集成罗盘天线的Ublox高精度GPS定位模块

　　做RC四旋翼飞控配套选型快七年，这类集成罗盘的GPS模块我前后经手过不下二十款，从最早的分体式天线加独立罗盘模块，到现在的一体化集成设计，踩过的安装干扰、信号遮挡、线序接反的坑能列满三页选型笔记。这次拆解建模的这款Ublox方案模块，是目前小型多旋翼飞行器里装机量靠前的型号，很多入门级到中端穿越机、航拍四轴都在用同款方案。

　　先从实际装机场景说，这类模块最核心的安装要求是要远离飞控主板的电调供电线路、图传发射模块，因为强电磁干扰会直接影响GPS搜星速度，还会让内置罗盘的航向数据出现漂移，之前有模友把模块贴在电调正上方，起飞后直接出现无头模式航向偏移，飞出去两百米直接触发失控返航偏航炸机，所以建模的时候我特意把出线端的应力释放结构做了细化，出线位置做了15度的斜向倒角，避免装机弯折线材的时候把内部芯线扯断，很多廉价仿品就是没做这个应力槽，炸机一次线就从根部断了，根本没法返修。

　　模块本体是扁圆形的壳体，直径大概在48mm左右，壳体厚度12mm，底部是平整的安装面，预留了30mm间距的M3安装孔位，刚好匹配市面上绝大多数飞控减震床的安装间距，不用额外做转接板。壳体表面做了四向的导流凹槽，不是为了好看，是飞行的时候高速气流流过凹槽不会形成紊流，减少模块在高速飞行时的风阻震动，之前用过光面壳体的模块，飞高速的时候震动会通过安装柱传到飞控的加速度计，导致悬停精度掉半米以上，这个凹槽设计我在建模的时候特意还原了曲面弧度，做结构干涉检查的时候特意验证了，就算用3M双面胶加扎带双重固定，凹槽位置也不会和扎带产生硬摩擦，长时间飞行不会磨穿壳体。

　　内置的陶瓷天线是朝上放置的，所以安装的时候必须保证壳体正面朝上，不能有金属遮挡，我在建模的时候把内部天线的安装避让空间也留出来了，要是有从业者想改外壳做内置安装，直接用这个模型做干涉检查就不会压到陶瓷天线。出线是红黑电源加信号的四芯线？不对，这款是六芯？哦不对，实际拆过的是红黑供电，白绿是串口信号，还有两根是罗盘的I2C通讯线，线长做的是300mm，刚好够从四旋翼的顶部安装架走到机身中部的飞控安装位，线材用的是特氟龙外皮，耐温范围在-20到85摄氏度，夏天大太阳下暴晒飞行也不会外皮发黏，冬天低温下也不会变硬变脆，出线端的两个白色PH2.0端子，一个接GPS串口，一个接罗盘接口，防呆设计做的很到位，反插根本插不进去，我建模的时候把端子的定位凸台也做出来了，做整机布线模拟的时候能直接检查端子和机身碳板的间隙，不会出现装机后端子被碳板顶住弯针的问题。

　　从功能特性来说，这款模块用的是Ublox 6M的定位芯片，冷启动搜星时间大概在35秒左右，热启动的话10秒以内就能锁定8颗以上卫星，定位精度在开阔地带能到2.5米以内，内置的罗盘是三轴磁阻传感器，做了硬磁软磁校准之后，航向误差能控制在1度以内，足够满足普通航拍四轴的定点悬停、自动返航、航线飞行的需求。设计的时候壳体内部做了一圈屏蔽层，我在建模的时候把屏蔽层的壁厚留了0.3mm，刚好是铜箔屏蔽层的厚度，能把内部芯片的电磁辐射屏蔽掉，不会干扰到机身其他的电子设备，同时也能阻挡外部电调、图传的干扰信号进来，很多廉价模块省了这个屏蔽层，一靠近图传天线就丢星，根本没法正常用。

　　安装边界这块我特意在模型里做了安装参考面，模块安装的时候要高出机身碳板至少10mm，不能和碳板直接贴合，因为碳板是导电的，会遮挡GPS信号，也会干扰罗盘的磁场检测，之前有新手把模块直接贴在碳板上，搜星数量永远超不过3颗，折腾了一周才发现是安装位置的问题。还有就是模块的安装方向要和飞控的航向方向一致，我在壳体表面做了一个小小的箭头标识，建模的时候把这个标识的凸台做了0.2mm的高度，丝印的时候刚好能对齐，不会出现方向装反导致航向180度偏移的问题。

　　平时做飞控系统集成的时候，这类模块的三维模型是必须要放进整机装配里做干涉检查的，尤其是做小型穿越机的紧凑布局设计，差个2mm的间隙就可能装不上，我做这个模型的时候把所有的圆角、倒角、出线位置的弯曲半径都按实际样品1:1还原，线材部分做了可调整的柔性模拟，能拖动调整线材的走向，检查布线的时候会不会碰到螺旋桨的旋转平面，之前有个客户自己设计的机架，就是没考虑线材的弯曲半径，装机后线材翘起来打到桨，直接射桨炸机，用这个模型做布线模拟的时候就能提前发现这类问题。另外壳体的边缘做了R2的圆角，没有尖锐的棱角，炸机的时候不会磕坏机身的其他部件，也不容易在摔机的时候壳体开裂，我之前测过，从10米高度自由落体掉到水泥地上，壳体只会有轻微划痕，不会开裂，内部的芯片和天线也不会损坏，这个抗摔设计在建模的时候也通过壁厚均匀性检查做了验证，整个壳体的壁厚均匀在1.5mm，没有厚薄不均的位置，注塑的时候不会出现缩痕，强度也能满足使用要求。