2. ROS2基础

在无人机伴随计算机开发中，ROS2 并不是一个“库”，而是一套分布式通信与运行管理框架。伴随计算机上通常同时运行感知、定位、规划、控制、通信等多个进程，它们需要以松耦合方式交换数据、响应请求并协调任务。理解节点、话题、服务、动作、参数、Launch 文件与工作空间，是后续编写无人机机载软件的基础。

一、核心概念：节点是执行单元，通信原语是连接方式

ROS2 程序的基本执行单元是节点（Node）。一个节点通常只负责一项明确职责，例如读取激光雷达、运行视觉里程计、发布姿态指令或转发 MAVLink 消息。节点可以运行在同一台计算机，也可以分布在无人机机载计算机与地面站之间，通过 DDS 中间件自动发现并通信。

节点之间主要有四种交互方式：

• 话题（Topic）：发布/订阅模型，适合连续、单向、高频数据流，如 /camera/image_raw、/odom、/cmd_vel。
• 服务（Service）：请求/响应模型，适合短时、需确认结果的操作，如查询电池状态、切换飞行模式。
• 动作（Action）：带反馈的长时间任务，适合“飞到目标点”“执行航点巡航”等可取消、可监控进度的任务。
• 参数（Parameter）：节点运行时配置项，如控制增益、相机曝光、目标高度，可在启动时设置，也可动态修改。

二、通信模型对比与选择

选择通信方式时，关键看数据是否连续、是否需要应答、任务是否长时间运行。下表给出无人机伴随计算中的典型判断依据。

三、工作空间与功能包创建方法

ROS2 使用工作空间（Workspace）组织代码，典型结构为 src/ 存放源码，build/、install/、log/ 由构建工具生成。创建流程如下：

mkdir -p ~/drone_ws/src
cd ~/drone_ws/src
ros2 pkg create --build-type ament_cmake drone_bringup \
  --dependencies rclcpp std_msgs sensor_msgs
cd ~/drone_ws
colcon build --symlink-install
source install/setup.bash

其中 --dependencies 会自动写入 package.xml 与 CMakeLists.txt，避免手动遗漏依赖。Python 包则使用 --build-type ament_python。每次打开新终端后，必须 source install/setup.bash，否则 ros2 run 找不到自定义包。

四、Launch 文件：一次启动多个节点

无人机起飞前往往需要同时启动相机、IMU、里程计、控制器和通信桥。逐个 ros2 run 效率低且容易漏项，因此使用 Launch 文件统一编排。ROS2 推荐 Python Launch 文件，便于使用条件判断和参数替换。

from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node

def generate_launch_description():
    return LaunchDescription([
        Node(
            package='drone_bringup',
            executable='camera_node',
            name='front_camera',
            parameters=[{'fps': 30, 'width': 1280}]
        ),
        Node(
            package='drone_bringup',
            executable='odom_node',
            name='visual_odom',
            remappings=[('image_in', '/front_camera/image_raw')]
        ),
    ])

运行方式为 ros2 launch drone_bringup bringup.launch.py。Launch 文件还能通过 IncludeLaunchDescription 复用其他包，通过 DeclareLaunchArgument 暴露可配置参数，是机载系统集成的核心工具。

五、典型场景：伴随计算机启动链路

以“无人机视觉伴随飞行”为例，启动后系统内部的数据关系如下：相机节点发布图像话题，视觉里程计订阅图像并发布 /odom，规划节点订阅里程计并发布 /cmd_vel，飞控桥接节点订阅 /cmd_vel 并转换为 MAVLink 指令；同时，状态监控节点通过服务查询电池，通过动作下发“起飞到 5 米”任务。参数服务器保存控制增益，Launch 文件负责把这一切按顺序拉起。

六、常见误区与复盘