前言

       近年来，随着无人机技术的快速迭代，开源飞控凭借技术民主化优势，打破了传统封闭飞控的垄断格局，成为科研探索、农业监测、创客开发等领域的核心支撑，其中Ardupilot飞控以其完善的文档支持、强大的社区生态和高度可定制性，成为全球开发者首选的开源飞控平台之一。GNSS模块作为无人机定位、导航与姿态解算的核心外设，其与飞控的接入稳定性、数据传输效率及兼容性，直接决定了无人机飞行的精度、可靠性与安全性，是实现无人机自主飞行、路径规划等核心功能的基础前提。

        当前，开源Ardupilot飞控与GNSS模块的接入多依赖传统UART串口通信方式，这种接入模式虽实现了基础定位功能，却存在诸多难以突破的痛点，严重制约了无人机系统的性能提升与场景拓展。一方面，UART串口通信速率有限、抗干扰能力较弱，在复杂工业环境或远距离飞行场景中，易出现定位数据丢包、延迟等问题，影响飞控对无人机姿态的精准调控；另一方面，传统接入方式缺乏统一的标准化协议支撑，不同厂商、不同型号的GNSS模块（尤其是RTK高精度模块）接口定义、通信协议存在差异，接入时需进行繁琐的参数配置、驱动修改与兼容性调试，不仅增加了开发者的技术门槛和开发成本，也难以实现多模块冗余部署与即插即用，与开源飞控“模块化、标准化、易扩展”的设计理念相悖。

        DroneCAN作为Ardupilot与PX4飞控主流的CAN总线通信协议，其前身为成熟的UAVCAN v0协议，具备去中心化架构、动态节点分配、高可靠性、低延迟等核心优势，可完美适配无人机这类对实时性和稳定性要求极高的航空航天场景。该协议不仅支持多节点同时通信、长有效载荷传输，还提供了标准化的设备接入规范和完善的诊断、配置工具，能够实现外设的热插拔与无缝兼容，且已在Ardupilot飞控中实现成熟部署，可通过简单的参数配置启用CAN端口与DroneCAN协议。此外，DroneCAN支持通过AP_Periph固件将传统串口、I2C接口的GNSS模块适配为CAN总线设备，进一步拓展了模块接入的灵活性。

一、硬件设计

        1.1  GNSS模块设计

        AJ20多频抗干扰定位定向模块作为核心定位单元，该模块专为高端无人装备场景设计，具备多频多系统接收、高性能抗干扰、高精度RTK定位定向等优势，且原生支持DroneCAN协议，可直接与Ardupilot飞控的CAN接口对接，无需额外协议转换模块。其核心硬件特性如下：

• 核心处理单元：采用Xilinx XC7Z020 FPGA作为信号处理与定位解算核心，支持固件深度定制，可根据应用场景选择标准RTK定位定向、单频抗窄带干扰定位、多系统多频融合定位三种固件版本，适配不同精度与抗干扰需求。

• 定位性能：支持GPS L1/L2/L5、BDS B1I/B2I/B3I、GLONASS G1/G2、Galileo E1/E5b等全星座多频点信号接收，RTK模式下水平与垂直定位精度均≤2cm+1ppm，单点定位精度≤2.5m（CEP）；支持双天线测向，航向角精度≤0.2°（基线长度≥1m），数据输出刷新率最高可达20Hz，满足无人机高动态运动下的姿态控制需求。

• 抗干扰能力：内置自适应窄带干扰抑制算法与数字滤波架构，搭载专用抗干扰射频前端及14bit高速ADC，抗干扰能力≥75dB，可实时检测干扰信号并告警，保障复杂电磁环境下定位链路的稳定。

• 环境适应性：采用小型化贴片封装，尺寸为46mm×71mm×18mm，工作与存储温度范围均为-40℃~+85℃，满足工业级环境要求，适配无人机户外复杂作业场景。

• 国产化特性：所有元器件可实现100%国产化替代，兼顾安全性与经济性，适配国产化无人装备开发需求。

1.2  CAN总线接口设计

        AJ20模块支持双路CAN接口（CAN0与CAN1），均支持DroneCAN协议，波特率固定为1000000 bps，与Ardupilot飞控的CAN总线波特率适配。本次设计选用AJ20模块的CAN0接口（4pin连接器或20pin连接器均可）与Ardupilot飞控的CAN1接口对接，具体接线方式如下：

• AJ20模块CAN0_H（4pin连接器2脚或20pin连接器6脚）→ Ardupilot飞控CAN1_H接口；

• AJ20模块CAN0_L（4pin连接器3脚或20pin连接器8脚）→ Ardupilot飞控CAN1_L接口；

• AJ20模块GND（4pin连接器4脚或20pin连接器10脚）→ Ardupilot飞控GND接口，确保共地，避免信号干扰。

同时，在CAN总线两端（飞控CAN1接口与AJ20模块CAN0接口）各并联一个120Ω终端电阻，提升总线抗干扰能力与数据传输稳定性。

1.3  硬件连接

        将AJ20模块的CAN接口通过1.25mm的3pin测试线与飞控的CAN1口相连，由于AJ20的功耗比较高，飞控CAN1口的5V带载能力不够，因此需要外接5V。

二  软件配置

       打开Mission Planner,按照下图将飞控GPS的获取类型配置成为DroneCAN：

         然后点击右侧的“写入参数”，再重新上电后重新连接到Mission Planner。

三  连接结果查看

         如果硬件连接无误，并且飞控配置正确，打开Mission Planner会有如下显示：    

        然后按照下面步骤查看CAN总线协议相关GNSS定位状态：

        点击连接后，如下所示：

        点击Inspector:

        可以看到AJ20的定位结果、定向结果、DOP值等结果都以10Hz频率显示在控制台，说明AJ20已经和飞控通过CAN总线实现了互联。

总结

        本次基于AJ20模块与Ardupilot开源飞控，有效解决了传统GNSS模块接入的核心痛点，构建了一套通用、高效、可靠的硬件接入架构，不仅实现了GNSS模块与飞控的稳定通信，还为后续软件参数配置、DroneCAN协议适配及功能测试提供了坚实的硬件保障，同时推动了开源无人机外设接入的标准化进程，为后续系统落地应用奠定基础。