归档 legacy/:stereo_yolo/stereo_ranger/target_tracker 三包 + 175 条测试 + demo/配置/权重/三份规格;运行链路不再依赖,默认 pytest 446 条,归档测试按需运行。 目标有效性第二判据改为 LOS 运动学一致性(pod_bridge/los_consistency.py),删除 require_vision;pod_locked() 叠加该判据,状态机随之后退重搜。 自定义返航(task_runner/return_home.py):保持转场高度回起飞点 → 恢复初始航向 → 垂直降落,不再爬 RTL_RETURN_ALT;未起飞/无起飞点/超时/异常仍退回 PX4 原生 RTL。 任务链安全兜底:主循环异常→紧急返航、stop 幂等、landing_stop 保留遥测、in_air 流复用+超时、解锁/起飞与吊舱识别仅执行一次、rtl_timeout 上限。 入口共享件拆到 utils/sitl_support.py;pod_sitl_test.py→l1_sitl_test.py;删除旧架构 test.py;相机脚本移入 tools/。 新增 .gitignore 并剔除历史误跟踪的 59 个 .pyc;requirements 按实际依赖重写;文档全面对齐,新增 legacy/README.md 与 tools/README.md。
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L1 航向伺服落地方案(无距离,树莓派 / Python)
目标:先把"只修正飞行方向、不需要距离"的部分落地,速度-距离闭环(L2)滞后。 基于结论:本吊舱无激光 → 表4 永不出,且不允许二次开发(部署文档 §10.0 / §10)。 日期:2026-10-09 起,2026-10-19 更新 状态: S0/S1/S2 + SITL + 真吊舱在环已验证(全量 621 passed)。 后续变更:第二判据
require_vision→ LOS 运动学一致性(§2.3/§6); 距离源由「双目」改为规划中的「激光雷达」(§7)。
0. 结论先行:L1 不用新写控制律
visual_track_control.TrackingControlLaw 已经内建"无距离"路径,第 ⑦ 步:
distance_available = snapshot.distance_valid and distance>0 and 未超龄
├─ True → 距离 PID → 前向速度(这是 L2,滞后做)
└─ False → 清积分,按 cfg.distance.no_distance_action 三选一:
HOLD → vx = 0 (只转向,不前近)← 首次上机用这个
SLOW_APPROACH → vx = 固定保守限速 ← 航向验证通过后用这个
EXIT → 持续无距离达 grace 才降级
所以 L1 = TrackingControlLaw + distance_valid=False + 无距离动作配置,
航向/垂直通道、限幅、超龄、Coast 清积分、NED 旋转全部复用既有实现
(该包有 81 个测试保障)。要新写的只有"胶水层":把吊舱表2-2 的角度量喂进去。
1. 现有构件盘点(能复用什么)
| 构件 | 位置 | L1 怎么用 |
|---|---|---|
TrackingControlLaw |
visual_track_control/tracking_control_law.py |
主控制律,直接用 |
ControlSnapshot / TrackState |
visual_track_control/types.py |
输入结构,distance_valid=False |
PixelToAngle |
line_of_sight.py |
❌ 绕过(见 §2.1,吊舱给的已是角度) |
PidController / SlewRateLimiter |
同包 | 被控制律内部使用 |
PodBridge 主循环 |
pod_bridge/bridge.py |
改:把 GuidanceLaw 换成 TrackingControlLaw |
_pod_locked() |
bridge.py:173 |
目标门控(⚠ 有坑,见 §2.3) |
| 表2-2 角度量 | protocol.py:150-160 |
off_target_x/y_deg、frame_yaw/pitch_deg |
2. 三个关键设计决策
2.1 🔴 航向信号要用「框架角 + 脱靶量」,不能只用脱靶量
这是本方案最容易踩空的地方:
吊舱锁定后内部伺服会自己把目标保持在画面中心,所以脱靶量长期 ≈ 0。 若只用脱靶量驱动航向,稳态时根本没有信号,飞机会"不知道该往哪转"。
正确的信号是框架角(frame_yaw_deg,云台相对机体的方位角):目标居中时它
依然非零,它就是"目标相对机头的方位"。合成:
β = frame_yaw_deg + off_target_x_deg (水平,右正)
α = frame_pitch_deg + off_target_y_deg (垂直,下正)
- 目标居中时:
off_target ≈ 0,β 由框架角提供(主信号) - 云台滞后 / 大偏差时:脱靶量提供动态补充
控制律让 β → 0,等价于把机体航向转向目标、让云台回中(标准 gimbal-slaved 航向控制)。这正是"用吊舱修正飞行方向"的正确做法。
⚠ 必须在台架标定:① 框架角是否确为"相对机体"(而非绝对方位); ② β/α 的正方向是否与控制律约定(右正 / 下正)一致。符号错了会反向转。
额外好处:走角度输入就与视场 FOV 无关——吊舱会变焦,若走像素换算
(PixelToAngle 反推),变焦后 FOV 变化会直接失真。这是不用像素路径的硬理由。
⚠ 本版吊舱未装电机(决策 2,2026-10-09):云台刚性固连机体、朝前不动,
frame_yaw_deg恒 0("框架角无用"),锁定后也不会自 servo 回中,故脱靶量 长期不≈0。此时off_target_x_deg恰好 = 目标相对机头的视线角 β,是唯一 有效信号。因此合成做成配置双路(beta_from_frame/beta_from_off_target):
- 现在(无电机):
beta_from_frame=false、beta_from_off_target=true→ β = off_target_x- 将来(装电机):两者皆
true→ β = frame_yaw + off_target_x(即上文 §2.1)"装不装电机"只是翻配置,架构(姿态来自 PX4、角度来自吊舱)不变。装电机后 §2.1 的"脱靶量长期≈0、必须靠框架角"警告才重新生效。
S1 标定结论(2026-10-09):厂商确认本版电机无用;实测目标在左下时
off_target_x/y均为负 → 吊舱 X 轴右正(与控制律 β 同向)故beta_sign=+1; Y 轴上正(与控制律 α"下正"相反)故alpha_sign=-1。已回填pod_bridge.json并加标定回归测试(test_deployed_config_has_calibrated_signs)守护。
2.2 如何接入 TrackingControlLaw(三选一,需拍板)
控制律第 ④ 步现在是硬编码从像素算角度,没有"直接喂角度"的入口:
x_offset = snapshot.track.center[0] - image_width * 0.5 # tracking_control_law.py:135
beta_deg = self._pixel_to_beta.convert(x_offset) * RAD_TO_DEG
| 路线 | 做法 | 评价 |
|---|---|---|
| A1(推荐) | ControlSnapshot 加可选字段 los_beta_deg / los_alpha_deg(默认 None);第 ④ 步:提供了就直接用,否则走原像素路径 |
改动约 10 行,向后兼容、现有 81 测试不受影响,⑤~⑧ 步(限幅/超龄/Coast/无距离/NED 旋转)全部复用 |
| A2 | 不动上游,在 pod_bridge 里写 PodHeadingServo 薄封装,复用 PidController/SlewRateLimiter/is_stale |
不碰稳定模块,但要重寫 ⑤⑥⑦⑧ 的逻辑,与既有实现双份维护,易走偏 |
| B | 把角度反推成"等价像素偏移"喂进现有字段 | ❌ 不推荐:需要 FOV,吊舱变焦即失真,且多绕一层徒增误差 |
建议 A1。代价是动一下 visual_track_control(需补 3~5 条测试守住"默认 None
仍走像素路径"的兼容性)。
2.3 ⚠ tracked 判据不能只信 bit2
已知事实(部署文档 §10):锁定位置位 bit2 在目标丢失后不复位,且脱靶量 没有无效标志位、丢失时表现为 0。后果:
- 只信 bit2 → 目标早已丢失,仍认为"锁定中"继续转;
- 只看脱靶量 0 → 误判为"跟得很好"。
L1 的 tracked 判据按阶段递进:
| 阶段 | 判据 |
|---|---|
| 台架(S1~S2) | bit2 锁定 且 遥测未超龄(现有 _pod_locked())+ 人工在旁观察,随时按键 u 解锁 |
