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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　状态：方案待确认，未动代码

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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。

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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

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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。

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
接入视觉后（S3+）	bit2 且 我方 stereo_yolo/target_tracker 有目标（第二判据，必做）

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3. 改动清单（文件级）

#	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。

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4. 配置外置（要点，非最终字段名）

// utils/config/pod_bridge.json —— L1 段
"heading_servo": {
  "enabled": true,
  "beta_sign": 1,            // 台架标定后填 ±1（框架角 + 脱靶量合成的符号）
  "alpha_sign": 1,
  "use_off_target": true,    // β 是否叠加脱靶量（false = 只用框架角）
  "vertical_enabled": false, // L1 先禁垂直，避免撞地；vz=0
  "require_vision": false    // true = 需我方视觉作为第二判据（S3 起开）
}

// visual_track_control 侧（沿用既有结构，只改值）
"heading":  { "mode": "rate", "gain": ..., "yaw_rate_limit_dps": 20.0, "yaw_slew_limit_dps2": 40.0 },
"distance": { "no_distance_action": "hold",          // 首次上机 = hold
              "no_distance_approach_limit_mps": 0.3 },
"vertical": { "vz_gain_mps_per_deg": 0.0 }          // L1 禁用

首次上机一律 no_distance_action = "hold"：只转向、不前近。 航向验证通过后再切 slow_approach 并把限速压到 0.3 m/s 起步。

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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。

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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	第二判据（我方视觉）；台架期人工值守
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
测距噪声（L2 才有）	L2 滞后，且不用连续 PID，改分段限速

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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，L2 时换成 stereo_ranger 的 forward_distance_m；
• 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。

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8. 待你拍板

1. 接入路线：A1（改 ControlSnapshot 加可选角度字段，推荐）/ A2（pod_bridge 侧薄封装）/ B（像素反推，不推荐）；
2. 目标类型：人车（地面）/ 无人机（空中）—— 影响 L2 的几何反推法能否用，L1 不受影响；
3. 首次上机无距离动作：hold（只转不前，我建议）/ slow_approach（0.3 m/s）。