菲航户外

主题

导航定位系统 产品需求文档 ​

字段内容
文档编号SUB-NAV-V0.1
版本V0.1
状态草稿
作者产品团队
日期2026-04-14
审核人[待定]

修订记录 ​

版本日期修订人修订内容
V0.12026-04-14产品团队初稿

1. 概述 ​

1.1 目的 ​

本文档定义导航定位系统（Navigation & Positioning, NAV）的产品需求，涵盖RTK高精度定位、多星座GNSS接收、航线跟踪导航及安全降级策略，作为导航定位系统设计、开发、测试的依据。

1.2 适用范围 ​

  • 适用产品型号：XX 农业无人机（内部代号待定）
  • 适用版本：V1.0 种子用户版

1.3 关联文档 ​

文档编号文档名称关系
PRD-MASTER-V0.1总体产品需求文档上位需求来源
SUB-FC-V0.1飞控系统PRD导航数据消费方，航线跟踪执行
SUB-RC-V0.1遥控器系统PRDRTK差分数据中继
SUB-OA-V0.1避障系统PRD仿地飞行协同
ICD-03-V0.1飞控与导航定位接口接口协议定义
SUB-PF感知融合子系统PRD输出辅助观测量至本系统所在的飞控EKF2

1.4 术语定义 ​

术语定义
NAVNavigation & Positioning，导航定位系统
RTKReal-Time Kinematic，实时动态差分定位，可实现厘米级精度
GNSSGlobal Navigation Satellite System，全球导航卫星系统
CORSContinuously Operating Reference Station，连续运行参考站
NTRIPNetworked Transport of RTCM via Internet Protocol，网络RTK数据传输协议
PPPPrecise Point Positioning，精密单点定位
固定解RTK定位中模糊度成功解算的高精度状态（厘米级）
浮点解RTK模糊度未完全解算的中间状态（分米级）
单点定位仅使用卫星信号的普通定位模式（米级）
基线RTK基站与移动站之间的距离
D-RTK 3DJI D-RTK 3农业版，参考RTK基站设备

2. 系统描述 ​

2.1 子系统职责 ​

导航定位系统负责为飞行器提供高精度位置、速度、航向数据，支持RTK厘米级定位和多星座GNSS导航，并实现航线跟踪算法为自动化作业提供导航引导。

感知融合子系统（SUB-PF）的融合位置/速度估计作为辅助观测量输入飞控EKF2，与本子系统提供的GNSS/RTK数据共同参与状态估计。SUB-NAV不负责视觉、激光、雷达类传感器的管理与融合，该职责由SUB-PF承担。

2.2 系统边界 ​

                    ┌──────────────┐
                    │   RTK基站     │
                    │ (D-RTK 3参考) │
                    └──────┬───────┘
                           │ RTK差分数据（无线电/4G/遥控器中继）
                           ▼
[卫星信号] →  ┌───────────────────┐  位置/速度/航向(ICD-03)
(GPS/BDS/    │   飞行器端         │ ──────────────→ [飞控系统]
 Galileo/    │   GNSS+RTK模块    │
 GLONASS)    │  （移动站）         │ ← 飞行状态/时间同步(ICD-03)
              └───────────────────┘
                           │
                    定位状态/精度 → [App显示]

2.3 工作环境 ​

  • 工作温度：-20°C ~ 50°C（参考D-RTK 3工作温度范围）
  • 存储温度：-30°C ~ 60°C
  • 湿度：≤95% RH（非凝结）
  • 防护等级：GNSS模块≥IP56（随飞行器整机防护）
  • 特殊环境因素：
    • 多路径干扰：大面积水域反射卫星信号导致多路径效应（参考D-RTK 3手册p7）
    • 电磁干扰：远离大功率无线电发射源≥200m，远离高压输电线≥50m（参考D-RTK 3手册p7）
    • 天线遮挡：确保天线周围15°以上区域无障碍物遮挡（参考D-RTK 3手册p7）
    • 振动：飞行器电机运转产生的振动可能影响GNSS天线接收