stereo_yolo/target_tracker 有目标 |
|
| 现行(2026-10-19 起) | bit2 且 遥测未超龄 且 LOS 运动学一致性(pod_bridge/los_consistency.py) |
⚠ 2026-10-19 架构变更:后续决定吊舱取代双目 + YOLO 作为唯一目标源, 因此原「我方视觉第二判据」(
require_vision/vision_target_fn) 已删除 —— 它要么恒 False(链路永远进不了 TRACK),要么指向吊舱自身(自证,零信息量)。替代判据:本吊舱无电机、相机刚性固连机体,机头转 Δψ 时真实目标的脱靶量必变 ≈−Δψ。故用
residual = Δβ + Δψ(3s 窗口,激励门槛 20°、残差上限 8°)判断 「角度是活的还是冻住的」。超限 →tracked=False且pod_locked()也返回 False (状态机会退出 TRACK 重新搜索,而不是只让控制律单方面刹车)。局限:它只能证明「角度是活的」,不能证明「是那个目标」。若吊舱锁错了物体 但角度正常变化,本判据无法识别 —— 那属于识别问题,需另接独立传感器。
3. 改动清单(文件级)
计划视图。实际落地状态与逐文件勾选见 §9(含计划外新增的
config.py:load_from_dict)。
| # | 文件 | 改动 |
|---|---|---|
| 1 | utils/visual_track_control/types.py |
ControlSnapshot 加 los_beta_deg / los_alpha_deg: Optional[float] = None(路线 A1) |
| 2 | utils/visual_track_control/tracking_control_law.py |
第 ④ 步:角度直入优先,否则回退像素路径 |
| 3 | utils/pod_bridge/bridge.py |
新增 _build_snapshot():表2-2 → ControlSnapshot(β/α 按 §2.1,符号由配置);step() 改走 TrackingControlLaw;tracked 用 §2.3 判据 |
| 4 | utils/pod_bridge/config.py |
新增 L1 配置段(信号源、符号、门限、是否禁用垂直) |
| 5 | utils/config/pod_bridge.json |
落配置值(铁律:数值不写死在代码里) |
| 6 | utils/tests/... |
新增测试:角度直入路径、默认 None 兼容性、bridge L1 组装(FakePod) |
暂不动:guidance.py(L2 地理引导)保留,按配置在 L1 / L2 间切换,
等 L2 有标定过的距离源再启用。
4. 配置外置(要点,非最终字段名)
// utils/config/pod_bridge.json —— L1 段(已实现,字段名与 HeadingServoConfig 一致)
"heading_servo": {
"enabled": true, // true=走 L1(TrackingControlLaw),false=L2(GuidanceLaw)
"beta_sign": 1, // 台架 S1 标定后填 ±1(符号错了会反向转)
"alpha_sign": 1,
"beta_from_frame": false, // 无电机 → 框架角无用;装电机后置 true
"beta_from_off_target": true,// 无电机 → 脱靶量即 β 主信号
"alpha_from_frame": false,
"alpha_from_off_target": true,
"vertical_enabled": true, // 决策3:无人机 L1 开垂直(vz 由 tracking.vertical 压低)
// 第二判据:LOS 运动学一致性(2026-10-19 取代 require_vision,见 §2.3)
"los_consistency_enabled": true, // false → 退回"只信 bit2"
"los_window_ms": 3000, // 比较窗口
"los_min_yaw_change_deg": 20.0, // 窗口内机头至少转这么多才判定(激励门槛)
"los_max_residual_deg": 8.0 // |Δβ+Δψ| 上限,超过判不一致
}
// tracking 段(内嵌整份 visual_track_control 配置,各分组须齐全;L1 首飞值)
