于Betaflight GPS位置。
Betaflight BN880 GPS 机尾打印支架 第二次 第二电
3.5 BN880模块第三次（机头固定）
3.5.1 第一电
- 冷启动
- 37秒左右，5颗星；
- 1分28秒，7颗星；
- 1分48秒，9颗星；
- 2分钟；10颗星；
- 2分48秒，11颗星；
- 2分56秒，12颗星；
- 3分，13颗星；
- 3分19秒，14颗星；
- 6分33秒，15颗星；
Betaflight BN880 GPS 机头扎带固定 第一次 第一电
3.5.2 第二电
- 热启动，上电9颗星；
- 10秒，12颗星；
- 43秒，13颗星；
- 47秒，15颗星；
- 1分，16颗星；
- 1分29秒，最多达到19颗星；
Betaflight BN880 GPS 机头扎带固定 第一次 第二电
3.5.3 第三电
- 热启动，上电9颗星；
- 10秒，10颗星；
- 20秒，12颗星；
- 25秒，14颗星；
- 30秒，16颗星；
- 最多17颗星，树林穿越减到13颗左右；
Betaflight BN880 GPS 机头扎带固定 第一次 第三电
3.5.4 第四电
- 热启动，上电没看到星；
- arm后，发现没有卫星（rescure off）
- arm后22秒，12颗星
- arm后30秒，稳定在13~15颗星
- 开阔空中，17颗星稳定，一度达到18颗
Betaflight BN880 GPS 机头扎带固定 第一次 第四电
3.6 M8N模块（机尾安装）
3.6.1 第一电
- 始终无法定位
Betaflight M8N GPS 机尾打印支架 第一电（冷启动）
3.6.2 第二电
- 始终无法定位
Betaflight M8N GPS 机尾打印支架 第二电
4. 分析
4.1 第一次
基于3.2/3.3/3.4测试结果，以及常规配套GPS安装打印件（一般总是合理的安装方式），认为：
- BN880模块冷启动到定位耗时长；
- 总可用星数量不理想，常规模块通常在12~18颗左右）；
- 测试的BN880不如M8N的定位能力强；
注1：上述BN880配置，已经厂家技术支持确认过配置参数。
注2：上述情况将反馈厂家技术支持，会再次确认是否质量问题。
4.2 第二次
基于第三次技术沟通，结合笔者Mark4飞机的整体安装方式：FC + ESC飞塔 + 图传（熊猫VT5804ML1）的方式，怀疑图传可能对GPS造成一定的影响。
因此，继续3.5/3.6章节实验，进一步验证怀疑。最终测试结果表明该图传对机尾GPS安装影响显著。
4.3 第三次
卫星系统频点分步情况
目前比较先进的M9/M10 ublox GPS方案设计
鉴于手头图传，飞控等可用于测试的板子也没有，这里就不在进一步展开跟踪测试。但是从GPS设计的角度看，放在当前这架四轴后端，受到较大的干扰，但是在机头缺没有这个干扰。
因此，主要判断并非来自公共地耦合过来的信号，更为可能得是通过天线耦合进来，也许使用目前抗干扰能力更前的芯片设计能够解决问题。
注：如果后续有条件，可以采用网络分析仪进行进一步的测试，了解实际GNSS天线端的频谱情况。
4.4 第四次
持续分析中：除当前信号强度稍差一些；5Hz波特率建议采用115200bps。
- BN880 信号强度
- 对比参考
4.5 厂家技术支持测试
CP2102串口板测试BN880
PL2303串口板测试BN880
PL2303串口板测试M8N
5. 总结
整个验证过程经历了前前后后一周多时间。最终来看，BN880（模块序列号：2022111407589）没有任何问题。
主要问题如下：
- 串口板问题（具体原因不详：厂家使用PL2303）
- 机头、机尾干扰（机尾干扰比机头严重）
如需更加了解GPS模块性能，可能后续可以跟进以下实验：
- 更换其他串口板，验证串口板问题
- 测试不同位置电磁干扰对GPS模块信号影响
- 基于【9. 附录-ublox模块优化】进行参数调优
后续优化测试，详见：四轴飞控DIY Mark4 - 优化后续二。
6. 参考资料
【1】ArduPilot飞控之DIY-F450计划
【2】BN880 GPS u-center_v22.07工具配置方法
7. 附录-技术沟通
- 第一次技术沟通：窗台虽然开阔，但GPS信号定位未必就一定理想，建议空旷区域测试。
- 第二次技术沟通：BN880不应该明显比M8N差，两者同属8代芯片，应该性能接近。
- 第三次技术沟通：可能存在干扰，建议单独GPS模块测试亦可以返厂检测。
- 第四次技术沟通：测试现象表明信号强度超过40的百分比并不太合理
8. 附录-ublox射频抗干扰设计
如何降低射频干扰对GNSS定位模块的影响（一）降低射频干扰对卫星定位接收机影响的策略
如何降低射频干扰对GNSS定位模块的影响（二）预防干扰与射频前端选择
如何降低射频干扰对GNSS定位模块的影响 （三）ublox产品应用实例
9. 附录-ublox模块优化
GPS Module Satellite Fix (FAST!)
10. 附录-串口板供电
之前测试比对下来：CP2102串口板感觉不如PL2303串口板容易定位
后仔细查看了CP2102串口板，发现用了3V3供电，经调整为5V供电，信号明显有好转现象。因此，怀疑供电不足（尤其是GPS模块在搜星过程，峰值功率变化还是很大的）。
注：经确认，PL2303串口板使用的是5V供电。
11. 附录-备注
关于bilibili上的测试视频，实际上一共有12个，上面贴的时候是一一对应，但是CSDN确认目前CSDN网页上播放的都是默认第一个。
经CSDN确认：这是一个BUG，已经排程，截止2023年4月21日沟通时，尚未解决。
因此，对于看视频的同学来说，可能会有些困扰。
请直接访问bilibili链接：https://www.bilibili.com/video/BV1ws4y1K7NV/ ，并根据视频标题进行检查，谢谢！
