ArduPilot飞控之Gazebo + SITL + MP的Jetson Orin环境搭建_ardupilot gazebo

1. 源由

很简单，希望伴机电脑上天之前先进行相关验证工作，而验证顾名思义就是一个测试环境。然而测试就有大量的，显而易见的炸机，希望能在模拟环境中尽量多的炸机，只有这样，现场测试才能更加稳定可靠。

之前其实已经有了一个基于Ubuntu22.04 LTS的笔记本Laptop环境，尽管电脑是10年前的老电脑，但是还是基本可以用的。

• ArduPilot飞控之ubuntu22.04-Gazebo模拟
• ArduPilot飞控之ubuntu22.04-SITL安装
• ArduPilot飞控之Mission Planner模拟

为什么要切换到Jetson Orin的主要原因是：

1. 后期需要大量GPU来做视频/图像分析
2. 希望能模拟3D飞行环境(若有FPV视频影像更佳)
3. 为搭建相对完整仿真环境奠定基础

(MP + Simulator(Jetson Orin) + AI(Jetson Orin) + CC(Companion Computer) + FlightControl(SITL) + RC + FPV)

2. Linux环境整理

Jetson Orin系统安装这里就不再展开，需要了解的朋友，可以详细参考：《Linux 36.2@Jetson Orin Nano之基础环境构建》

这里的更新系统，更多的是需要对系统进行一些软件包上的整理。

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get upgrade
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比如：有的时候会出现一些依赖问题，或者多余的安装包，请使用以下指令进行清理。

$ sudo apt-get clean
$ sudo apt-get autoclean
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3. 安装Gazebo环境

3.1 安装Gazebo

Gazebo Garden安装

$ sudo wget https://packages.osrfoundation.org/gazebo.gpg -O /usr/share/keyrings/pkgs-osrf-archive-keyring.gpg
$ echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/pkgs-osrf-archive-keyring.gpg] http://packages.osrfoundation.org/gazebo/ubuntu-stable $(lsb_release -cs) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/gazebo-stable.list > /dev/null
$ sudo apt-get install gz-garden
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3.2 安装插件

• 下载插件

$ sudo apt install libgz-sim7-dev rapidjson-dev
$ git clone git@github.com:ArduPilot/ardupilot_gazebo.git
$ git log -n 1
commit 2589e7b4548b08709c3a66e81e98c459202c2c27 (HEAD -> main, origin/main, origin/HEAD)
Author: Rhys Mainwaring <rhys.mainwaring@me.com>
Date:   Mon Feb 5 13:06:18 2024 +0000

    Runway: fix render order issue causing vehicle model to be hidden

    Signed-off-by: Rhys Mainwaring <rhys.mainwaring@me.com>
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• 安装插件

$ cd ardupilot_gazebo
$ mkdir build && cd build
$ cmake .. -DCMAKE_BUILD_TYPE=RelWithDebInfo
$ make -j4
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3.3 配置插件

$ export GZ_SIM_SYSTEM_PLUGIN_PATH=<ardupilot_gazebo path>/build:$GZ_SIM_SYSTEM_PLUGIN_PATH
$ export GZ_SIM_RESOURCE_PATH=<ardupilot_gazebo path>/models:$HOME/ardupilot_gazebo/worlds:$GZ_SIM_RESOURCE_PATH
or
$ echo 'export GZ_SIM_SYSTEM_PLUGIN_PATH=$HOME/ardupilot_gazebo/build:${GZ_SIM_SYSTEM_PLUGIN_PATH}' >> ~/.bashrc
$ echo 'export GZ_SIM_RESOURCE_PATH=$HOME/ardupilot_gazebo/models:$HOME/ardupilot_gazebo/worlds:${GZ_SIM_RESOURCE_PATH}' >> ~/.bashrc
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3.4 测试Gazebo

$ gz sim --version
Gazebo Sim, version 7.0.0
Copyright (C) 2018 Open Source Robotics Foundation.
Released under the Apache 2.0 License.