"heading": { "mode": "rate", "gain": 1.0, "yaw_rate_limit_dps": 20.0, "yaw_slew_limit_dps2": 40.0 },
"distance": { "no_distance_action": "slow_approach", // 决策3:低速接近(非 hold)
"no_distance_approach_limit_mps": 0.2 }, // 极低限速起步
"vertical": { "vz_gain_mps_per_deg": 0.05, "vz_limit_mps": 0.5 } // 开垂直但压低
决策 3:首次上机
no_distance_action = "slow_approach"、限速 0.2 m/s(很低), 而非原推荐的hold。安全不受影响——S2 干跑不下发 offboard,符号先验证过再通电。beta_sign/alpha_sign/增益均为占位,须 S1/S2 标定后回填,标定前不得实飞。
5. 台架落地步骤(增量,每步过了再下一步)
| 步骤 | 做什么 | 通过判据 |
|---|---|---|
| S0 纯软单测 | 新增测试 + 全量回归 | 全绿(当前 372 → 增加) |
| S1 标定 | pod_console.py 观察云台转动 / 移动目标时 frame_yaw/frame_pitch、off_target_x/y 的变化 |
确认框架角是"相对机体";定出 beta_sign / alpha_sign |
| S2 干跑 | bridge 以 dry-run 跑 L1,不下发 offboard,只打印 yaw_rate |
目标偏左 → yaw_rate 为负(左转),符号正确;目标居中 → 趋于 0 |
| S3 不装桨接飞控 | 真实 offboard | 机体转向目标、云台逐步回中;人工可随时接管 |
| S4 切 slow_approach | vx = 0.3 m/s 起步 | 缓慢接近不振荡;异常立即 RC 切手动 |
| S5 装桨试飞 | — | 最后一步,先在空旷场地 |
⚠ S3 起必须:不装桨 / 空旷场地 / RC 随时可切手动 / 有人值守。
6. 风险与判据
| 风险 | 判据 / 对策 |
|---|---|
| 符号反了 → 反向转 | S1 标定 + S2 干跑必验;配置化而非硬编码 |
| bit2 粘滞 → 丢失后仍转 | LOS 运动学一致性(pod_bridge/los_consistency.py,2026-10-19 取代旧「我方视觉」方案):机头转 Δψ 而脱靶量不动 → 判丢;台架期仍人工值守 |
| 框架角定义不符(绝对而非相对机体) | S1 实测确认,不符则改用脱靶量积分等替代 |
| 云台归中/搜索态框架角乱转 | 仅锁定态启用;非锁定 → tracked=False → BRAKE_HOVER |
| 垂直通道撞地 | L1 强制 vz_gain=0(本机实际按决策3 开垂直但压低限速) |
| 测距噪声(L2 才有) | L2 滞后,且不用连续 PID,改分段限速 |
7. 与 L2 的接口预留
L1 落地时就留好口子,将来 L2 只是"换个输入源",不动结构:
ControlSnapshot.distance_valid/target_distance_m/distance_time_ms字段 现在就按False填全;将来接激光雷达距离源后填入(原计划的stereo_ranger.forward_distance_m已随"吊舱取代双目"一并搁置);bridge.step()按配置在TrackingControlLaw(L1)与GuidanceLaw(L2)间切换;guidance.py的输入接口保持不变,等有标定过的距离源再启用。
8. 已拍板(2026-10-09)
- 接入路线 = A1:
ControlSnapshot加可选los_beta_deg/los_alpha_deg,第④步角度直入优先、否则回退像素路径。已实现(types.py/tracking_control_law.py,补 5 条兼容性测试)。 - 目标类型 = 无人机(空中):影响 L2 几何反推法,L1 无关。
- 首次上机 =
slow_approach+ 极低限速 0.2 m/s(非hold);L1 开垂直通道,但vz限速压低(vz_limit_mps=0.5、vz_gain=0.05)防撞。
补充决策(BridgeConfig 结构):BridgeConfig 直接内嵌 TrackingConfig 字段 + heading_servo 段;运行时按 heading_servo.enabled 在 L1(TrackingControlLaw)/L2(GuidanceLaw) 间切换,L2 接口天然保留(对齐 §7)。姿态来自 PX4、β/α 来自吊舱(决策 2 见 §2.1 无电机说明)。
