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== PX4开源飞控系统 ==
'''PX4'''是一款高性能、开源的无人机飞行控制系统（Flight Control System, FCS），由瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH）的PIXHAWK项目发展而来，遵循BSD开源协议。它旨在为学术研究、工业应用及爱好者社区提供一套低成本、高性能的自动驾驶仪解决方案[1,6](@ref)。

=== 历史与发展 ===
PX4起源于苏黎世联邦理工学院计算机视觉与几何实验室的PIXHAWK项目。经过全球工业界和学术界开发者多年的共同维护与完善，PX4已成为支持多旋翼、固定翼、垂直起降（VTOL）飞行器等多种平台的成熟飞控系统[1](@ref)。

=== 系统架构 ===
PX4采用分层和模块化设计，主要分为两大部分：
==== 1. 飞行控制栈（Flight Stack） ====
负责无人机的导航、制导与控制（GNC），包括：
* '''传感器模块'''：处理IMU、GPS、磁力计、气压计等数据。
* '''状态估计器'''（如EKF2）：通过多传感器融合实时估算飞行器姿态、位置与速度。
* '''控制器'''：根据设定点与估计状态，计算控制指令（如PID控制器）。
* '''导航器'''：实现自主飞行任务（如航点跟踪、自动起降）。
* '''混控器'''：将控制指令分配至执行机构（电机、舵机）[1](@ref)。

==== 2. 中间层（Middleware） ====
提供硬件抽象与通信框架：
* '''uORB（微对象请求代理）'''：基于共享内存的发布-订阅机制，实现模块间高效异步通信。
* '''设备驱动'''：支持多种传感器与执行器的硬件接口（I²C、SPI、UART）。
* '''外部通信'''：通过MAVLink协议与地面站（如QGroundControl）或其他设备通信。
* '''仿真支持'''：可在Gazebo等仿真环境中运行，用于算法验证[1,6](@ref)。

=== 核心功能与特点 ===
* '''多平台支持'''：可在Pixhawk系列硬件（如Pixhawk 4）及Linux系统上运行[1,6](@ref)。
* '''实时操作系统'''：基于NuttX RTOS，确保低延迟与高可靠性[6](@ref)。
* '''多种飞行模式'''：提供手动、自稳、定点、自主航线等多种模式，适应不同应用场景[6](@ref)。
* '''安全机制'''：内置故障保护功能（如数据链丢失保护、低电量自动返航）[6](@ref)。
* '''开源生态'''：拥有活跃的开发者社区，持续优化算法并扩展功能[1,6](@ref)。

=== 硬件组成 ===
典型PX4系统包含：
* '''飞行控制器'''（如PX4FMU）：主控单元，搭载STM32F4系列高性能MCU。
* '''传感器模块'''：IMU、GPS、磁力计、气压计等。
* '''执行机构'''：电机、电调、舵机。
* '''通信模块'''：数传电台、遥控器接收机。
* '''上位机'''（可选）：运行Linux的机载计算机，处理视觉避障等复杂任务[1](@ref)。

=== 应用领域 ===
PX4广泛应用于：
* '''科研教育'''：控制算法开发、多机协同研究。
* '''工业应用'''：农业植保、航测测绘、电力巡检。
* '''消费级无人机'''：航拍、物流运输[6](@ref)。

=== 相关资源 ===
* '''官方代码库'''：https://github.com/PX4/PX4-Autopilot
* '''开发文档'''：https://docs.px4.io
* '''地面站软件'''：QGroundControl（支持Windows、Linux、macOS）[1,6](@ref)。

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