ArduPilot 笔记 | Roderick Huang

1. ArduPilot SITL 编译

设置windows/Cygwin环境下git选项：

# 忽略权限位变化
git config --global core.fileMode false
# 信任当前目录
git config --global --add safe.directory /cygdrive/e/work/flight/ardupilot
# 关闭 CRLF 自动转换（避免与 Windows 工具冲突）
git config --global core.autocrlf false

下载 ArduPilot 代码：

git clone https://github.com/ardupilot/ardupilot.git
cd ardupilot
git submodule update --init --recursive

git submodule foreach --recursive "git reset --hard HEAD"

编译 ArduPilot SITL：

# 编译及开发环境准备
./Tools/environment_install/install-prereqs-ubuntu.sh -y

./waf configure --board sitl
./waf plane    # ArduPlane
# 生成 build/sitl/bin/arduplane

1.1. 初步运行

使用自定义python脚本运行 SITLgithub – ap-swarm-launcher：

# 启动两个 ArduPlane SITL 实例，设置数据目录为 ~/tmp/arduplane
uv run ap-sitl-swarm --model plane -n 2 --data-dir ~/tmp/arduplane --no-multicast --tcp-base-port 5760 --home 31.8269,117.2280,30 ~/tmp/arduplane/arduplane

2. Windows上使用Cygwin编译

从cygwin 下载并安装setup-x86_64.exe。在cygwin环境中安装选择以下软件包：

autoconf automake ccache gcc-g++ git libtool make gawk libexpat-devel libxml2-devel python39 python39-future python39-lxml python39-pip libxslt-devel python39-devel procps-ng zip gdb ddd xterm cmake

另外，还需要安装如下软件包，以部分解决Cygwin中的终端启动不了的问题：

xterm xorg-server xinit font-util unifont-fonts

在cygwin环境中安装pip包：

pip install pymavlink pyserial empy==3.3.4 MAVProxy pexpect lxml

在cygwin环境中编译（此时不需要也不能运行脚本install-prereqs-ubuntu.sh）：

# 进入 ardupilot 根目录
# ./waf configure --board sitl --debug
# ./waf -j8 plane -v
./waf configure --board sitl
./waf plane

2.1. SITL 运行

运行sim_vehicle.py需要MAVProxy，首先需要从github上下载并安装MAVProxy。

在Cygwin环境中，没有支持的console输出的terminal，需要作一些设置或修改，以显示console输出窗口。有两种方式：使用X server，或者mintty终端。

首先，在cygwin中启动X Server（已弃用，可以不用启动）：

startxwin &
export DISPLAY=:0

启动sim_vehicle.py前，需要修改Tools\autotest\run_in_terminal_window.sh脚本，添加mintty支持：

elif [ -n "$(which mintty 2>/dev/null)" ]; then
  # Cygwin native terminal - no X11 fonts required
  mintty --hold always -T "$name" -e "$@" &

cygwin-mintty

然后，在cygwin环境中启动sim_vehicle.py：

cd /cygdrive/e/work/flight/ardupilot/ArduPlane
../Tools/autotest/sim_vehicle.py --map --console

启动之后，观察LOG信息：

SIM_VEHICLE: Run ArduPlane
SIM_VEHICLE: "/cygdrive/e/work/flight/ardupilot/Tools/autotest/run_in_terminal_window.sh" "ArduPlane" "/cygdrive/e/work/flight/ardupilot/build/sitl/bin/arduplane" "--model" "plane" "--speedup" "1" "--slave" "0" "--sim-address=127.0.0.1" "-I0"
SIM_VEHICLE: Run MavProxy
SIM_VEHICLE: "/usr/bin/cygstart" "-w" "mavproxy.exe" "--retries" "5" "--out" "127.0.0.1:14550" "--master" "tcp:127.0.0.1:5760" "--sitl" "127.0.0.1:5501" "--map" "--console"
RiTW: Starting ArduPlane : /cygdrive/e/work/flight/ardupilot/build/sitl/bin/arduplane --model plane --speedup 1 --slave 0 --sim-address=127.0.0.1 -I0

可以看到SITL通过TCP:5760端口与MAVProxy通信，MAVProxy通过TCP:14550端口与QGroundControl通信。

2.1.1. 更改SITL仿真的HOME坐标

在Tools\autotest\locations.txt文件中定义了一些预设的HOME坐标，默认加载HOME点是CMAC。可以通过NAME选择其他地点，比如：

../Tools/autotest/sim_vehicle.py -L Unalga --map --console

也可以在locations.txt中添加NAME+坐标。

2.1.2. 命令交互–固定翼 ArduPlane

启动sim_vehicle.py之后，会启动一个console窗口、一个map窗口，以及一个terminal窗口。可以在terminal窗口中输入命令来控制仿真，比如：