3. 功能需求 ​

3.1 RTK系统 ​

参考设备：DJI D-RTK 3农业版（v1.0手册）

D-RTK 3关键参数（从手册提取）：

  • 部件：电源按键、电源指示灯、模式指示灯、卫星信号指示灯、USB-C接口、直连数据链定向天线、5/8"-11 UNC螺纹孔（手册p5）
  • 供电：USB PD3.0协议 9-15V充电器唤醒内置电池（手册p5-6）
  • 卫星信号灯：搜星数>30绿灯，10-30黄灯，<10红灯（手册p9）
  • 电量指示：>60%绿灯，20-60%黄灯，<20%红灯（手册p9）
  • 定位模式：PPP定位 / 网络RTK/自定义网络RTK / 自定义坐标（手册p10）
  • 数据链：直连数据链定向天线与飞行器/遥控器通信（手册p5）
  • 安装：5/8"-11 UNC螺纹孔，配合中杆三脚架使用，顶面需水平（手册p7-8）
  • 架设天线安装力矩：15 kgf·cm，使用13mm扳手（手册p12）
  • 固件升级：通过DJI Assistant 2 For MG，USB-C连接（手册p11）
编号需求描述优先级验证方式来源
NAV-F-001系统应支持自建RTK基站方案：配套D-RTK 3农业版或同等RTK基站设备，通过直连数据链传输差分数据P0RTK联调测试SYS-F-041
NAV-F-002系统应支持**网络RTK（CORS）**方案：通过4G网络接入千寻NTRIP或其他CORS服务获取差分数据P1网络RTK联调SYS-F-042
NAV-F-003系统应支持PPP定位模式：适用于无网络RTK服务的场景，首次使用后可保存位置坐标（参考D-RTK 3手册p10）P1PPP定位测试—
NAV-F-004系统应支持自定义坐标模式：将D-RTK 3架设在已知坐标位置，使用自定义坐标模式进行标定（参考D-RTK 3手册p10）P1坐标标定测试—
NAV-F-005飞行器端GNSS接收机应支持多星座：GPS + BeiDou + Galileo + GLONASS（至少支持GPS+BDS双系统）P0搜星数量测试SYS-F-040
NAV-F-006RTK定位精度：固定解状态下水平±2cm，垂直±3cmP0定位精度测试SYS-P-020
NAV-F-007RTK首次收敛时间应≤60s（开阔环境下从开机到获得固定解）P0收敛时间测试—
NAV-F-008RTK重新收敛时间应≤10s（短暂失锁后恢复固定解）P0信号恢复测试—
NAV-F-009RTK差分数据链路应支持：① 直连数据链直传（基站→遥控器→飞行器）② 4G网络传输（NTRIP协议）P0数据链路测试—
NAV-F-010RTK基线距离应支持≤5km（直连数据链直传模式），网络RTK无基线距离限制P0远距离测试—
NAV-F-011飞行器端应支持双天线航向：通过双GNSS天线计算航向角，精度≤0.5°（双天线间距≥50cm）P1航向精度测试—
NAV-F-012系统应在App上实时显示RTK状态：未连接/搜星中/单点定位/浮点解/固定解，固定解时RTK图标显示绿色（参考T100手册p17）P0UI功能检查SYS-F-043

3.2 航线导航 ​

编号需求描述优先级验证方式来源
NAV-F-020系统应实现航线跟踪算法（L1导航/纯追踪/Stanley，具体算法方案由飞控团队确定），确保飞行器精准跟踪预定航线P0航线跟踪测试SYS-F-010
NAV-F-021航线跟踪精度：横向偏差（偏航距）≤0.4m，速度偏差≤0.3m/s（对标T100，T100手册p28）P0GPS轨迹对比测试SYS-P-022
NAV-F-022系统应支持仿地飞行导航：结合下视测距传感器（来自避障系统）数据，实时调整飞行高度跟随地形起伏P0地形跟随测试SYS-F-026
NAV-F-023航向控制精度：定速飞行时航向偏差≤±2°P0航向精度测试—
NAV-F-024系统应支持断点坐标精确记录：断点续喷时记录的坐标精度应与RTK定位精度一致P0断点续喷测试SYS-F-015
NAV-F-025系统应支持返航点自动记录与手动更新：起飞时自动记录返航点坐标，用户可在App中手动更新返航点（参考T100手册p39）P0返航点测试SYS-F-045
NAV-F-026系统应支持AB点航线导航：记录A/B两点后自动计算平行航线方向，导航精度等同大田航线模式P0AB点作业测试SYS-F-011
NAV-F-027导航数据更新频率应≥10Hz，确保飞控系统获得实时位置信息P0数据频率测试ICD-03

3.3 指南针校准 ​

编号需求描述优先级验证方式来源
NAV-F-030系统应支持指南针校准功能，通过App引导用户在场地上旋转飞行器完成校准（参考T100手册p35）P0校准流程测试SYS-F-044
NAV-F-031指南针校准数据应持久化存储，开机后自动加载最近一次校准结果P0持久化测试—
NAV-F-032系统应在检测到磁干扰异常时在App上提示用户重新校准指南针P0干扰检测测试SYS-F-044

