PX4光流与激光雷达避障集成实战
📚 共计 30 章节
01
课程导论与硬件选型
PX4生态概述、光流传感器原理（PX4FLOW/PMW3901）、激光雷达原理（TFmini/TF-Luna）、飞控选型（Pixhawk/Cube）、机架与动力系统匹配。
硬件
选型
导论
02
PX4固件编译与烧录
Ubuntu环境搭建、PX4源码下载、make编译命令详解、固件烧录（QGroundControl/命令行）、参数文件结构。
编译
烧录
环境
03
光流传感器驱动与配置
I2C/SPI总线配置、光流传感器参数（SENS_FLOW_ROT、SENS_FLOW_MAXHGT）、传感器校准流程、数据流验证（uORB消息）。
光流
驱动
I2C
04
激光雷达驱动与配置
串口（UART）配置、激光雷达参数（SENS_LIDAR_ROT、SENS_LIDAR_MAXHGT）、数据解析与发布、EKF融合配置。
激光雷达
UART
EKF
05
EKF状态估计器原理
EKF核心概念、状态向量定义（位置、速度、姿态）、观测模型（光流/激光雷达）、协方差调整技巧。
EKF
状态估计
融合
06
传感器融合调试
QGroundControl实时曲线查看、FlightPlot日志分析、传感器数据对齐、时间戳同步问题排查。
调试
QGC
日志
07
光流定位模式详解
光流定点模式（LOITER）、光流悬停模式（HOLD）、参数调优（MPC_XY_VEL_MAX、LOITER_XY_ACC）、室内飞行测试。
光流定位
LOITER
调参
08
激光雷达定高模式详解
激光雷达定高（ALTCTL）、与气压计融合策略、参数调优（MPC_Z_VEL_MAX、MPC_Z_ACC）、低空飞行特性。
定高
ALTCTL
融合
09
避障算法基础
障碍物检测原理、安全距离阈值设定、避障策略（停止/绕行/爬升）、传感器视场角（FOV）限制。
避障
策略
FOV
10
基于光流的避障实现
光流速度场分析、障碍物方向判断、避障动作触发逻辑、代码实现（避障模块）。
光流避障
速度场
代码
11
基于激光雷达的避障实现
激光雷达点云处理、障碍物聚类、避障路径规划、代码实现（避障模块）。
激光避障
点云
路径规划
12
多传感器融合避障
光流+激光雷达数据融合、冗余设计、故障切换逻辑、实际飞行测试案例。
融合避障
冗余
测试
13
Offboard模式与外部控制
MAVSDK/MAVROS基础、Offboard模式切换、位置/速度控制指令发送、避障指令集成。
Offboard
MAVSDK
控制
14
ROS集成与仿真
ROS Noetic安装、PX4-Autopilot与Gazebo仿真、光流/激光雷达仿真模型、避障算法仿真验证。
ROS
Gazebo
仿真
15
机载计算机配置
Raspberry Pi/Orange Pi系统烧录、串口通信配置、MAVSDK安装、自动启动脚本。
机载电脑
RPi
MAVSDK
16
实时操作系统（RTOS）基础
NuttX任务管理、uORB消息机制、工作队列（Work Queue）、中断处理。
RTOS
NuttX
uORB
17
PX4模块开发入门
模块结构（ModuleBase）、自定义uORB消息、调度器（Scheduler）、参数系统（param）。
模块开发
uORB
param
18
自定义光流处理模块
从传感器读取原始数据、光流算法实现（块匹配/特征跟踪）、发布光流uORB消息。
光流模块
算法
uORB
19
自定义激光雷达处理模块
串口数据解析、距离数据滤波（中值/卡尔曼）、发布距离uORB消息。
激光模块
滤波
串口
20
自定义避障决策模块
订阅光流/激光雷达消息、避障逻辑状态机、发布避障指令（vehicle_command）。
决策模块
状态机
指令
21
参数调优与飞行测试
PID参数整定、避障响应速度调优、不同环境（室内/室外/弱光）测试、常见问题排查。
调参
飞行测试
PID
22
日志分析与故障诊断
ulog文件解析、FlightPlot/PlotJuggler使用、传感器异常检测、飞行事故复盘。
日志
FlightPlot
诊断
23
安全机制与失效保护
传感器失效检测、自动降落逻辑、遥控器接管、地理围栏（Geofence）配置。
安全
失效保护
Geofence
24
高级避障策略
动态窗口法（DWA）、人工势场法（APF）、A*路径规划、与PX4导航栈集成。
DWA
APF
A*
25
视觉惯性里程计（VIO）集成
VIO原理（如VINS-Fusion）、与光流/激光雷达对比、参数配置、性能评估。
VIO
VINS
融合
26
多机协同避障
机间通信（MAVSDK/DRL）、分布式避障策略、编队飞行避障、实际案例。
多机
协同
编队
27
工程项目案例1：室内巡检
室内巡检无人机（光流定高+激光雷达避障）、任务流程设计、代码实现、测试报告。
室内巡检
项目
实战
28
工程项目案例2：室外物流
室外低空物流无人机（GPS+光流+激光雷达）、多模式切换、避障策略、飞行验证。
室外物流
多模式
验证
29
课程总结与进阶方向
知识体系回顾、常见误区总结、开源社区资源、未来趋势（AI避障/事件相机）。
总结
进阶
AI避障
30
综合实战：从零搭建四旋翼
从零搭建一架具备光流定位与激光雷达避障功能的四旋翼无人机，包含硬件组装、固件配置、参数调优、飞行测试全流程。
综合实战
组装
全流程