ArduPilot教程（二）运行第一个SITL无人机仿真

运行一个 Copter 的 SITL 仿真。Ardupilot 是基于 MAVLink 通信协议的，而操作仿真无人机执行任务需要一个地面站（GCS）和 Ardupilot SITL 进行配合。所以在运行仿真之前，我们先简单介绍一下 MAVLink 通信协议和 MAVProxy 地面站。

1 MAVLink 通信协议

Ardupilot 的通讯是基于 MAVLink 协议的。MAVLink（Micro Air Vehicle Link）是一款轻量级、开源的无人系统通信协议，被广泛应用于自动驾驶平台中（比如 ArduPilot、PX4 等）。MAVLink 协议是基于消息帧结构设计，支持串口、UDP、TCP 等多种传输方式，能够在地面站、飞控、传感器、伴随计算机等组件之间进行高效、可靠的数据交互。常见的 MAVLink 消息包括心跳（heartbeat）、位置（GPS/IMU）、姿态（Yaw）、飞行模式、任务航点和参数配置等。MAVLink 最大的优势是跨平台与可扩展性，拥有 C、Python、JavaScript 等多种语言的官方或社区实现。开发者可以根据需求自定义消息，实现系统级集成与控制。在 SITL 仿真、自动任务规划、远程控制等应用中，MAVLink 是无人系统通信的核心桥梁。在这里大家先对 MAVLink 协议是什么有个基本的认识。我们先不对 MAVLink 的具体内容，比如消息帧结构和编程接口，进行介绍。这些内容会在以后的博客中讲解。

2 MAVProxy 地面控制站

MAVProxy 是由 ArduPilot 官方支持的命令行式地面控制站（GCS），采用 Python 编写，具有轻量级、跨平台和高度可扩展的特点。它可在 Linux、Windows、macOS 等系统中运行，广泛用于无人机仿真（SITL）、飞控调试、自动化测试以及树莓派等伴随计算平台。MAVProxy 支持多种 MAVLink 通信方式，内置航点任务、地图显示、参数管理等常用模块，并通过插件机制支持功能拓展。用户还可以通过 Python 脚本与 MAVLink 指令交互，快速实现自定义控制逻辑与任务流程。在不依赖图形界面的场景下，如远程终端或嵌入式环境，MAVProxy 是极为高效的控制工具。MAVProxy 的安装过程非常简单，在Ubuntu 22.04 命令行中运行：

bash 复制代码

sudo apt-get install python3-dev python3-opencv python3-wxgtk4.0 python3-pip python3-matplotlib python3-lxml python3-pygame
python3 -m pip install PyYAML mavproxy --user

然后将路径加入到 bashrc 中：

bash 复制代码

echo 'export PATH="$PATH:$HOME/.local/bin"' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

这样我们就可以使用 mavproxy.py 脚本了。Ardupilot SITL 在运行仿真的时候默认自动启动 MAVProxy，我们这里直接进行仿真测试。

3 运行 SITL 无人机仿真

我们来运行一个基于 Ardupilot SITL 的 Copter 仿真，进入 Ardupilot 文件夹，先清理一下之前的安装：

bash 复制代码

./waf clean

使用waf构建SITL和copter仿真库，运行以下命令:

bash 复制代码

./waf configure --board SITL   
./waf copter

编译安装的过程会有很多输出，这里依然只截取最后一部分作为参考：

在 ardupilot 文件夹中输入以下命令，启动一个仿真程序：

bash 复制代码

 # 启动STIL
Tools/autotest/sim_vehicle.py -v ArduCopter -f quad --console --map

这里看到，仿真程序成功启动后，我们会看到下面四个界面，一个console,一个map界面，一个ArduCopter信息界面以及我们运行的命令行：

仔细观察Ubuntu命令行界面，我们注意到sim vehide.py命令已经自动启动了MAVProxy控制站，如下图:

