经验分享 | 开源无人机——集群编队研发测试分享

Posted 2022-01-10 阿木实验室

在近期，我们在做一个十机集群的研发以及测试，在研发测试过程中也遇到了许多困难，当然我们都成功地解决掉了相关的问题，我们也是将这些经历过程进行了总结，将这次经历分享给大家，希望能给大家带来科研的路上的一些启发。

在项目开始前，我们就有计划做支持更多无人机的集群方案，在这之前，我们实现的最多无人机只有五架。因此在做十机集群之前，我们也是对这一块进行了充分地调研。

因为考虑到集群系统无人机飞行的范围和无人机的数量，在定位模块上我们选用了RTK定位，而不是GPS定位，在GPS定位情况下，GPS定位误差比较大，偏差个几米都是很正常的，在无人机距离比较近的情况下，容易导致无人机之间发生碰撞，而且在做一些编队设计时也会影响队形保持的效果。因此我们选用了RTK定位方案，GPS定位精度是米级，而RTK是厘米级，可以很大程度上提高无人机的定位精度。

同时对无人机机间通信数据量进行缩减，仅保留必须的数据传输量，减少通信模块数据传输的压力，并进行了十机组网通信设备最大数据吞吐量测试，延迟测试等，同时也对无人机机间传输数据量进行了测试。

最终在全部都满足的情况下，我们开启了这个项目。

项目初期，我们首要的事情肯定就是准备好硬件，将无人机组装好，将其他硬件模块准备好并配置相关的软件。另一方面，我们也同时进行了十机集群控制系统的软件代码开发以及仿真测试。

当然在这一过程中，并不是一帆风顺，其中，主要问题是无人机有很多问题需要调试，导致这些问题的原因有很多，主要有三点，一是目前无人机行业属于发展中，很多硬件设备还不完善，稳定性欠佳，再加上今年芯片产量下滑，导致很多芯片涨价，很多硬件设备生产商便将芯片更换为价格更低的芯片，但这样做会导致设备的稳定性以及兼容性降低，导致一些软件运行不正常或需要重新适配新的硬件设备。二是在生产配置调试过程中，也会出现硬件或者软件配置调试出现问题。三是有些新的硬件模块我们也是第一次使用，在做适配时也会有各种各样的问题产生。

初期结束后呢，现在软件和硬件准备调试完毕后，就需要把代码移植到真机上，并根据真机的情况对软件代码进行修改调整，其中包括无人机定位与控制适配修改，ROS多机通信配置以及各通信设备IP配置调试。这一过程基本上问题都不大，都属于配置调试，只要配置正确，基本上可以保证系统能够正常运行，最终需要代码试运行进行测试，在这个阶段就可能出现一些问题，例如一些无人机无法正常通信，接入不到软件系统当中来。

很多人可能觉得这个问题不好解决，其实掌握好方法，这个问题很好解决，在解决这个问题之前，需要先理清楚问题无人机与集群软件系统通信涉及到的软硬件部分，将它的数据流列出来，那么从头到尾依次检查每一个环节，像这种出现异常肯定是某一个环节数据没有传过来导致的，找到出问题的环节后，检查该环节中相关的软硬件问题，软件基本上就是确认配置，可以和其他正常无人机进行对比，硬件就是通过更换线和模块进行对比测试，这样基本上就可以解决大部分的问题。

等到整个系统基本上都配置调试完毕了，此时，我们就可以去做飞行测试了吗？答案是不行的，在做实际飞行测试之前，我们还是需要进行安全测试以及处理方案，因为十机集群一旦出现问题如果没有好的处理方案，将会导致巨大的问题和损失，所以需要尽可能地全面地考虑到可能出现的意外情况并进行测试以及意外情况解决方案，基于此，我们设想了可能性比较大意外情况，例如无人机遥控器信号相互干扰、RTK纠偏数据丢失断掉后无人机无法维持高精度定位、通信链路断开无人机机间无法进行数据交互等情况，并根据测试结果相应地设计好软件程序处理方式。这一阶段结束后，便真正进入了最终的飞行测试阶段。

但是十机集群飞行测试也是需要非常慎重的，并不能一开始就进行十机集群测试，第一次测试我们是从单机开始的，可能有人会有疑问，单机怎么能测试集群控制系统，单机是可以做测试的，不过是整个集群控制系统只控制一台无人机，其实这一步是非常重要的，因为单机测试成功通过后，其实整个集群控制系统基本上就验证了大部分软件是可以正常运行的，新增无人机只是多了几个控制对象。然后我们逐步增加无人机数量，直至10台，在这个过程中也会由于无人机数量增多也会暴露其他的问题，例如通信问题、延时问题、软件易用性等。

十机集群项目像唐僧一样在经历九九八十一难之后，终于成功通过测试，大家也可以看一下我们十机集群的实飞测试效果（后续我们也会发布最终的编队效果） https://www.bilibili.com/video/BV1s34y167h6?spm_id_from=333.999.0.0

虽然十机集群成功通过测试，但要把十机集群做得更好更完善，我们还有很长一段路需要走，在这条路上我们也会砥砺前行，感谢大家的收看，咱们下期再见。

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