$ gz sim -v4 -r shapes.sdf
$ gz sim -v4 -r iris_runway.sdf --render-engine ogre
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4. 安装Arudpilot-SITL环境

4.1 克隆工程

$ git clone git@github.com:SnapDragonfly/ardupilot.git
$ git checkout Copter-4.5-lida2003
$ git log -n 1
commit b4407356a9193069c7f48b9dfed8785504968fca (HEAD -> Copter-4.5-lida2003, origin/Copter-4.5-lida2003)
Merge: 220478c733 913ec4b29c
Author: Daniel Li <lida_mail@163.com>
Date:   Thu Apr 11 07:44:19 2024 +0800

    Merge branch 'Copter-4.5' into Copter-4.5-lida2003
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4.2 编译准备

$ cd ardupilot
$ git submodule update --init --recursive
$ Tools/environment_install/install-prereqs-ubuntu.sh -y
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4.3 环境配置

$ pwd
/home/daniel/ardupilot

$ export PATH=$PATH:<ardupilot path>/Tools/autotest
$ export PATH=/usr/lib/ccache:$PATH

$ . ~/.profile
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4.4 配置编译

$ ./waf configure --board sitl           # software-in-the-loop simulator
or
$ ./waf configure --board sitl --debug   # software-in-the-loop simulator with debug symbols
$ ./waf
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4.5 测试运行

第一次测试运行，清理虚拟EEPROM参数

$ sim_vehicle.py -w -v ArduCopter
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加载默认参数后，正常启动SITL模拟器

$ sim_vehicle.py --console --map -v ArduCopter
or
$ sim_vehicle.py --console --map -v ArduCopter --custom-location=30.218788,120.092316,281,90
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5. 测试运行

5.1 十里琅珰 SITL+MP+MAVProxy模拟

1. 十里琅珰远航飞行：BF飞行路线：BetaFlight Mark4 + 十里琅珰 + ELRS3.0 + 500mW_Dyn

2. Jetson Orin运行起飞点模拟命令

$ sim_vehicle.py --console --map -v ArduCopter --custom-location=30.3051391,120.1556749,8.71000003814697,90
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3. MissionPlanner 连接 TCP端口5763 //TCP5760被MAVProxy占用了

4. 录制的视频，将Jetson Orin上的Map地图和WIndows桌面的MissionPlanner组合叠加显示

5.2 iris_runway Gazebo+SITL+MP+MAVProxy模拟

1. Gazebo环境

$ gz sim -v4 -r iris_runway.sdf
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2. SITL+MAVProxy环境

$ sim_vehicle.py --console --map -v ArduCopter
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3. Windows下的MP 连接 TCP端口5763 //TCP5760被MAVProxy占用了
4. 录制的视频，将MissionPlanner组合叠加在Gazebo+MAVProxyMap上

5.3 后续事项

整体来看效果不错，理论上断开SITL的TCP5760模拟端口，使用伴机电脑向SITL发出指令就能控制飞行器进行飞行。唯一需要考虑的是透过UART获取飞行信息并发出指令。

后续考虑的工作：

• 能否将3D FPV视频也加进来 //RealFlight应该可以，哈哈。我可是有这个steam上的软件的：）
• 构建新的模型地图&仿真环境 //ardupilot_gazebo有兴趣的可以看下
• 透过TCP5760端口进行编程 //这个已经在后续的飞控规划中给出，至于硬件厂商能否做出来，其实并不重要，因为每个飞控都有串口，仅仅只是稳定性和速率的问题

关于Ardupilot模拟相关详细内容，请参阅：

• Using SITL with Gazebo
• Ardupilot Simulation

6. 参考资料

【1】ArduPilot开源飞控系统之简单介绍
【2】PX4模块设计之一：SITL & HITL模拟框架
【3】PX4模块设计之七：Ubuntu 20.04搭建Gazebo模拟器
【4】PX4模块设计之八：Ubuntu 20.04搭建FlightGear模拟器
【5】PX4开发环境搭建–模拟器编译及QGroundControl & RC遥控模拟配置
【6】ArduPilot开源飞控之MAVProxy简介