关于无人机定点飞行的一些解释和Matlab程序绘制

公爵爱学习2026-09-07 9:43

1.启动无人机程序的launch程序文件解释

1.<!-- 无人机初始位姿（出现的位置和朝向） -->

<arg name="x" default="0"/> <!-- 初始 x 坐标 -->

<arg name="y" default="0"/> <!-- 初始 y 坐标 -->

<arg name="z" default="0"/> <!-- 初始 z 坐标（高度） -->

<arg name="R" default="0"/> <!-- roll 翻滚角 -->

<arg name="P" default="0"/> <!-- pitch 俯仰角 -->

<arg name="Y" default="0"/> <!-- yaw 偏航角 -->

R：左右幅度摆动 P：前后幅度 Y绕z轴角度

<arg name="est" default="ekf2"/> <!-- 状态估计器（ekf2=扩展卡尔曼滤波，融合位置速度） -->

<arg name="vehicle" default="iris"/> <!-- 无人机型号（iris 是四旋翼） -->

<arg name="world" default="$(find mavlink_sitl_gazebo)/worlds/h11.world"/> <!-- 用哪个世界 -->

<arg name="sdf" default="$(find mavlink_sitl_gazebo)/models/iris_fpv_cam/iris_fpv_cam.sdf"/> <!-- 无人机的3D模型文件 --> 添加摄像头模型

模型大概意思 （这个简单懂就行，无非就是加入摄像头的时候需要用到）

2.无人机订阅相应数据，并在matlab中得到曲线

下面是进行操作

首先启动roslaunch px4 mavros_按住TAB键补全即可

然后在另外一个终端

bash 复制代码 
rosbag record -O flight_data.bag \
    /mavros/local_position/pose \
    /mavros/local_position/velocity_local

这个是官方自带的，rosbag相当于一个大容器，可以包含位置信息和速度信息，

打开第三个终端输入

bash 复制代码 
rosrun drone going

飞行结束后，输入

bash 复制代码 
rosbag info flight_data.bag

最后把 bag 转成 CSV，

单独提取位置话题转成 CSV

bash 复制代码 
rostopic echo -p /mavros/local_position/pose -b flight_data.bag > pose.csv.

matlab程序如下：

Matlab 复制代码 
%% ============ 数据读取 ============
clear; clc; close all;

% 读取位置数据（跳过表头）
data = readmatrix('pose.csv', 'NumHeaderLines', 1);

% 列索引（重要！）
% 1=time(ns) 2=seq 3=stamp 4=frame_id(字符串) 5=x 6=y 7=z 8~11=四元数
t = (data(:,1) - data(1,1)) / 1e9;    % 时间 -> 秒
x = data(:,5);
y = data(:,6);
z = data(:,7);

%% ============ 绘图风格（顶刊常用）============
fontSize   = 11;                    % 字体大小
lineWidth  = 1.5;                   % 线宽
markerSize = 9;                     % 标记大小
cTrack = [0.00 0.45 0.74];          % 轨迹：蓝色
cStart = [0.47 0.67 0.19];          % 起点：绿色
cEnd   = [0.85 0.33 0.10];          % 终点：橙色

%% ============ 图1：3D 飞行轨迹 ============
figure('Color','w','Position',[80 80 620 520]);
plot3(x, y, z, '-', 'Color', cTrack, 'LineWidth', lineWidth);
hold on;
plot3(x(1), y(1), z(1), 'o', 'MarkerSize', markerSize, ...
    'MarkerFaceColor', cStart, 'MarkerEdgeColor','k', 'LineWidth',1);
plot3(x(end), y(end), z(end), 's', 'MarkerSize', markerSize, ...
    'MarkerFaceColor', cEnd, 'MarkerEdgeColor','k', 'LineWidth',1);
hold off;

xlabel('X (m)', 'FontSize', fontSize);
ylabel('Y (m)', 'FontSize', fontSize);
zlabel('Z (m)', 'FontSize', fontSize);
legend({'Trajectory','Start','End'}, 'Location','northeast', ...
    'FontSize', fontSize-1, 'Box','off');
grid on; box on; axis equal;
view(45, 22);                          % 3D 视角
set(gca, 'FontSize', fontSize, 'LineWidth', 0.8, 'TickDir','out');
% title('3D Flight Trajectory');        % 论文里一般不写标题

%% ============ 图2：俯视轨迹（XY 平面）============
figure('Color','w','Position',[720 80 500 460]);
plot(x, y, '-', 'Color', cTrack, 'LineWidth', lineWidth);
hold on;
plot(x(1), y(1), 'o', 'MarkerSize', markerSize, ...
    'MarkerFaceColor', cStart, 'MarkerEdgeColor','k');
plot(x(end), y(end), 's', 'MarkerSize', markerSize, ...
    'MarkerFaceColor', cEnd, 'MarkerEdgeColor','k');
hold off;

xlabel('X (m)', 'FontSize', fontSize);
ylabel('Y (m)', 'FontSize', fontSize);
legend({'Trajectory','Start','End'}, 'Location','best', ...
    'FontSize', fontSize-1, 'Box','off');
grid on; box on; axis equal;
set(gca, 'FontSize', fontSize, 'LineWidth', 0.8, 'TickDir','out');

