虚拟飞控

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2026-06-08 09:44:11 +08:00
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commit 5677300475
+173 -147
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@@ -1,173 +1,199 @@
import time
import threading
import time
from pymavlink import mavutil
class QGCMissionProxy:
def __init__(self, qgc_link):
class QGCMissionReceiver:
def __init__(self, connection_str='udpin:0.0.0.0:14550', sys_id=1, comp_id=1, home_lat=34.0, home_lon=113.0):
"""
:param qgc_link: 专门连接地面站数传电台的 mavutil 链接对象
QGC 航线拦截接收器 (模拟飞控节点)
:param connection_str: pymavlink连接字符串。udpin:0.0.0.0:14550 表示作为本地服务器等待QGC主动连接
:param sys_id: 伪装的系统ID (通常飞控为1)
:param comp_id: 伪装的组件ID (通常飞控为1)
:param home_lat: 模拟的起始点纬度(用于在没有真实GPS的室内环境让QGC地图定点)
:param home_lon: 模拟的起始点经度
"""
self.qgc = qgc_link
self.translated_waypoints = [] # 翻译出来供你本地 mission_manager 使用的航点列表
self.is_mission_ready = False
self.running = True
self.connection_str = connection_str
self.sys_id = sys_id
self.comp_id = comp_id
self.home_lat = home_lat
self.home_lon = home_lon
# 锁机制防止数据脏读
# 初始化 MAVLink 链路
self.master = mavutil.mavlink_connection(
self.connection_str,
source_system=self.sys_id,
source_component=self.comp_id
)
# 线程安全与航点存储
self.lock = threading.Lock()
self.waypoints_list = [] # 正式供外部控制脚本读取的航点列表
self._temp_waypoints = [] # 协议传输过程中的临时缓存缓存
# 启动后台监听线程
self.proxy_thread = threading.Thread(target=self._listen_qgc_loop, daemon=True)
self.proxy_thread.start()
# 协议状态控制变量
self.is_running = False
self.expected_count = 0
self.current_seq = 0
def _listen_qgc_loop(self):
"""高频监听地面站发来的 MAVLink 消息"""
print("[QGC Proxy] 拦截网关已启动,等待地面站上传航线...")
def start(self):
"""启动后台模拟线程"""
self.is_running = True
while self.running:
# 线程 1-A: 维持心跳与状态遥测广播 (5Hz)
self.telemetry_thread = threading.Thread(target=self._telemetry_loop, daemon=True)
self.telemetry_thread.start()
# 线程 1-B: 专门阻塞监听并应答 QGC 的航线握手协议
self.protocol_thread = threading.Thread(target=self._protocol_loop, daemon=True)
self.protocol_thread.start()
print(f"[QGCMissionProxy] 虚拟飞控线程已启动,正在监听 UDP 端口: {self.connection_str}")
def stop(self):
"""停止接收器"""
self.is_running = False
if self.master:
self.master.close()
print("[QGCMissionProxy] 虚拟飞控线程已关闭")
def _telemetry_loop(self):
"""高频向QGC广播心跳和定位,激活QGC的航线规划和上传按钮"""
boot_time = time.time()
while self.is_running:
try:
# 阻塞读取来自 QGC 的消息,超时时间为0.5秒
msg = self.qgc.recv_match(blocking=True, timeout=0.5)
time_ms = int((time.time() - boot_time) * 1000)
# 1. 发送 HEARTBEAT (伪装成运行中的 ArduPilot 多旋翼,且处于 GUIDED 模式解锁状态)
self.master.mav.heartbeat_send(
mavutil.mavlink.MAV_TYPE_QUADROTOR, # 四轴/多旋翼
mavutil.mavlink.MAV_AUTOPILOT_ARDUPILOT, # 固件类型
mavutil.mavlink.MAV_MODE_FLAG_GUIDED_ENABLED | mavutil.mavlink.MAV_MODE_FLAG_SAFETY_ARMED,
0, # custom_mode
mavutil.mavlink.MAV_STATE_ACTIVE # 活动状态
)
# 2. 发送 GLOBAL_POSITION_INT (不发这个QGC地图无法显示飞机,也无法规划航线)
self.master.mav.global_position_int_send(
time_ms,
int(self.home_lat * 1e7), # 纬度 (degrees * 1E7)
int(self.home_lon * 1e7), # 经度 (degrees * 1E7)
10000, # 绝对高度 (毫米, 10米)
0, # 相对高度 (毫米, 0米)
0, 0, 0, # vx, vy, vz 速度 (cm/s)
9000 # hdg 偏航角 (cdeg, 90度朝东)
)
# 3. 发送系统状态 (维持QGC右上角图标正常显示,可选)
self.master.mav.sys_status_send(0, 0, 0, 500, 11100, 100, 80, 0, 0, 0, 0, 0, 0)
except Exception as e:
print(f"[QGCMissionProxy] 遥测发送异常: {e}")
