第2章仿真环境搭建

第二章：仿真环境搭建

说实话，搭建仿真环境这件事，我见过太多人在这里栽跟头了。明明代码写得挺好，结果环境没配好，一整天都在跟各种报错信息较劲。我自己刚入行那会儿，光PX4编译就折腾了两天——后来才发现是依赖没装全。

这一章，咱们就把Ubuntu、ROS2、PX4、MAVSDK这四样东西一次性搞定。我按实际项目中的操作顺序来，你跟着一步步走就行。

核心要点：仿真环境是飞控开发的"试验田"。环境配不好，后面所有工作都白搭。我建议你配完环境后，先跑一个简单的例程验证一下，别急着往下走。

2.1 Ubuntu系统配置

我个人习惯用Ubuntu 22.04 LTS。为什么？因为ROS2 Humble官方支持的就是这个版本，省心。你想想看，要是用个冷门版本，后面装啥都得自己编译，那得多累。

系统装好后，第一件事就是更新源：

sudo apt update
sudo apt upgrade -y

我的小技巧：换国内源能快不少。清华、中科大、阿里云的源我都用过，速度都还行。我一般用清华的，稳定。

接下来装一些基础依赖。嗯，这里要注意，别漏了：

sudo apt install -y \
    git \
    cmake \
    build-essential \
    python3-pip \
    python3-venv \
    wget \
    curl \
    vim

显卡驱动这块，如果你用的是NVIDIA显卡，我建议装官方驱动。我在项目中遇到过用nouveau开源驱动跑Gazebo，结果画面卡成PPT的情况。后来换成官方驱动，流畅多了。

# 查看显卡型号
lspci | grep -i nvidia

# 安装推荐驱动
sudo ubuntu-drivers autoinstall

2.2 ROS2安装与配置

ROS2我选Humble版本。说白了，现在做无人机仿真，Humble是最稳的选择。Iron虽然新，但有些包还没跟上。

安装步骤其实很简单，但有个坑——一定要先设置locale。我曾经因为跳过这步，结果编译时一堆乱码报错，查了半天才发现是locale的问题。

# 设置locale
sudo apt update && sudo apt install locales
sudo locale-gen en_US en_US.UTF-8
sudo update-locale LC_ALL=en_US.UTF-8 LANG=en_US.UTF-8
export LANG=en_US.UTF-8

# 添加ROS2源
sudo apt install software-properties-common
sudo add-apt-repository universe

# 安装ROS2 Humble
sudo apt install ros-humble-desktop -y

注意：ROS2安装包有desktop和base两种。desktop包含可视化工具，base只有核心库。做仿真建议装desktop，不然rviz2都用不了。

装完后别忘了配置环境变量：

echo "source /opt/ros/humble/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

验证一下：

ros2 run demo_nodes_cpp talker

如果能看到"Hello World"不断输出，那就成了。

2.3 PX4-Autopilot编译

PX4的编译，说实话是这四步里最耗时的。我第一次编译时等了将近40分钟，还以为电脑死机了。后来发现，其实可以加个参数让编译快一点。

先下载源码：

git clone https://github.com/PX4/PX4-Autopilot.git --recursive
cd PX4-Autopilot

这里有个细节——一定要加--recursive。我有个同事没加，结果编译到一半报错说缺少子模块，又得重新下载，白白浪费一小时。

然后装依赖：

bash ./Tools/setup/ubuntu.sh

这个脚本会自动装好所有依赖。不过它可能会装一些你不需要的东西，比如ARM交叉编译工具链。如果你只做仿真，其实用不到那些。

编译PX4 SITL（软件在环仿真）：

make px4_sitl gazebo

加速编译：可以用 make px4_sitl gazebo -j4 来并行编译。我一般用-j8，前提是你的CPU核心数够多。

编译成功后，你会看到Gazebo界面弹出来，一架无人机出现在草地上。那一刻还是挺有成就感的。

2.4 MAVSDK安装

MAVSDK是连接PX4和上层应用的桥梁。说白了，你想用Python或者C++控制无人机，就得靠它。

安装方式有两种：

方式	适用场景	安装命令
C++ SDK	性能要求高的场景	从源码编译
Python绑定	快速原型开发	pip install mavsdk

我个人建议先装Python版本，调试起来方便。等后面需要高性能时再换C++。

pip install mavsdk

验证安装：

python3 -c "import mavsdk; print(mavsdk.__version__)"

如果没报错，那就装好了。

避坑指南：我曾经在Python虚拟环境里装MAVSDK，结果忘了激活虚拟环境，直接在系统环境里装了。后来项目迁移时才发现依赖全乱了。建议从一开始就用虚拟环境管理项目依赖。

最后，咱们把四个组件串起来验证一下。启动PX4 SITL，然后运行一个MAVSDK的例程，看看能不能连上：

# 终端1：启动PX4仿真
cd PX4-Autopilot
make px4_sitl gazebo

# 终端2：运行MAVSDK例程
python3 -c "
import asyncio
from mavsdk import System

async def run():
    drone = System()
    await drone.connect(system_address='udp://:14540')
    print('连接成功！')
    
asyncio.run(run())
"

如果打印出"连接成功！"，那恭喜你，整个仿真环境就搭好了。后面咱们就可以在这个环境里做各种飞控算法的仿真验证了。

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第二章：仿真环境搭建

2.1 Ubuntu系统配置

2.2 ROS2安装与配置

2.3 PX4-Autopilot编译

2.4 MAVSDK安装