4. 性能需求 ​

编号性能指标我方目标值T100参考值优先级验证方式
NAV-P-001RTK定位精度（固定解，水平）±2 cm±10 cm（悬停精度，T100手册p28）P0定位精度测试
NAV-P-002RTK定位精度（固定解，垂直）±3 cm±10 cm（悬停精度，T100手册p28）P0定位精度测试
NAV-P-003单点定位精度（无RTK，水平）±1.5 m±60 cm（悬停精度RTK关闭，T100手册p28）P0定位精度测试
NAV-P-004单点定位精度（无RTK，垂直）±3 m±30 cm（悬停精度RTK关闭，T100手册p28）P0定位精度测试
NAV-P-005RTK首次收敛时间（冷启动）≤60 s[T100未公布]P0冷启动测试
NAV-P-006RTK重新收敛时间（热启动）≤10 s[T100未公布]P0热启动测试
NAV-P-007导航数据更新频率≥10 Hz[T100未公布，推测≥10Hz]P0数据频率测试
NAV-P-008航线跟踪横向偏差（偏航距）≤0.4 m≤0.4 m（T100手册p28）P0GPS轨迹分析
NAV-P-009航线速度偏差≤0.3 m/s≤0.3 m/s（T100手册p28）P0速度记录分析
NAV-P-010支持卫星星座数量≥3（GPS+BDS+Galileo）GPS+BDS（RTK卫星定位使用BeiDou频段，T100手册p28）P0搜星测试
NAV-P-011冷启动首次定位时间（TTFF）≤30 s[T100未公布]P1冷启动测试
NAV-P-012RTK基线工作距离≤5 km（直传）[取决于D-RTK 3 直连数据链链路]P0远距离测试
NAV-P-013GNSS模块功耗≤3 W[T100未公布]P1功耗测试
NAV-P-014航向精度（双天线）≤0.5°[T100未单独公布]P1航向标定测试

5. 安全需求 ​

编号安全需求描述触发条件系统响应优先级验证方式
NAV-S-001RTK信号丢失处理：RTK固定解丢失时应自动降级为单点GPS定位，在App上显示定位精度降级告警。若在自动作业中，飞行器应暂停作业并悬停等待RTK恢复（参考T100手册p43）RTK固定解丢失>3s降级为单点GPS+暂停作业+告警P0信号屏蔽测试
NAV-S-002GPS信号完全丢失处理：卫星定位不可用时自动切换为姿态模式（仅依靠IMU+气压计），App提示"谨慎飞行"，限制自动作业功能（参考T100手册p43）有效卫星数<4颗且持续>5s切换姿态模式+限制功能+告警P0信号遮蔽测试
NAV-S-003GPS欺骗检测：系统应对GPS位置突变（>10m/s跳变）进行检测，若判断为欺骗信号应忽略异常数据并告警GPS位置出现不合理跳变丢弃异常数据+告警P1欺骗信号注入测试
NAV-S-004多源融合导航：系统应支持GNSS + IMU + 气压计多源数据融合，单一数据源失效时依靠其余数据源维持基本导航能力任一数据源失效自动剔除故障源+融合剩余数据P0单源故障注入测试
NAV-S-005导航数据完整性监测：系统应对导航输出数据进行一致性校验（位置/速度/航向交叉验证），数据异常时输出告警标志数据一致性校验失败输出告警标志+降级处理P0数据注入测试
NAV-S-006返航点有效性检查：执行返航时应检查返航点坐标有效性（在合理范围内），防止因坐标错误飞向不安全位置触发返航动作检查坐标合理性→执行/拒绝+告警P0异常坐标注入测试
NAV-S-007RTK基站状态监测：系统应持续监测RTK基站连接状态和差分数据质量，基站离线或数据异常时及时告警基站数据中断>5s或数据质量异常App告警+显示基站状态P0基站断连测试

6. 合规需求 ​

编号法规/标准需求描述优先级认证周期预估
NAV-C-001坐标系统合规系统应支持WGS84和CGCS2000坐标系，确保与中国测绘法规兼容P0—
NAV-C-002GB/T 43071-2023导航定位精度应满足植保无人飞机通用技术要求中对定位精度和航线跟踪精度的规定P0—
NAV-C-003RTK频段合规RTK基站射频发射应符合SRRC/当地无线电管理规定P0随整机SRRC认证
NAV-C-004地图服务合规使用的地图数据和坐标转换应符合中国测绘地理信息相关法规（如加偏/反偏处理）P0—

7. 接口需求 ​

接口编号对端子系统接口类型详细定义文档
ICD-03-I-001飞控系统数据接口（串口/CAN） — 定位数据（经纬度/高度/速度/航向）ICD-03
ICD-03-I-002飞控系统数据接口（串口/CAN） — RTK状态（单点/浮点/固定/基线信息）ICD-03
ICD-03-I-003飞控系统数据接口（串口/CAN） — 航向信息（双天线）ICD-03
ICD-03-I-004飞控系统数据接口（串口/CAN） — 时间同步（GPS时间）ICD-03
ICD-08-I-NAV电源系统供电接口 — 输入电压/功率需求ICD-08