time.sleep(0.2) # 5Hz 频率广播
def _protocol_loop(self):
"""标准 MAVLink 航线协议状态机逻辑"""
while self.is_running:
try:
# 阻塞读取消息
msg = self.master.recv_match(blocking=True, timeout=0.5)
if not msg:
continue
msg_type = msg.get_type()
src_sys = msg.get_srcSystem()
src_comp = msg.get_srcComponent()
# 1. 拦截:收到地面站宣告的航点总数
# ---- 阶段 A: QGC点击了“发送航线”,通知飞机即将上传的总数 ----
if msg_type == 'MISSION_COUNT':
self._handle_mission_count(msg)
self.expected_count = msg.count
self.current_seq = 0
self._temp_waypoints = []
print(f"\n[QGCMissionProxy] 拦截到QGC航线上传请求!预计航点总数: {self.expected_count}")
# 2. 拦截:收到地面站发来的开始执行命令
elif msg_type == 'COMMAND_LONG':
if msg.command == mavutil.mavlink.MAV_CMD_MISSION_START:
self._handle_mission_start()
elif msg.command == mavutil.mavlink.MAV_CMD_COMPONENT_ARM_DISARM:
print(f"[QGC Proxy] 拦截到地面站解锁指令 -> 参数: {msg.param1}")
if self.expected_count > 0:
# 核心回复:主动向地面站索要第 0 个航点数据
self.master.mav.mission_request_int_send(
src_sys, src_comp, self.current_seq, msg.mission_type
)
else:
# 总数为0则直接发送成功确认
self.master.mav.mission_ack_send(
src_sys, src_comp, mavutil.mavlink.MAV_MISSION_ACCEPTED, msg.mission_type
)
# ---- 阶段 B: 接收具体的航点细节 (新版QGC通常使用 MISSION_ITEM_INT 整型坐标协议) ----
elif msg_type == 'MISSION_ITEM_INT':
if msg.seq == self.current_seq:
# 解析QGC发来的单条数据
wp = {
'seq': msg.seq,
'frame': msg.frame,
'command': msg.command,
'lat': msg.x / 1e7, # 还原浮点经纬度
'lon': msg.y / 1e7,
'alt': msg.z, # 高度
'param1': msg.param1, # 悬停时间等控制参数
'param2': msg.param2,
'param3': msg.param3,
'param4': msg.param4
}
self._temp_waypoints.append(wp)
print(
f"[QGCMissionProxy] 成功接收并缓存航点 [{msg.seq + 1}/{self.expected_count}]: Lat={wp['lat']:.6f}, Lon={wp['lon']:.6f}, Alt={wp['alt']:.2f}m")
self.current_seq += 1
if self.current_seq < self.expected_count:
# 继续索要下一个航点
self.master.mav.mission_request_int_send(
src_sys, src_comp, self.current_seq, msg.mission_type
)
else:
# ---- 阶段 C: 全部接收完毕,原子化存入正式列表,并向QGC回复“握手成功” ----
with self.lock:
self.waypoints_list = list(self._temp_waypoints)
print(f"🎉 [QGCMissionProxy] 航线完美拦截并填充!列表当前长度: {len(self.waypoints_list)}")
self.master.mav.mission_ack_send(
src_sys, src_comp, mavutil.mavlink.MAV_MISSION_ACCEPTED, msg.mission_type
)
# ---- 兼容机制: 兼容老版本QGC使用的浮点数协议形式 ----
elif msg_type == 'MISSION_ITEM':
if msg.seq == self.current_seq:
wp = {
'seq': msg.seq, 'frame': msg.frame, 'command': msg.command,
'lat': msg.x, 'lon': msg.y, 'alt': msg.z,
'param1': msg.param1, 'param2': msg.param2, 'param3': msg.param3, 'param4': msg.param4
}
self._temp_waypoints.append(wp)
self.current_seq += 1
if self.current_seq < self.expected_count:
self.master.mav.mission_request_send(src_sys, src_comp, self.current_seq, msg.mission_type)
else:
with self.lock:
self.waypoints_list = list(self._temp_waypoints)
self.master.mav.mission_ack_send(src_sys, src_comp, mavutil.mavlink.MAV_MISSION_ACCEPTED,
msg.mission_type)
# ---- 处理地面站点击“清除航线”的请求 ----
elif msg_type == 'MISSION_CLEAR_ALL':
print("[QGCMissionProxy] 拦截到QGC清除航线指令")
with self.lock:
self.waypoints_list = []
self.master.mav.mission_ack_send(src_sys, src_comp, mavutil.mavlink.MAV_MISSION_ACCEPTED,
msg.mission_type)
except Exception as e:
print(f"[QGC Proxy] 接收异常: {e}")
print(f"[QGCMissionProxy] 协议状态机运行异常: {e}")
time.sleep(0.1)
def _handle_mission_count(self, msg):