9. 实现状态(S0 已完成)
| # | 文件 | 状态 |
|---|---|---|
| 1 | visual_track_control/types.py |
✅ ControlSnapshot 加 los_beta_deg/los_alpha_deg: Optional[float]=None |
| 2 | visual_track_control/tracking_control_law.py |
✅ 第④步角度直入优先,否则回退像素 |
| 3 | visual_track_control/config.py |
✅ 拆出 load_from_dict() 供 bridge 内嵌复用 |
| 4 | pod_bridge/config.py |
✅ 加 HeadingServoConfig + 内嵌 TrackingConfig,严格校验符号(±1) |
| 5 | pod_bridge/bridge.py |
✅ _build_snapshot();step() 按 enabled 切 L1/L2;_dispatch 对 DEGRADED_HOLD 补发刹车保心跳;vision_target_fn 注入点los_consistency.py,§2.3) |
| 6 | config/pod_bridge.json |
✅ 落 L1 首飞值(slow_approach/0.2、垂直压低、无电机 → 仅脱靶量) |
| 7 | tests/ |
✅ 新增 24 条(vtc 5 + config 9 + bridge L1 10);全量 396 passed |
| 8 | pod_bridge/run_bridge.py |
✅ 闭环 CLI 入口:--dry-run(S2 只接吊舱/不发 offboard/打印 β→yaw_rate) 与实飞(S3+,PodBridge.connect+信号优雅停机);配套 run_bridge_test.py 5 条,全量 401 passed |
| 9 | pod_bridge/bridge.py:run() |
✅ 循环周期改按生效律取频率(L1=tracking.control,L2=guidance),修 L1 live 频率错配 |
| 10 | pod_bridge/virtual_pod.py |
✅ 模拟吊舱(SITL/台架工具):按无电机语义合成表2-2(框架角恒0、无激光、不可见→bit2=0+脱靶量归0),符号与 S1 标定一致 |
| 11 | l1_sitl_test.py(根目录,原 pod_sitl_test.py) |
✅ L1 SITL 全流程:解锁→起飞→锚点→offboard→L1 闭环(VirtualPod→PodBridge→控制律)→丢目标→刹车→RTL→落地→上锁,轨迹落 CSV;飞行编排不塞进 run_bridge(保持其纯 offboard 闭环入口) |
| 12 | tests/pod_bridge/virtual_pod*_test.py |
✅ 15 条:S1 符号回归 + VirtualPod×PodBridge×控制律集成(右转/下降/慢速前近/丢目标刹车);全量 417 passed |
| 13 | pod_bridge/los_consistency.py(2026-10-19) |
✅ 目标有效性第二判据:LOS 运动学一致性(Δβ+Δψ,3s 窗口/20° 激励/8° 残差);pod_locked() 叠加该判据;配套 los_consistency_test.py 12 条 + 桥接层 3 条 |
待办(非代码,台架):S1 标定 已完成(2026-10-09):目标在左下时 off_target_x/y
均为负 → 吊舱 X 轴右正(与 β 同向)beta_sign=+1;Y 轴上正(与 α 下正相反)
alpha_sign=-1(已回填 pod_bridge.json,并加标定回归测试守住)。厂商确认本版
电机无用 → beta_from_frame/alpha_from_frame 恒 false。
已完成的后续验证(2026-10-19):S2 干跑(run_bridge.py --dry-run,真吊舱 COM5,20Hz
闭环无异常)、SITL 全流程(l1_sitl_test.py 与 task_runner_sitl.py 均实跑)、
真吊舱在环全流程(task_runner_real.py --port COM5,无目标时走"搜索超时→返航"安全路径)。
剩:heading.gain 标定、吊舱真实目标识别(bit2 0→1)、S3 不装桨接飞控。