如何实现固定翼在INAV地面站无GPS自动返航

2025/5/22大约 5 分钟

一、介绍

在 GPS 信号丢失时，INAV系统支持让固定翼飞机通过估算自身位置继续飞行，其主要目的在于实现“无 GPS 返航（RTH）”。该功能 仅适用于固定翼。

为使用该功能，飞机应具备以下传感器：

默认情况下，当 GPS 定位丢失时，所有导航模式都会被禁用。如果此时 RC（遥控信号）也丢失，飞机将无法进入返航（RTH）模式，而是会切换为 降落（LANDING）模式。如果飞行器处于无法安全降落的区域，则可能丢失飞机。

启用 GPS 位置估算后，飞机可仅依靠 磁力计和气压计 继续进行导航，从而恢复返航路径。即使 GPS 传感器发生硬件故障（如超时），系统也会尝试估算 GPS 定位。

请注意，GPS 估算并非用于完全替代 GPS 的导航解决方案。由于缺乏 GPS 修正，位置误差会迅速累积。但在返航（RTH）场景中，仍可接受。在 INAV 系统中，GPS 被视为最可信的传感器，其输出不会被额外验证。

在正常情况下，飞机通过 GPS 传感器获取自身位置，从而能够保持航向、执行返航（RTH）或按航点导航。

当 GPS 定位丢失时，飞机只能依赖磁力计获取机头朝向，依赖气压计获取高度。

为实现无 GPS 的导航，我们做出以下假设：

基于以上假设，可以对飞机的位置进行 粗略估算。为提高估算的精度，飞行器将使用 在 GPS 丢失前测得的风向和风速信息 进行修正；如果配备了皮托管，还将使用其数据进一步提高对地速度（Groundspeed）估算的准确性。

根据估算的飞行方向和飞行速度，飞行器可以大致推算出当前位置。

系统假定：飞行器将在估算方向上朝“Home 点”飞行，直到重新获得 GPS 定位或遥控信号。

注意：飞行器必须在起飞前成功获取 GPS 定位并记录 Home 点。 在完全没有 GPS 定位的情况下无法进行位置估算。

要启用 GPS 定位估算功能，可在 CLI 中使用以下命令：

set inav_allow_gps_fix_estimation = ON

此外，你还需要 设置飞机的巡航空速（Cruise Airspeed）。

如何获取巡航空速：

巡航空速的单位为 厘米/秒（cm/s）。

示例：100 km/h = 100 × 27.77 = 2777 cm/s

CLI 设置示例：

set fw_reference_airspeed = 2777

飞机在 CRUISE 模式下 应保持设定速度，如果启用了 “随油门提升巡航速度”（Increase cruise speed with throttle），不要在 GPS Fix 丢失的情况下使用此功能。

如果配备了皮托管，系统将优先使用皮托数据作为空速来源，此时可以不设置 fw_reference_airspeed，但建议仍设置一个参考值以防皮托管故障时备用。

set failsafe_mission_delay = -1

save

出于测试目的，可以在编程选项卡中从 RC 控制器禁用 GPS 传感器修复：

实际预期误差为每 200 公里飞行路径高达 1 米。在测试中，每 5 公里路径出现 500m 漂移。

减少漂移：

该视频显示了偶尔禁用 GPS 的真实测试。西南风速 10 公里/小时：

紫色线显示估计位置。黑线表示真实位置。“EST ERR” 传感器以米为单位显示估计误差。当卫星图标显示 “ES” 时，估计正在运行。需要 GPS 定位时，估计位置将捕捉到实际位置。

在 没有磁力计（magnetometer）的情况下，导航精度会非常差，主要问题是航向漂移（heading drift）。

图示说明：紫色线：飞控估算的位置轨迹黑色线：实际飞行轨迹

使用建议

在没有磁力计的情况下， 仅建议在极端情况作为最后手段使用 GPS Fix 模式。

例如：如果飞机正在湖面上方飞行，强行降落就会丢失飞机，此时可用 GPS Fix 估算方式进行大致返航（RTH），避免直接失事。