8. 约束与假设 ​

8.1 设计约束 ​

  • 硬件约束：飞行器端GNSS模块+天线总重应≤200g，安装在机体顶部中心位置以减少多路径干扰
  • 软件约束：导航算法运行在飞控处理器上（非独立处理单元），需控制CPU占用率≤15%
  • 成本约束：GNSS+RTK模块成本应控制在整机BOM的[TBD]%以内
  • 天线约束：GNSS天线安装位置需远离电调/电机/图传天线，减少电磁干扰

8.2 假设条件 ​

  • 假设RTK基站架设位置视野开阔，15°以上无遮挡（参考D-RTK 3手册p7）
  • 假设作业区域附近无强烈电磁干扰源（远离大功率发射台≥200m，远离高压线≥50m）
  • 假设种子用户测试区域有4G网络覆盖（网络RTK方案所需）或用户配备D-RTK 3基站
  • 假设飞控IMU和气压计数据可用于多源融合（由飞控系统提供）

9. 验收标准 ​

9.1 种子用户版（V1.0，10月交付）必须通过项 ​

测试项通过标准对应需求编号
RTK厘米级定位开阔环境下RTK固定解，悬停精度水平±10cmNAV-F-006, NAV-P-001
RTK收敛时间冷启动≤60s获得固定解NAV-F-007, NAV-P-005
航线跟踪精度大田航线作业偏航距≤0.4mNAV-F-021, NAV-P-008
断点续喷精度断点恢复后坐标偏差≤0.5mNAV-F-024
RTK丢失降级RTK丢失后正确切换单点定位并告警NAV-S-001
GPS全丢失保护GPS不可用时切换姿态模式+告警NAV-S-002
指南针校准App引导校准流程可用，校准后航向精度正常NAV-F-030~032
RTK状态显示App正确显示RTK连接状态和定位精度等级NAV-F-012

9.2 应当通过项 ​

测试项通过标准对应需求编号
网络RTK接入成功通过NTRIP接入千寻CORS服务并获得固定解NAV-F-002
双天线航向航向精度≤0.5°NAV-F-011, NAV-P-014
多源融合单源故障后导航数据连续可用NAV-S-004

9.3 可延后项 ​

测试项计划版本对应需求编号
PPP定位模式V1.5NAV-F-003
GPS欺骗检测V1.5NAV-S-003
自定义坐标模式V1.5NAV-F-004

10. 待决事项 (TBD) ​

编号事项描述责任人期望决定日期影响范围
TBD-NAV-001飞行器端GNSS+RTK模块选型（u-blox F9P / 和芯星通 / 其他）硬件团队[TBD]NAV-F-001~012, NAV-P-001~014
TBD-NAV-002是否自研RTK基站还是仅适配D-RTK 3产品+硬件团队[TBD]NAV-F-001
TBD-NAV-003航线跟踪算法方案选型（L1/纯追踪/Stanley）飞控团队[TBD]NAV-F-020
TBD-NAV-004双天线航向方案是否纳入V1.0产品团队[TBD]NAV-F-011, NAV-P-014
TBD-NAV-005网络RTK服务供应商选择（千寻/中海达/自建CORS）产品+商务[TBD]NAV-F-002
TBD-NAV-006GNSS+RTK模块BOM成本目标产品+采购[TBD]整体成本

附录 ​

附录A：需求追溯矩阵 ​

子系统需求编号系统级需求来源验证方式验证状态
NAV-F-001SYS-F-041（RTK厘米级定位）RTK联调测试未验证
NAV-F-002SYS-F-042（自定义网络RTK）网络RTK联调未验证
NAV-F-005SYS-F-040（GNSS多星座）搜星测试未验证
NAV-F-012SYS-F-043（RTK状态显示）UI检查未验证
NAV-F-021SYS-P-022（飞行精度）GPS轨迹分析未验证
NAV-F-025SYS-F-045（返航点记录）返航点测试未验证
NAV-F-030SYS-F-044（指南针校准）校准流程测试未验证
NAV-S-001SYS-S-006（定位信号丢失）信号屏蔽测试未验证

附录B：D-RTK 3农业版参数参考 ​

参数项D-RTK 3数值来源
接口USB-C + 直连数据链定向天线手册p5
安装螺纹5/8"-11 UNC手册p5
供电方式USB PD3.0 9-15V充电唤醒内置电池手册p5-6
搜星指示>30绿 / 10-30黄 / <10红手册p9
定位模式PPP / 网络RTK / 自定义坐标手册p10
架设要求开阔视野15°无遮挡，远离发射源≥200m，远离高压线≥50m手册p7
安装力矩15 kgf·cm手册p12
存储温度-5°C ~ 30°C（超3个月）手册p11
存储电量30%-50%手册p11
固件升级DJI Assistant 2 For MG手册p11

文档结束

菲航户外事业部产品知识库

© 2026 菲航户外