说明： 本文记录 2026-07-02 晚从零搭建 PX4 SITL 仿真的全过程。全程在 AI（WorkBuddy）指导下完成，我只负责执行指令和观察现象。IP 地址等敏感信息已脱敏处理。
🔧 1. 环境搭建
1.1 检查 WSL2
Windows 上打开 PowerShell，确认 WSL2 已安装：
wsl --list --verbose预期输出：
NAME STATE VERSION
* Ubuntu-22.04 Running 2如果未安装，管理员 PowerShell 执行
wsl --install -d Ubuntu，重启后完成设置。
1.2 克隆 PX4 源码
从 Gitee 镜像克隆（国内速度快）：
# 进 WSL2
wsl
cd ~
# 克隆 PX4（含子模块）
git clone https://gitee.com/jundx11/PX4-Autopilot.git --recursive
cd PX4-Autopilot
# 验证子模块完整性
git submodule status所有子模块应有 commit hash 前缀（无 - 符号），表示克隆完整。
1.3 安装依赖
PX4 官方依赖安装脚本：
bash ./Tools/setup/ubuntu.sh此脚本自动安装 GCC、CMake、Python 依赖、Gazebo 仿真器等。安装完成后会看到大量 Setting up ... 的输出。
⚙️ 2. PX4 SITL 编译与运行
2.1 首次编译
make px4_sitl首次编译耗时约 10-30 分钟，编译完成后会看到：
[1156/1156] Linking CXX shared library ...
______ __ __ ___
| ___ \ \ \ / / / |
| |_/ / \ V / / /| |
| __/ / \ / /_| |
| | / /^\ \ \___ |
\_| \/ \/ |_/
px4 starting.2.2 启动 Gazebo 仿真
make px4_sitl gz_x500启动后：
- Gazebo 3D 仿真窗口弹出，显示 x500 四旋翼在苏黎世场景中
- PX4 控制台
pxh>提示符出现 - 日志显示
INFO [init] Gazebo 8.14.0和模型加载信息
📡 3. 连接 QGroundControl
3.1 安装 QGC
Windows 端下载安装：QGroundControl 官网
3.2 MAVLink 广播配置
PX4 默认 MAVLink 只监听 127.0.0.1（WSL2 内部本地），需要配置跨网络通信。
在 pxh> 控制台输入：
# 停止原有 MAVLink 实例
mavlink stop -u 18570
# 启动新实例，绑定到 Windows 宿主 IP
mavlink start -u 14550 -o 14550 -r 4000000 -t 172.21.112.1| 参数 | 说明 |
|---|---|
-u 14550 | 本地 UDP 端口 |
-o 14550 | 远端 UDP 端口 |
-r 4000000 | 最大发送速率 4MB/s |
-t 172.21.112.1 | Windows 宿主 IP（以 ip route | grep default 查询为准） |
验证连接：
# WSL2 中确认端口监听
ss -tunlp | grep 14550
# 输出: udp UNCONN 0.0.0.0:14550 users:(("px4",...))
# 查看 MAVLink 实例状态
mavlink status
# 应显示 Broadcast enabled: YES3.3 QGC 配置
打开 QGC → Application Settings → Comm Links → Add：
| 字段 | 值 |
|---|---|
| Type | UDP |
| Port | 14550 |
| Server Addresses | WSL2_IP:14550 |
| ✅ 自动连接 |
🚁 4. 仿真飞行与操作
4.1 Gazebo 视图操作
| 操作 | 效果 |
|---|---|
| 鼠标滚轮向前 | 放大 |
| 鼠标滚轮向后 | 缩小 |
| 按住鼠标右键拖动 | 旋转视角 |
| 按住鼠标中键拖动 | 平移视角 |
| 关闭右侧 Entity 面板 | 扩大 3D 视图区域 |
4.2 起飞流程
- 等待就绪：GPS 锁定、EKF2 收敛、电池状态正常
- 解锁（Arm）：QGC 左下角锁按钮 或
Shift + A - 起飞：左侧工具栏 Takeoff 按钮，设置高度（如 10m）
- 飞行控制：虚拟摇杆或键盘
W/A/S/D/Q/E - 降落：Land 模式或按
T
键盘快捷键
| 按键 | 功能 |
|---|---|
Shift + A | 解锁/上锁 |
T | 一键起飞/降落 |
W/S/A/D | 前后左右 |
Q/E | 逆时针/顺时针旋转 |
↑/↓ | 油门升降 |
📊 5. EKF2 参数探索实验
5.1 查看 EKF2 参数
在 QGC 中进入 Parameters → 搜索 EKF2_，可看到所有 EKF2 相关参数。
重要参数速查表
| 参数名 | 默认值 | 含义 | 分类 |
|---|---|---|---|
EKF2_ACC_NOISE | 0.35 m/s² | 加速度计观测噪声 R | 观测噪声 |
EKF2_GYR_NOISE | 0.008 rad/s | 陀螺仪观测噪声 R | 观测噪声 |
