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实机飞行

本文档介绍无人机的实机飞行操作流程，包括硬件连接检查、系统启动、任务控制节点运行等完整步骤。

硬件架构概述

本无人机系统由以下核心组件构成：

组件 型号 作用
飞控 CUAV X25 EVO 飞行姿态控制、传感器数据融合
机载计算机 Jetson Orin NX 运行 ROS 任务控制节点、视觉处理
数传电台 P8 / P9 数传 地面站与飞控之间遥测通信
电源模块 PMU2 Lite 整机供电、电池检测
RTK CUAV 2HP / 9PS RTK 高精度定位

详细的硬件接线方式请参考 线路连接说明。

前置条件

在进行实机飞行之前，请确保：

  • 已完成 环境部署 中的基础环境安装
  • 已安装 PX4-Autopilot 固件，可从以下链接下载：固件源码下载
  • 已安装 ROS 与 MAVROS
  • 已确认所有硬件接线正确（参考 线路连接说明）
  • 飞控已刷入正确固件并通过 QGroundControl 完成基础校准（罗盘、加速度计、水平等）
  • 电池电量充足
  • 遥控器与接收机已对频

飞行前检查

1. 硬件连接检查

执行飞行前，请逐一检查以下连接：

检查项 说明
电池电量 确认电池电压正常，电量充足
电源模块 (PMU) → 飞控 POWER C1 整机供电主接口
电机电调 → 飞控 M1~M8 电机信号线连接牢固
数传电台 → 飞控 TELEM1 遥测数据通信
RTK → 飞控 CAN1 高精度定位
激光雷达 → 飞控 TELEM2 避障定高数据
GPS → 飞控 GPS & SAFETY 主定位系统
机载计算机 USB → 飞控 USB 飞控与 Jetson Offboard 通信
摄像头 USB → 机载计算机 视觉识别数据
舵机控制板 → 机载计算机 40-Pin GPIO 投放机构控制
安全开关 确保安全开关可正常操作
TF 卡 插入飞控 TF 卡槽，用于记录飞行日志

2. 结构检查

  • 机臂、脚架无松动
  • 螺旋桨安装方向正确，螺母拧紧
  • 各模块固定牢固，无晃动
  • 线缆捆扎整齐，不干涉运动部件

实机飞行操作

1. 上电启动

按以下顺序操作：

  1. 安装电池：将动力电池连接到 PMU 电源模块
  2. 等待飞控初始化：飞控上电后 LED 指示灯亮起，等待 GPS 锁定（约 2~5 分钟，首次冷启动可能更久）
  3. 机载计算机自启：Jetson Orin NX 随供电自动开机

注意

上电后请勿立即靠近螺旋桨。始终保持安全距离，直到确认飞控处于 DISARMED（未解锁） 状态。

2. 启动 MAVROS 连接飞控

与仿真环境的区别

实机环境下 MAVROS 的连接命令与仿真不同。实机使用 USB 串口连接飞控，而非 UDP 端口。

确认 Jetson 已启动完成并 SSH 登录后，启动 MAVROS：

roslaunch mavros px4.launch fcu_url:="/dev/ttyACM0:921600"
与仿真连接的区别
环境 飞控连接命令
实机 fcu_url:="/dev/ttyACM0:921600"
仿真 fcu_url:="udp://:14550@127.0.0.1:18570"

说明

  • /dev/ttyACM0 是飞控通过 USB 连接到 Jetson 后识别的串口设备，实际设备名可能不同，可通过 ls /dev/tty* 确认
  • 921600 是推荐的通信波特率，支持高速 MAVLink 2 协议
  • 如果连接失败，检查飞控 USB 线是否已连接到 Jetson 的正确 USB 口

3. 启动任务控制节点

新开终端窗口，启动各功能节点：

roslaunch px4_controller start.launch

此命令会启动 px4_controller 功能包中的所有任务节点，包括：

  • 无人机状态机：管理飞行状态切换（手动 / Offboard / 自主任务）
  • PX4 接口通信：MAVLink 消息的收发封装
  • 瞄准与跟踪：基于视觉的目标识别与跟踪
  • 目标侦察：目标检测与识别
  • 投放控制：舵机投放机构控制
  • 位置发布：目标位置估计与发布

提示

任务控制节点的详细说明请参考 软件功能包 章节。

验证系统运行

基本检查

完成以上步骤后，通过以下方式验证系统是否正常运行：

# 查看当前所有 ROS 话题
rostopic list

# 查看飞控状态（确认飞控已连接且通信正常）
rostopic echo /mavros/state

# 查看 GPS 状态
rostopic echo /mavros/global_position/global

关键状态确认

检查项 正常状态 严重异常
mavros/state.connected True False
mavros/state.armed False（未解锁） True（误解锁，危险）
mavros/state.guided True False
GPS 卫星数 ≥ 10 颗 < 6 颗
RTK 状态 FIX（固定解） FLOAT / NONE

常见问题

1. MAVROS 无法连接飞控

  • 检查飞控 USB 线是否已连接到 Jetson
  • 确认串口设备：ls /dev/ttyACM*
  • 检查串口权限：sudo chmod 666 /dev/ttyACM0
  • 检查 MAVROS 是否已安装：roslaunch mavros px4.launch

2. GPS / RTK 无法定位

  • 确保天线放置在开阔无遮挡的位置
  • 等待冷启动完成（首次可能需要 5~10 分钟）
  • 确认 RTK 基准站已正常工作
  • 检查 RTK 与飞控 CAN1 的连接

3. 任务节点启动异常

  • 确认工作空间已正确 source：source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
  • 检查功能包是否已编译：catkin_make
  • 查看日志排查错误：roslaunch px4_controller start.launch --screen

4. 舵机 / 投放器不工作

  • 确认舵机控制板与 Jetson 的 40-Pin GPIO 接线正确
  • 检查舵机供电是否正常（舵机需外接 BEC 供电，飞控不给舵机供电）

5. 飞控无法解锁

  • 检查遥控器是否已打开且油门处于最低位
  • 确认安全开关已按下
  • 在 QGroundControl 中查看解锁拒绝原因（如 GPS 卫星数不足、校准未完成等）