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第2章 实验平台配置

"工欲善其事，必先利其器"——针对无人系统开发流程从底层飞控到上层 AI 的复杂性，本章将全面介绍 RflySim 工具链的核心组件架构与跨平台使用方法；指导用户完成从工具链环境一键安装、验证测试直至基本案例运行的完整流程，确立后续进阶使用的必要软件生态基础。

2.1 背景与理论

RflySim 工具链作为一款专业、全矩阵开放的无人系统开发仿真平台，具备跨生态、基于模型设计（MBD）、闭环 Sim2Real 的三大本质特征；无论是仅需 PC 即可验证控制理论与上层路径规划逻辑的软件在环（SITL）模式，还是能够验证嵌入式实时响应并高度保证真机代码无缝迁移的硬件在环（HITL）模式，RflySim 皆提供了完全自洽的自动化构建工具。为了支撑这种高保真度和代码自动生成功效，其体系内交叉依赖了 Windows（作为主机与三维仿真引擎寄宿平台）、Ubuntu（作为算法开发主要承载系统及 ROS 通信层）、WSL 及 Docker（用于敏捷跨平台系统桥接）。在控制与协议层，核心基于主流的 PX4 自驾仪生态与 MAVLink 通信链接，极大地降低了前沿科研在多语言（C++ / Python）、多中间件（ROS1 / ROS2）之间切换的门槛。

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2.2 框架与接口

搭建一整套稳定的智能无人系统测试开发线往往需要极高的硬件配置与时间投入。RflySim 在架构上提供了“一键环境部署”能力及丰富的接口体系。

2.2.1 核心组件预览

工具链整体涵盖了三大系统：在后端运行物理引擎解算载具动态响应的 CopterSim、负责高还原度光影与传感器信息透出的 RflySim3D（基于 UE），以及全局监控遥感数据的地面站平台 QGroundControl。此外更有专用于快速开启仿真实验及预设置参数的轻量级工具 SimCreate 和 VisCreate 作为辅助框架支撑。

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2.2.2 安装与验证流程

为了保证上述多模块平稳运行，推荐使用大于 16GB 内存及具备 RTX 2060 以上独显的计算机。获取完整的 .iso 挂载系统镜像后，开发环境支持静默式极速部署。

  1. 基础设施配置：优先运行 UbuntuWSL/EnableWSL.bat 开启 Windows 下 Linux 子系统权限体系。
  2. 核心包安装：根据是否进行底层飞控开发决定是否需要依赖 MATLAB（运行 OnekeyScript.p）或直接执行 OnekeyScript.exe 进行独立绿色模式安装。
  3. 闭环环境验证：等待双端编译工具集、Cygwin 及 Python 配置就位后（自动生成桌面 RflyTools），执行 SITLRun 指令集调用无人机一键拉起测试，若界面正常进入 3DFixed 起飞环节则认定安装大功告成。

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2.2.3 典型开发流程与教具

在接口层面，RflySim 的典型开发范式衍生出两条线路。底层开发者通过 Simulink 工具箱（PX4PSP） 实现 自建模型->自动代码->PX4固件编译->在环演练 的传统控制闭环。而上层 AI 研究者通过调用 Python RflySimSDK 及 ROS 接口簇，即可高频调用外部 Offboard 模式开展机器视觉与智能多机对抗，此链路可直接适配推荐的配套教具（例如 Pixhawk 系列飞控及 Jetson Orin NX 机载计算机）。

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2.3 精彩案例展示

2.4 课程配套视频

本章节公开课回放：

2.5 本章实验案例

本章相关验证实验与引导案例存放在 [安装目录]\RflySimAPIs\2.RflySimUsage 文件夹中。

2.5.1 接口学习实验

存放在 2.RflySimUsage\0.ApiExps 文件夹中，涵盖平台基础接口导学及各工具通识入门。

实验 1：RflySim软件组件导航

📝 实验简介： 汇总RflySim平台关键组件及配套软件说明文档，帮助使用者理解各组件在工具链中的定位，并建立从三维显示、飞控、驱动、地面站到Python/WSL环境的阅读入口，便于后续按需深入学习。

实验 2：固定翼无人机航迹飞行仿真实验

📝 实验简介： 通过QGC地面站规划固定翼无人机航迹，实现起飞后按航迹飞行，掌握固定翼机架设置、RflySim平台组件协同及QGC任务规划操作。

实验 3：ReqCopterSim接口库使用说明

📝 实验简介： 通过Python接口库ReqCopterSim.py对CopterSim仿真初始化参数进行外部重设，包括联机模式、UDP通信、初始位置姿态、DLL模型和三维场景等，并观察仿真变化。