接下来我们就可以操纵仿真无人机了。我们可以使用MAVProxy(通过ubuntu命令行)或者map界面来操作无人机。

3.1 使用MAVProxy控制无人机

我们在MAVProxy命令行中依次输入以下命令，让无人机起飞:

bash 复制代码

mode guided
arm throttle
takeoff 40

这三个命令的意思是，将行模式改为guided，解锁油门和引擎，并垂直起到40m。输入之后，MAXProxy命令行的状态如下图所示：

我们会看到命令行对行模式(默认为stabilize)的显示有些问题，这是MAVProxy 的一个小bug，但不影响我们操作飞机。我们也可以在console中看到信息的变化，如下图：

这里显示飞机的高度发生了变化，逐渐增加。我们还会发现电池的消耗真的非常快，不过我们是在作SITL仿真，不会坠机，所以不用在意。因为无人机是垂直起，所以在地图上看不到任何的变化。接下来我们控制无人机飞往指定地点，使用guided命令，MAVProxy输入如下：

无人机会根据quided命令飞到指定的[Latitude(经度)，Lonqitude (纬度)，Altitude(高度)]，如下图：

我们看到无人机已经从Home(白色小房子处)飞到了指定地点。除了guided模式之外，Ardupilot还支持很多其它的飞行模式。

3.2 使用SITL地图界面控制无人机

当无人机成功起后(arm并takeoff之后)，我们可以用map界面上的右键菜单来操纵无人机，飞往指定地点或执行某些任务(Mission)，如下图所示:

图形界面是为了让用乎更方便的使用Ardupilot SITL进行仿真测试。

4 MAVProxy常用命令

在这篇博客中，我们只尝试了几个常用的命令，MAVProxy还有很多其它的命令，我们没有时间一一介绍。常用命令这里给大家整理了一个表格，作为参考:

无人机必须要以引导模式下才能起飞，执行以下命令。

bash 复制代码

mode guided         #切换模式到guided
arm throttle        #解锁油门，15s无动作，仿真环境里面的无人机会自动上锁
takeoff 40          #起飞到40m

其他常用指令：

给无人机解锁：arm throttle

给无人机强制解锁：arm throttle force

给无人机上锁：disarm

给无人机强制上锁：disarm force

切换到返航模式：mode rtl

切换到悬停模式： mode loiter

切换到降落模式： mode land

控制油门通道上升： rc 3 1800

控制油门通道下降： rc 3 1300

控制俯仰往右飞：rc 2 1200

5 其它地面控制站

除了 Ardupilot SiITL默认使用的MAVProxy以外，还有很多其它的地面控制站，这里介绍两个最常用的，QGC和 MissionPlanner。

5.1 QGroundControl

QGroundControl(QGC) 是一个跨平台、图形化的开源地面控制站软件，广泛支持ArduPilot和 PX4飞控系统。它提供直观的用户界面，方便用户进行任务规划、参数配置、实时监控和行模式切换。QGC支持航点拖拽式规划、地图导航、实时视频流、遥控器校准、电池管理等功能，适用于无人机、无人车、无人船等多种载体。用户只需通过USB、串口、Wi-Fi或射频模块连接飞控，即可实现对飞行器的全面管理。相比MAVProxy等命令行工具，QGC更适合入门用户与图形交互需求场景，但同时也具备强大的开发者调试功能，如MAVLinkInspector和日志分析工具，是地面站工具中最为主流和强大的一种。

5.2. Mission Planner

Mission Planner是由ArduPilot官方维护的功能强大的Windows平台图形化地面控制站(GCS)，专为ArduPilot系列飞控设计。它支持行器的全生命周期管理，包括参数设置、传感器校准、固件刷写、航线规划、实时监控、遥控器校准、地理围栏配置、MAVLink消息调试等核心功能。用户可以通过USB、无线电遥测或TCP/UDP网络连接飞控，执行如自动起飞、返航、任务上传等复杂指令。Mission Planner提供丰富的数据可视化图表和行日志分析工具，还支持SITL仿真联动、脚本扩展(C#)和第三方MAVLink系统接入，是ArduPilot生态中最成熟、最全面的GCS工具之一，适合教学、开发、调试和实战应用。