"""处理航点上传握手协议"""
target_system = msg.target_system
target_component = msg.target_component
wp_count = msg.count
print(f"[QGC Proxy] 检测到 QGC 正在上传航线,包含航点数量: {wp_count}")
temp_waypoints = []
handshake_success = True
# 依次向 QGC 请求每一个航点的具体坐标
for i in range(wp_count):
# 向 QGC 请求第 i 个航点 (使用 MISSION_REQUEST_INT 保证高精度)
self.qgc.mav.mission_request_int_send(
target_system,
target_component,
i,
mavutil.mavlink.MAV_MISSION_TYPE_MISSION
)
# 等待 QGC 回应具体的航点条目
item_msg = self.qgc.recv_match(type='MISSION_ITEM_INT', blocking=True, timeout=2.0)
if item_msg is None:
print(f"[QGC Proxy] 错误: 请求航点 {i} 超时,中止握手。")
handshake_success = False
break
# 解析地理/局部坐标
# frame 1: MAV_FRAME_GLOBAL_INT (室外经纬度)
# frame 12: MAV_FRAME_LOCAL_NED (室内/本地局部坐标)
frame = item_msg.frame
# 坐标转换逻辑(核心翻译部分)
if frame == mavutil.mavlink.MAV_FRAME_LOCAL_NED:
# 如果同伴在 QGC 规划的是室内本地 NED 坐标,直接除以 1000 转换为米
x = item_msg.x / 1000.0
y = item_msg.y / 1000.0
z = item_msg.z / 1000.0 # 注意:飞控 NED 的 Z 轴向下为正
elif frame in [mavutil.mavlink.MAV_FRAME_GLOBAL_INT, mavutil.mavlink.MAV_FRAME_GLOBAL_RELATIVE_ALT_INT]:
# 如果是室外 GPS 航点
# x 乘以 1e-7 得到 纬度,y 乘以 1e-7 得到 经度
lat = item_msg.x / 1e7
lon = item_msg.y / 1e7
alt = item_msg.z # 高度(米)
# 【关键生产力转换】:在此处可以调用你在本地计算的投影函数,将经纬度转换为相对起始点的 (x, y) 米
x, y = self._gps_to_local_meters(lat, lon)
z = -alt # 转换为你本地代码习惯的 Z 轴定义(若你的代码向上为正,则取负值;若严格遵循 NED 则保持向下为正)
else:
x, y, z = 0.0, 0.0, 0.0
# 提取航点附加动作参数(如偏航角、悬停时间)
param1_hold_time = item_msg.param1 # 悬停时间(秒)
param4_yaw = item_msg.param4 # 期望偏航角(度)
# 翻译并打包成符合你本地脚本格式的字典对象
wp_dict = {
"index": i,
"command": item_msg.command, # 如 MAV_CMD_NAV_WAYPOINT
"x": x,
"y": y,
"z": z,
"hold_time": param1_hold_time if param1_hold_time > 0 else 3.0, # 缺省悬停3秒
"yaw": param4_yaw
}
temp_waypoints.append(wp_dict)
print(f" -> 成功拦截并翻译航点 [{i}]: X={x:.2f}, Y={y:.2f}, Z={z:.2f}, 偏航={param4_yaw}°")
if handshake_success:
# 向 QGC 发送 MISSION_ACK,宣告上传成功,让地面站界面显示绿色的“保存成功”
self.qgc.mav.mission_ack_send(
target_system,
target_component,
mavutil.mavlink.MAV_MISSION_RESULT_ACCEPTED,
mavutil.mavlink.MAV_MISSION_TYPE_MISSION
)
def get_waypoints(self):
"""提供给控制主线程调用的线程安全方法:获取当前最新的航点列表"""
with self.lock:
self.translated_waypoints = temp_waypoints
self.is_mission_ready = True
print("[QGC Proxy] 航线拦截握手完美结束!影子航线已在香橙派内存中就绪。")
else:
# 告诉 QGC 上传失败
self.qgc.mav.mission_ack_send(
target_system,
target_component,
mavutil.mavlink.MAV_MISSION_RESULT_ERROR,
mavutil.mavlink.MAV_MISSION_TYPE_MISSION
)
return list(self.waypoints_list)
def _gps_to_local_meters(self, lat, lon):
"""
一个简易的平地经纬度转局部米制坐标函数。
实际使用中,可以保存起飞点的经纬度作为参考原点(Home点)。
"""
# 伪代码演示,你可以替换为标准的 GeographicLib 或 pyproj 投影库
# 这里假设以固定参考点进行转换
home_lat, home_lon = 30.000000, 120.000000
delta_lat = lat - home_lat
delta_lon = lon - home_lon
# 地球每度纬度约为 111320 米
x_meters = delta_lat * 111320.0
# 经度长度随纬度余弦收缩
y_meters = delta_lon * 111320.0 * 0.866
return x_meters, y_meters
def _handle_mission_start(self):
"""当地面站点击『开始任务』时触发该本地回调"""
print("[QGC Proxy] 地面站发出了【START MISSION】指令!")
# 这里用来激活你在香橙派上写的状态机
# 例如将全局事件设置为 True:event_start_local_mission.set()
def get_local_waypoints(self):
"""提供给你本地外部业务循环读取的接口"""
def clear_waypoints(self):
"""从香橙派端手动清空列表"""
with self.lock:
if self.is_mission_ready:
return self.translated_waypoints
return None
def close(self):
self.running = False
self.waypoints_list = []