# 在cygwin环境中，由于MAVProxy是在windows环境下安装的（不是在cygwin环境安装的），
# 所以mavproxy命令接收的路径是windows的路径格式。
# 另外，可以使用相对路径，但是测试这种方式发现不可靠。
STABILIZE > wp load "E:\work\flight\ardupilot\Tools\autotest\Generic_Missions\CMAC-circuit.txt"
STABILIZE > mode guided
GUIDED > arm throttle
GUIDED > takeoff 40
GUIDED > mode auto
GUIDED > mode rtl

# 自动降落返回HOME点
RTL > param set RTL_AUTOLAND 1
RTL > mode autoland

具体操作步骤参考官方教程文档：Plane SITL/MAVProxy Tutorial。另外参考知乎文章：ArduPilot 软件在环仿真SITL（SITL+MAVProxy）。

当飞机处于MISSION_RUNNING状态时（Armed + MISSION_RUNNING），不能接收航线修改命令。飞控接收新航线，会冲掉当前的航线。

其他wp命令：wp list、wp clear。

航线文件格式参见官方文档：Plan File Format。

2.1.3. 参数文件

SITL启动时，都会加载默认的参数文件，比如plane的默认文件在代码仓库中的路径是Tools/autotest/models/plane.parm。运行sim_vehicle.py时，可以通过加载自定义参数文件来修改/添加SITL的仿真参数，比如使用如下命令加载用户自定义的参数文件：

../Tools/autotest/sim_vehicle.py --map --console --param-file my_params.parm

参数文件my_params.parm内容：

# 查看当前参数
param show

# 修改特定参数
param set BATTERY_CAPACITY 5200
param set SIM_SPEEDUP 2

2.1.4. 有关SITL仿真的资源

Copter SITL/MAVProxy Tutorial：使用sim_vehicle.py的一个官方文档。
SITL setup on Windows using Cygwin (not recommended)

2.1.5. 启动仿真以及连接QGroundControl

QGC创建一个UDP:14550端口的连接，连接到MAVProxy的TCP:14550端口。MAVProxy会将SITL的数据转发给QGC。

2.1.6. Cygwin终端美化

编辑Cygwin的.bashrc文件（比如在windows中绝对路径为C:\cygwin64\home\Administrator\.bashrc）：

###################
## Git completion and prompt
source git-completion.bash
source git-prompt.sh

# Git prompt 状态标记
GIT_PS1_SHOWDIRTYSTATE=1       # * 未暂存变更，+ 已暂存变更
GIT_PS1_SHOWUNTRACKEDFILES=1   # ? 未追踪文件
GIT_PS1_SHOWUPSTREAM="auto"    # < 落后，> 超前，<> 分叉

# PS1: 蓝色目录名(basename) + 黄色 git 状态 + 普通 $
PS1='\[\e[1;34m\]\W\[\e[0m\]\[\e[1;33m\]$(__git_ps1 " (%s)")\[\e[0m\] \$ '


################
# 目录导航别名
alias ..='cd ..'
alias ...='cd ../..'
alias c='clear'
alias h='history'
alias ll='ls -alF'
alias la='ls -A'
alias l='ls -CF'
alias grep='grep --color'

其中，git-completetion.bash以及git-prompt.sh来自https://github.com/git/git/tree/master/contrib/completion。

参考：

Bash Prompt Generator：在线生成 PS1
Configuration CYGWIN - BASHRC：参考的Cygwin command prompt代码片段

2.2. SITL 与 JSBSim

在Cygwin环境中，编译并安装JSBSim：

git clone git://github.com/JSBSim-Team/jsbsim.git
cd jsbsim && mkdir build && cd build

cmake -DSYSTEM_EXPAT=ON -DBUILD_SHARED_LIBS=ON -DINSTALL_JSBSIM_PYTHON_MODULE=ON -DCMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE="-O3 -march=native -mtune=native" -DCMAKE_C_FLAGS_RELEASE="-O3 -march=native -mtune=native" -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release ..

make -j8 && make install
cmake --install . --component pymodules

编译命令参考：https://github.com/JSBSim-Team/jsbsim/blob/master/doc/DevelopersDocs.md。

启动仿真命令：

../Tools/autotest/sim_vehicle.py -v ArduPlane -f jsbsim --console --map

A. 资料

A.1. 一些地面站收集

ADOSMissionControl：一个基于typescript的地面站