EKF2_ACC_B_NOISE | 0.003 m/s³ | 加速度计零偏过程噪声 Q | 过程噪声 |
EKF2_GYR_B_NOISE | 0.001 rad/s² | 陀螺零偏过程噪声 Q | 过程噪声 |
EKF2_ANGERR_INIT | 5.73° | 初始对准角度误差 1σ | 初始化 |
EKF2_HEAD_NOISE | 0.3 rad | 初始航向噪声 | 初始化 |
EKF2_GPS_CTRL | 5 | GPS 辅助控制位（0=禁用，1=位置，4=速度，5=全开） | GPS |
EKF2_GPS_POS_X | 1.0 m | GPS 位置观测噪声 X 方向 | GPS |
EKF2_GPS_V_NOISE | 0.3 m/s | GPS 速度观测噪声 | GPS |
EKF2_BARO_NOISE | 3.5 m | 气压计高度观测噪声 | 气压计 |
EKF2_MAG_NOISE | 0.05 Gauss | 磁力计观测噪声 | 磁力计 |
5.2 QGC 在线调参
- 双击参数值可修改，飞行中大部分参数被锁定
- 降落 → 上锁后即可修改
- 修改后点击右上角 保存（Save）
- 也可在
pxh>控制台使用param set命令：
# 查看参数
param show EKF2_ACC_NOISE
# 修改参数
param set EKF2_GPS_CTRL 0
param save🧪 6. 纯惯导 vs GNSS/INS 融合对比实验
6.1 实验目的
理解 GNSS 对 INS 的关键约束作用，亲眼观察纯惯导发散。
6.2 实验步骤
- 正常起飞：Arm → Takeoff → 悬停在 10-15m 高度
- 保留 GPS 辅助后起飞：设
EKF2_GPS_CTRL=1（仅位置辅助） - 飞行中禁用 GPS：悬停稳定后设
EKF2_GPS_CTRL=0（即时生效） - 观察悬停：纯惯导在零机动下发散较慢，基本稳定
- 施加机动：左右晃动、前后推拉——动作执行完后，位置开始不可逆地漂移
- 尝试纠正：反向打舵——无法纠正，EKF 位置估计已偏
- 模式切换：自动切换到 Altitude Hold，水平位置无约束
- 飞走阶段：约 2 分 40 秒后水平偏移达 800 多米
- 恢复 GPS：降落 →
param set EKF2_GPS_CTRL 5→ 重新起飞 - 返航：QGC 点击 Return/Home，无人机自动返回起飞点
6.3 实验结果
关键结论：
• 纯惯性导航在消费级 IMU（如 ICM20602）下，几十秒内就会发散到不可用
• 高度因气压计约束，相对稳定
• GPS 位置/速度观测是水平定位的主要约束源
• GNSS/INS 松组合的精度取决于：IMU 质量 + GPS 精度 + EKF 参数调优
🗺️ 7. 后续学习路线
第一阶段：调参入门
- 修改
EKF2_ACC_NOISE/EKF2_GYR_NOISE观察对姿态估计灵敏度的影响 - 修改
EKF2_GPS_POS_X（放大 GPS 噪声）模拟恶劣环境 - 使用
ulog2csv导出飞行日志，用 Python/Matlab 分析 EKF2 状态量
第二阶段：接入真实 IMU
- 通过 MAVLink 外发协议，将 STM32 + ICM20602 数据送入 PX4 SITL
- 实现 HITL（Hardware In The Loop）
- 对比真实 IMU vs Gazebo 理想 IMU 的 EKF 表现差异
第三阶段：自研飞控
- 基于 PX4 EKF2 源码移植自己的 INS/GNSS 融合算法
- 购买 Pixhawk 硬件或自制 STM32 飞控
- 真机飞行验证
❓ 8. 常见问题
Q1: make px4_sitl jmavsim 报 ninja: unknown target
新版本 PX4（v1.17+）改用 Gazebo（gz-sim），旧语法已弃用。改用：
make px4_sitl gz_x500Q2: QGC 连不上 PX4 SITL
排查步骤：
- WSL2 中
ss -tunlp | grep 14550确认端口监听 - Windows 中
ping WSL2_IP确认网络通 Test-NetConnection WSL2_IP -Port 14550检查 UDP 可达- 确认 MAVLink 配置了
-t Windows_IP参数 - 检查 Windows 防火墙未拦截
Q3: 关 GPS 后无法解锁
安全机制禁止无 GNSS 情况下起飞。在 pxh> 下强制解锁：
commander arm -fQ4: 参数修改后不生效
- 检查是否在飞行中（需降落上锁）
- 部分参数需要重启 PX4（
shutdown退出后重新make px4_sitl gz_x500） - 确认已执行
param save写入配置文件
📝 后记
2026年7月2日
今晚在 workbuddy 的帮助下，我再次把 PX4 安装到 WSL 上了。不像之前到处查资料、反复折腾，一切都比较丝滑。是的，我应该把主要精力放在 PX4 的开发上。而不是折腾环境、和 Linux 反复拉扯。
只有自己有机会调试无人机系统的每个参数，才能真正搞懂纯惯性发散的含义——哪些参数影响收敛速度？IMU 噪声水平怎么体现到位置漂移上？GPS 观测权重设多少能让融合既不"拖后腿"也不"太激进"？这些问题在真实测试中往往被封装在黑盒里，但在 SITL 仿真中，每个 slider 都可以推，每个效果都可以亲眼验证。
我坚信这条路能走通，我也坚信自己能掌握所有核心原理。做一个懂理论、会测试、能验证的工程师。最好的那种。
加油！
2026-07-02 晚，长沙