1. SITL仿真环境搭建：ArduPilot SITL环境配置、MAVProxy安装与使用、QGroundControl地面站连接

各位同学，欢迎来到《攻克SITL仿真中的姿态调参难题》的第一章。

说实话，做飞控调参最怕什么？最怕炸机。我刚入行那会儿，在真机上调PID，一个参数设大了，飞机直接翻了个跟头，桨叶碎了一地。从那以后，我养成了一个习惯——所有参数先在SITL里跑一遍。

SITL，全称Software In The Loop，说白了就是在电脑上跑一个虚拟的飞控。它不需要任何硬件，就能模拟出真实的传感器数据、GPS信号和物理模型。你调的参数，跟刷进真飞控的效果几乎一样。

这一章，我就带你把这个环境搭起来。一共三样东西：ArduPilot SITL、MAVProxy、QGroundControl。我们一个一个来。

1.1 ArduPilot SITL环境配置

ArduPilot的SITL支持Linux、macOS和Windows（WSL）。我个人推荐Ubuntu 22.04 LTS，因为它的依赖库最全，踩坑最少。

1.1.1 安装依赖

打开终端，先更新包管理器：

sudo apt update
sudo apt upgrade -y

然后安装编译工具和Python依赖：

sudo apt install git build-essential python3-pip python3-dev -y
sudo pip3 install future pymavlink MAVProxy

嗯，这里有个坑。我记得有一次我在Ubuntu 20.04上装pymavlink，死活装不上，后来发现是Python版本太旧。所以建议你确保Python 3.8以上。

1.1.2 克隆ArduPilot源码

git clone --recurse-submodules https://github.com/ArduPilot/ardupilot.git
cd ardupilot

--recurse-submodules这个参数很重要，它会一并拉取子模块。如果你忘了加，后面编译时会报一堆缺失文件的错误。

1.1.3 编译SITL

我们以Copter为例：

cd ardupilot
./waf configure --board sitl
./waf copter

编译时间取决于你的机器配置，一般5到15分钟。你可以趁这个时间去泡杯咖啡。

1.1.4 启动SITL

编译完成后，启动虚拟飞控：

cd ardupilot/Tools/autotest
./sim_vehicle.py -v ArduCopter --map --console

参数说明：

参数	作用
-v ArduCopter	指定机型为四旋翼
--map	打开地图窗口（基于MAVProxy）
--console	打开控制台窗口，显示飞控日志

启动成功后，你会看到控制台里不断刷出GPS定位、姿态角、高度等信息。这说明SITL已经在跑了。

1.2 MAVProxy安装与使用

MAVProxy是一个轻量级的MAVLink地面站，也是ArduPilot官方推荐的命令行工具。它不像QGC那样有图形界面，但调试参数时非常高效。

其实刚才启动SITL时，MAVProxy已经自动运行了。你看到的那个--map和--console窗口，就是MAVProxy提供的。

1.2.1 手动安装MAVProxy

如果你需要单独安装：

pip3 install MAVProxy

1.2.2 常用命令

在MAVProxy控制台中，你可以直接输入命令控制虚拟飞控：

命令	作用
arm throttle	解锁电机
takeoff 10	起飞到10米高度
mode loiter	切换到悬停模式
param show	查看所有参数
param set <名称> <值>	修改参数
rc 3 1500	设置遥控器通道3（油门）为1500

举个例子，你想看看当前的PID参数：

param show | grep PID

这会列出所有包含"PID"的参数，包括ATC_RAT_RLL_P、ATC_RAT_PIT_P等。后面调参时，这个命令你会用得很频繁。

1.3 QGroundControl地面站连接

MAVProxy虽然强大，但毕竟没有图形界面。想看飞机姿态、轨迹、参数曲线，还是得用QGroundControl（简称QGC）。

1.3.1 下载与安装

QGC支持Windows、macOS、Linux、iOS和Android。我建议你在宿主机上安装，而不是在虚拟机里，因为QGC需要GPU加速渲染地图。

Ubuntu安装方式：

sudo snap install qgroundcontrol --stable

或者去官网下载AppImage：

chmod +x QGroundControl.AppImage
./QGroundControl.AppImage

1.3.2 连接SITL

默认情况下，SITL在UDP端口14550上广播MAVLink数据。QGC会自动发现它。

如果没自动连接，手动添加：

1. 打开QGC，点击左上角Q图标
2. 选择Application Settings → Comm Links
3. 点击Add，类型选UDP，端口填14550
4. 点击Connect

连接成功后，QGC的地图上会出现一个飞机图标，姿态仪表盘也会实时更新。

1.3.3 多地面站同时连接

有时候你需要同时用MAVProxy和QGC。SITL默认支持多个UDP客户端，你不需要做任何额外配置。直接打开QGC就能连上。

我曾经在调试一个复杂的姿态问题时，同时开着MAVProxy看日志、QGC看轨迹、还有一个Python脚本在后台记录数据。三个客户端同时连一个SITL，完全没问题。

1.4 整体架构图

下面这张图展示了SITL、MAVProxy、QGC三者之间的关系：

从图中可以看出，SITL是核心，它模拟了飞控和物理模型。MAVProxy和QGC都是客户端，通过MAVLink协议与SITL通信。你可以同时使用它们，互不干扰。

1.5 常见问题与避坑

环境搭建过程中，有几个问题我几乎每次都会遇到：

• 端口被占用：如果启动SITL时提示Address already in use，说明14550端口被占用了。用lsof -i :14550查看哪个进程在用，然后kill掉它。
• Python依赖冲突：我建议用pip3 install --user安装MAVProxy，避免与系统Python包冲突。
• QGC无法连接：检查防火墙是否放行了UDP 14550端口。Ubuntu上可以用sudo ufw allow 14550/udp。
• SITL启动后没有地图：确保你加了--map参数。如果地图窗口是空白的，可能是网络问题，MAVProxy需要联网加载地图瓦片。

1.6 验证环境

环境搭好了，我们来验证一下：

1. 启动SITL：./sim_vehicle.py -v ArduCopter --map --console
2. 在MAVProxy控制台中输入arm throttle，看到ARMED提示
3. 输入takeoff 10，飞机起飞到10米
4. 打开QGC，确认地图上飞机在10米高度悬停
5. 在QGC中切换到Land模式，飞机自动降落

如果以上步骤都成功了，恭喜你，SITL仿真环境已经搭建完成。你可以开始调参了。