3. PX4 SITL 环境搭建：Ubuntu 下的编译、Gazebo 联调与 QGC 连接
好，咱们进入实战环节。这一章，我带你亲手把 PX4 SITL 环境搭起来。说白了，就是让你的电脑变成一个虚拟的无人机，能跑飞控代码，能看 3D 仿真画面，还能用地面站控制它。
很多新手在这一步容易卡住。不是编译报错，就是 Gazebo 黑屏，要么 QGC 连不上。别急，我把常见的坑都踩过一遍，咱们一步步来。
本章目标：在 Ubuntu 20.04/22.04 上，完成 PX4 固件编译、Gazebo 仿真器启动、QGroundControl 连接，最终实现“一键起飞”的 SITL 仿真。
3.1 环境准备：Ubuntu 与依赖安装
我建议你用一个干净的 Ubuntu 系统。虚拟机也行，但性能会打折扣。我自己的习惯是用 Ubuntu 22.04，配合 PX4 v1.14 以上的版本，兼容性最好。
先更新系统，然后安装基础依赖。别跳过这步，我见过有人直接编译，结果缺了十几个包，折腾半天。
sudo apt update
sudo apt upgrade -y
sudo apt install -y \
git zip cmake build-essential genromfs ninja-build \
libncurses5-dev libxml2-dev libssl-dev \
libgstreamer-plugins-base1.0-dev \
python3-pip python3-dev python3-venv \
protobuf-compiler libprotobuf-dev \
qtbase5-dev qtchooser qt5-qmake qtbase5-dev-tools \
libeigen3-dev libopencv-dev
小提示：如果你用的是 Ubuntu 20.04，记得把 Python 版本确认一下。PX4 的编译脚本对 Python 3.8+ 支持最好。我遇到过 Python 3.6 导致编译到一半报错的情况。
3.2 获取 PX4 源码与编译
源码从 GitHub 拉取。我个人习惯用 --recursive 参数，一次性把子模块都拉下来，省得后面再补。
git clone https://github.com/PX4/PX4-Autopilot.git --recursive
cd PX4-Autopilot
拉完代码后，运行自动安装脚本。它会帮你装好 Gazebo、MAVSDK 等工具链。
bash ./Tools/setup/ubuntu.sh
这个过程可能持续 10-20 分钟，取决于你的网速。它会安装 Gazebo 9/11（看你 Ubuntu 版本），以及一些 Python 依赖。
安装完成后，重启一下终端，或者重新加载环境变量：
source ~/.bashrc
然后，我们来编译 PX4 固件。先试试编译一个标准的目标机，验证工具链是否正常。
make px4_sitl_default
第一次编译会比较慢，因为要下载交叉编译工具链。看到类似下面的输出，就说明编译成功了：
[100%] Linking CXX executable px4
px4 starting.
注意：如果编译过程中出现 fatal error: 'mavlink/v2.0/...' 之类的错误，说明子模块没拉全。执行 git submodule update --init --recursive 补一下。
3.3 Gazebo 仿真器联调
编译通过后，我们来启动 Gazebo 仿真。PX4 提供了一个很方便的 make 目标，直接帮你启动 SITL 和 Gazebo。
make px4_sitl gazebo
你会看到终端里 PX4 飞控启动，同时 Gazebo 窗口弹出来，显示一架 Iris 四旋翼停在跑道上。
为什么会这样？make px4_sitl gazebo 这个命令，实际上做了三件事：
- 启动 PX4 SITL 实例（模拟飞控硬件）
- 启动 Gazebo 客户端（显示 3D 场景）
- 建立 PX4 与 Gazebo 之间的 MAVLink 通信
我刚开始做仿真时，总以为 Gazebo 和 PX4 是分开启动的。其实它们通过 UDP 端口 14560 通信。你可以用 netstat -tulpn 查看端口占用情况。
如果你想换机型，比如固定翼或者垂直起降机，可以这样：
make px4_sitl gazebo_plane # 固定翼
make px4_sitl gazebo_standard_vtol # 垂直起降
避坑指南：我曾经在 Gazebo 启动后，发现飞机一直往下掉，根本飞不起来。后来发现是 Gazebo 的物理引擎没加载地面模型。解决办法是检查 ~/.gazebo/models 目录，确保有地面模型。如果缺失，运行 gazebo --verbose 看日志，手动下载模型。
3.4 QGroundControl 连接
仿真跑起来了，但怎么控制飞机呢？这时候需要地面站——QGroundControl（简称 QGC）。
QGC 通过 UDP 连接到 PX4 SITL。默认情况下，PX4 SITL 会在本机的 14550 端口监听 MAVLink 数据。
下载 QGC 的 AppImage 版本，直接运行：
wget https://d176tv9ibo4jno.cloudfront.net/latest/QGroundControl.AppImage
chmod +x QGroundControl.AppImage
./QGroundControl.AppImage
启动后，QGC 会自动检测到本地的 SITL 实例。你会看到右上角显示“连接中”，然后变成“已连接”。
如果没连上，检查一下网络设置。QGC 默认监听 UDP 14550，而 PX4 SITL 默认也是这个端口。如果端口被占用，可以手动指定：
make px4_sitl gazebo PX4_SIM_UDP=14551
然后在 QGC 的“通信设置”里，添加一个 UDP 连接，端口设为 14551。
验证连接：在 QGC 里，点击“起飞”按钮。如果 Gazebo 里的飞机开始上升，说明整个链路通了。恭喜你，SITL 环境搭建成功！
3.5 整体架构：一张图看懂
为了让你更清楚整个系统的数据流，我画了一张架构图。它展示了 PX4 SITL、Gazebo 和 QGC 三者之间的关系。
3.6 常见问题与排查
环境搭建过程中，你可能会遇到一些问题。我把最常见的几个列出来，附上解决办法。
| 问题现象 | 可能原因 | 解决办法 |
|---|---|---|
| Gazebo 黑屏，只有地面 | 模型文件未下载完成 | 运行 gazebo --verbose 查看日志，手动下载缺失模型 |
| QGC 显示“未连接” | 端口冲突或防火墙拦截 | 检查 14550 端口占用，或关闭防火墙测试 |
| 编译报错：找不到头文件 | 子模块未更新 | 执行 git submodule update --init --recursive |
| 飞机起飞后剧烈抖动 | PID 参数未调优 | SITL 默认参数偏保守，可尝试增大阻尼系数 |
重要提醒：如果你在虚拟机里运行 Gazebo，记得开启 3D 加速。否则 Gazebo 的帧率会很低，飞机控制会变得很奇怪。我踩过这个坑，当时以为是代码问题，折腾了两天才发现是虚拟机显卡没配置好。
3.7 验证：让飞机飞起来
环境搭好了，我们来验证一下。在 QGC 里，切换到“任务”模式，点击“起飞”按钮。设置一个 10 米的高度，然后确认。
你会看到 Gazebo 里的飞机开始旋转螺旋桨，然后缓缓上升。同时，QGC 的仪表盘上会显示高度、速度、GPS 坐标等信息。
如果一切正常，恭喜你！你已经拥有了一个完整的 PX4 SITL 仿真环境。接下来，你可以在这个环境里测试飞控逻辑、调试参数、甚至模拟故障场景。
我的习惯：每次修改飞控代码后，我都会先在 SITL 里跑一遍起飞-悬停-降落流程。这比直接上真机安全得多，也能快速发现逻辑错误。