%% ============ 图3：位置-时间曲线 ============
figure('Color','w','Position',[80 640 620 480]);
plot(t, x, '-', 'Color', [0.85 0.33 0.10], 'LineWidth', lineWidth); hold on;
plot(t, y, '-', 'Color', [0.47 0.67 0.19], 'LineWidth', lineWidth);
plot(t, z, '-', 'Color', [0.00 0.45 0.74], 'LineWidth', lineWidth);
hold off;

xlabel('Time (s)', 'FontSize', fontSize);
ylabel('Position (m)', 'FontSize', fontSize);
legend({'x','y','z'}, 'Location','northeast', ...
    'FontSize', fontSize-1, 'Box','off', 'NumColumns',3);
grid on; box on;
set(gca, 'FontSize', fontSize, 'LineWidth', 0.8, 'TickDir','out');
xlim([t(1) t(end)]);

%% ============ 导出为矢量图（投稿用）============
% 依次导出 3 个图（建议 PDF 矢量格式，插入 LaTeX 最清晰）
exportgraphics(gcf, 'trajectory_3d.pdf', 'ContentType','vector');

这个时候，你也在想那我输出速度的表格信息呢，该怎么操作，

也是一步不一样，导出这里

bash 复制代码 
# 导出位置（你之前做的）
rostopic echo -p /mavros/local_position/pose           -b flight_data.bag > pose.csv
#                ↑↑↑ 话题名（位置）

# 导出速度（把话题名换成 velocity_local）
rostopic echo -p /mavros/local_position/velocity_local -b flight_data.bag > vel.csv
#                ↑↑↑ 话题名（速度）

就是最后这里需要更改，matlab程序几乎相同，更改两点

Matlab 复制代码 
%% 原来读位置
data = readmatrix('pose.csv', 'NumHeaderLines', 1);
x = data(:,5);  y = data(:,6);  z = data(:,7);

%% 改成读速度（文件名换 + 变量名换，列号不变！）
vel = readmatrix('vel.csv', 'NumHeaderLines', 1);
vx = vel(:,5);  vy = vel(:,6);  vz = vel(:,7);

完整画速度曲线代码

Matlab 复制代码 
展示核心代码

%% ============ 顶刊大图（2x2）============
fig = figure('Color','w','Position',[60 60 900 700]);
tl = tiledlayout(2, 2, 'TileSpacing','compact', 'Padding','compact');

%% ---- (a) 三轴速度（原始+平滑叠加，评审最爱）----
nexttile;
% 原始数据：浅色细线（诚实展示）
plot(tv, vx, '-', 'Color', [cX 0.25], 'LineWidth', 0.8); hold on;
plot(tv, vy, '-', 'Color', [cY 0.25], 'LineWidth', 0.8);
plot(tv, vz, '-', 'Color', [cZ 0.25], 'LineWidth', 0.8);
% 平滑数据：深色粗线
plot(tv, vx_s, '-', 'Color', cX, 'LineWidth', lineWidth);
plot(tv, vy_s, '-', 'Color', cY, 'LineWidth', lineWidth);
plot(tv, vz_s, '-', 'Color', cZ, 'LineWidth', lineWidth);
hold off;

xlabel('Time (s)'); ylabel('Velocity (m/s)');
legend({'v_x','v_y','v_z'}, 'Location','best', 'FontSize', fontSize-2, ...
    'Box','off', 'NumColumns',3);
grid on; box on;
title('(a) Velocity Components', 'FontWeight','bold', 'FontSize', fontSize);
set(gca, 'LineWidth', 0.8, 'TickDir','out');

%% ---- (b) 总速度大小 |v| ----
nexttile;
% 原始(浅) + 平滑(深)
plot(tv, speed, '-', 'Color', [cS 0.20], 'LineWidth', 0.8); hold on;
plot(tv, speed_s, '-', 'Color', cS, 'LineWidth', lineWidth); hold off;

xlabel('Time (s)'); ylabel('Speed |v| (m/s)');
grid on; box on;
title('(b) Speed Magnitude', 'FontWeight','bold', 'FontSize', fontSize);
set(gca, 'LineWidth', 0.8, 'TickDir','out');

%% ---- (c) 速度-高度关系（相位图，更"高级"）----
nexttile;
plot(vz_s, vx_s, '.', 'Color', cX, 'MarkerSize', 5);
xlabel('v_z (m/s)'); ylabel('v_x (m/s)');
grid on; box on; axis equal;
title('(c) Phase Portrait (v_x vs. v_z)', 'FontWeight','bold', 'FontSize', fontSize);
set(gca, 'LineWidth', 0.8, 'TickDir','out');

%% ---- (d) 速度分布直方图（展示统计特性）----
nexttile;
histogram(speed_s, 40, 'FaceColor', cS, 'EdgeColor','none', ...
    'FaceAlpha', 0.8);
xlabel('Speed |v| (m/s)'); ylabel('Count');
grid on; box on;
title('(d) Speed Distribution', 'FontWeight','bold', 'FontSize', fontSize);
set(gca, 'LineWidth', 0.8, 'TickDir','out');

四张图，高级图。这是对应解释

那么关于定点飞行一些科研绘图技巧和无人机模型解释，结束！

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