PX4简介

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)。