1. SITL仿真环境深度搭建：从源码编译ArduPilot SITL，配置自定义机型与传感器模型

各位同学，欢迎来到《进阶SITL仿真》的第一章。

做飞控开发，尤其是姿态调参，最怕什么？怕炸机。真机炸一次，几千块没了，还得提心吊胆查日志。所以我的习惯是——先在SITL里把参数跑透，再上真机。今天我们就从最底层开始，把SITL环境彻底搭明白。

1.1 为什么非要自己编译SITL？

很多人图省事，直接下载别人编译好的二进制文件。说实话，日常用用没问题。但你要做自定义机型、改传感器模型、甚至调底层姿态估计算法，没有源码在手，寸步难行。

我自己踩过这个坑。有一次想给四旋翼加一个非对称的载荷分布，结果二进制SITL根本不支持自定义混控器。折腾了两天，最后还是老老实实从源码编译。嗯，从那以后，我每换一台电脑，第一件事就是拉源码编译一遍。

核心观点：源码编译让你拥有对仿真环境的完全控制权。你可以修改任何一行C++代码，然后立刻看到效果。

1.2 环境准备：Ubuntu + 依赖库

我推荐用 Ubuntu 22.04 LTS。其他发行版也行，但依赖包名可能不一样，自己折腾去。

先把基础工具装上：

sudo apt update
sudo apt install git wget python3-pip python3-dev
sudo apt install build-essential pkg-config
sudo apt install libtool autoconf automake

然后是ArduPilot编译的核心依赖：

sudo apt install g++-arm-linux-gnueabihf
sudo apt install libc6-armhf-cross libc6-dev-armhf-cross
sudo apt install libpython3.10-dev

小技巧：如果你网络不好，建议先配好国内pip镜像。我习惯用清华源：pip config set global.index-url https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

1.3 拉取源码与编译流程

找个干净的目录，开始拉代码：

git clone https://github.com/ArduPilot/ardupilot.git
cd ardupilot
git submodule update --init --recursive

这一步会下载所有子模块，包括MAVLink、DroneKit等。网络慢的话，可以分步执行：

git submodule init
git submodule update --recursive

接下来安装Python依赖：

pip install -r requirements.txt

然后编译SITL。以四旋翼为例：

./waf configure --board sitl
./waf build --target bin/arducopter

第一次编译大概要10-15分钟。别急，去泡杯咖啡。编译成功后，你会看到类似这样的输出：

Waf: Leaving directory `/home/user/ardupilot/build/sitl'
'build' finished successfully (12m 34s)

注意：如果编译报错，90%是依赖没装全。检查一下 g++-arm-linux-gnueabihf 和 libpython3.10-dev 是否真的装上了。我曾经因为少装了一个 libtool，卡了整整一下午。

1.4 启动你的第一个SITL实例

编译成功后，启动仿真：

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

你会看到三个窗口弹出来：

终端窗口：显示飞控启动日志
地图窗口：显示飞机当前位置
控制台：可以输入MAVLink命令

输入 arm throttle 解锁，然后推油门。飞机应该能飞起来了。如果不行，检查一下仿真时间是否在走——有时候系统时间同步问题会导致仿真卡住。

1.5 自定义机型：从零写一个混控器

这才是本章的重头戏。默认的SITL只支持标准四旋翼、固定翼等常见机型。但你要做姿态调参策略研究，往往需要奇奇怪怪的构型。

举个例子：我想做一个 X型四旋翼，但电机安装角度不是标准的45度，而是30度。怎么办？

找到混控器文件：libraries/AP_Motors/AP_MotorsMatrix.cpp

在 setup_motors() 函数里，添加你自己的机型：

// 自定义30度X型四旋翼
case MOTOR_FRAME_CUSTOM_X30: {
    add_motor(AP_MOTORS_MOT_1, -0.5,  0.5, 1.0, 1);  // 右前
    add_motor(AP_MOTORS_MOT_2,  0.5, -0.5, 1.0, 2);  // 左后
    add_motor(AP_MOTORS_MOT_3, -0.5, -0.5, 1.0, 3);  // 左前
    add_motor(AP_MOTORS_MOT_4,  0.5,  0.5, 1.0, 4);  // 右后
    break;
}

然后重新编译：

./waf build --target bin/arducopter

启动时指定机型：

./Tools/autotest/sim_vehicle.py -v ArduCopter --frame=custom_x30

关键点：混控器矩阵的四个参数分别是：Roll系数、Pitch系数、Yaw系数、电机编号。正负号决定旋转方向，数值大小决定力矩权重。

1.6 传感器模型配置：让仿真更真实

默认的SITL传感器太理想了。没有噪声，没有延迟，没有漂移。这会导致你在仿真里调好的参数，上真机就炸。

我建议你至少改三个地方：

传感器	默认参数	推荐修改值	说明
IMU加速度计	无噪声	`SIM_ACCEL_NOISE=0.1`	模拟真实加速度计噪声
IMU陀螺仪	无噪声	`SIM_GYRO_NOISE=0.05`	模拟真实陀螺仪噪声
GPS	理想定位	`SIM_GPS_NOISE=1.0`	模拟GPS水平误差1米
气压计	无延迟	`SIM_BARO_DELAY=0.1`	模拟气压计100ms延迟

这些参数可以在启动时通过 --sim-param 传入：

./Tools/autotest/sim_vehicle.py -v ArduCopter \
    --sim-param SIM_ACCEL_NOISE=0.1 \
    --sim-param SIM_GYRO_NOISE=0.05 \
    --sim-param SIM_GPS_NOISE=1.0

我的经验：先加小噪声，再慢慢加大。加太猛的话，你会发现飞机根本稳不住——那不是你PID的问题，是传感器太烂了。我一般从真机实测的噪声水平开始，然后上浮20%作为安全余量。

1.7 本章知识体系总览

下面这张图，帮你把整个SITL环境搭建的逻辑串起来：

1.8 避坑指南

最后，分享几个我踩过的坑：

子模块下载失败：国内网络经常连不上github。解决办法是用代理，或者提前把子模块的仓库clone好，手动放到对应目录。
编译报错找不到头文件：检查一下 git submodule status，看看子模块是不是空的。我遇到过好几次子模块没拉全的情况。
仿真启动后飞机不动：看看终端有没有报 EKF check fail。通常是传感器噪声设太大，或者GPS信号没模拟好。先关掉所有噪声，确认基础仿真能跑，再一点点加回去。
自定义机型不生效：确认你修改的是 AP_MotorsMatrix.cpp 而不是 AP_MotorsMatrix.h。别问我怎么知道的...

📚 课程目录

1. SITL仿真环境深度搭建：从源码编译ArduPilot SITL，配置自定义机型与传感器模型

1.1 为什么非要自己编译SITL？

1.2 环境准备：Ubuntu + 依赖库

1.3 拉取源码与编译流程

1.4 启动你的第一个SITL实例

1.5 自定义机型：从零写一个混控器

1.6 传感器模型配置：让仿真更真实

1.7 本章知识体系总览

1.8 避坑指南