实验 4：VMware虚拟机的安装与基本使用方法

📝 实验简介： 本实验讲解VMware虚拟机的安装、虚拟机镜像加载、网络配置及RflySimSDK同步等基本使用方法，旨在帮助用户在Windows主机上搭建Ubuntu/ROS/PX4开发环境。

实验 5：Ubuntu基本配置实验

📝 实验简介： 本实验讲解Ubuntu镜像下载、虚拟机安装及双系统配置方法，涵盖VMware虚拟机安装Ubuntu、更换软件源及安装VS Code等步骤，旨在帮助用户搭建RflySim开发环境。

实验 6：PX4环境部署与固件下载编译实验

📝 实验简介： 本实验讲解PX4开发环境的部署方法，包括依赖安装、源码克隆、子模块同步和固件编译，并分析PX4源码目录结构，为二次开发奠定基础。

实验 7：Apm飞控环境部署与固件下载编译实验

📝 实验简介： 本实验讲解如何部署APM飞控开发环境，包括依赖安装、源码克隆与固件编译，并介绍APM源码架构及飞行模式切换逻辑。

实验 8：ROS1环境部署及安装测试

📝 实验简介： 本实验指导安装与配置ROS1环境，并通过roscore、rostopic及经典海龟仿真demo验证环境是否正常，同时涵盖ROS例程C++版的创建与运行。

实验 9：ROS2环境部署及安装测试

📝 实验简介： 本实验讲解ROS2环境的安装与配置，并通过运行发布订阅节点、小海龟仿真等测试验证环境是否正常，学习ROS2基本命令与工作空间创建。

实验 10：MAVROS无人机控制实验套件

📝 实验简介： 学习使用MAVROS接口控制PX4无人机，掌握ROS/ROS2与PX4飞控的通信机制，实现无人机的离板控制。

实验 11：Docker安装与GPU支持

📝 实验简介： 本实验指导在Windows（WSL2+Docker Desktop）和Ubuntu环境下快速安装Docker，并可选配置GPU容器支持、国内镜像加速及多架构构建环境，以支持RflySim开发。

实验 12：PX4与ROS2直连环境配置与基本使用教程

📝 实验简介： 掌握PX4与ROS2的基本通信配置方法，学会使用MicroXRCEAgent实现UDP通信，熟悉ROS2话题的发布与订阅操作，并能通过ROS2控制PX4 SITL仿真飞机。

实验 13：Gazebo与PX4联合仿真实验

📝 实验简介： 掌握在RflySim平台上使用Gazebo直接连通PX4进行仿真的通用流程，了解不同PX4固件版本对应的Gazebo环境配置与运行机制。

实验 14：MAVROS安装部署实验

📝 实验简介： 本实验旨在通过在Ubuntu虚拟机中安装部署MAVROS1和MAVROS2软件包，掌握ROS1/ROS2环境下MAVROS的安装流程，了解其作为MAVLink通信中间件的作用，并配置多无人机系统连接，为后续离板控制实验奠定基础。

实验 15：基于Python和C++的跨平台分布式传感器数据采集与ROS发布实验

📝 实验简介： 构建分布式机器人仿真传感器数据处理系统，通过Python接口请求RflySim3D传感器数据，使用C++高效接收处理并转发至ROS1/ROS2话题，支持多模态数据实时可视化。

实验 16：MAVROS1Offboard无人机离板控制实验

📝 实验简介： 通过MAVROS接口实现PX4无人机的离板控制，学习ROS节点与飞控通信、模式切换及自主起飞流程。

实验 17：基于Python的跨ROS版本传感器数据订阅与处理实验

📝 实验简介： 构建分布式仿真架构，通过Python接口从RflySim3D获取多模态传感器数据并发布到ROS话题，实现跨ROS1/ROS2版本的传感器数据订阅、处理与实时可视化。

实验 18：MAVROS2无人机离板控制实验

📝 实验简介： 本实验通过MAVROS2框架实现无人机离板控制，验证ROS2与PX4飞控系统的通信机制，学习姿态控制和飞行操作。

实验 19：3DDisplay无人机3D显示

📝 实验简介： 3DDisplay是低性能版RflySim 3D显示工具，以3D图形方式展示多旋翼飞行状态，包含小地图和轨迹显示功能，用于降低电脑性能需求下的无人机仿真可视化

实验 20：CopterSim硬件在环仿真软件使用说明

📝 实验简介： 介绍CopterSim作为RflySim平台核心软件的功能，包括模型配置、仿真模式选择、通信设置及参数配置，用于实现多旋翼无人机硬件在环仿真。

实验 21：PX4软件系统架构

📝 实验简介： 介绍PX4飞控系统的软件架构、中间件、飞行控制栈、模块间通信机制及RflySim平台固件部署方法

实验 22：FlightGear 2016.1.2飞行模拟器手册

📝 实验简介： FlightGear开源飞行模拟器2016.1.2版本官方手册，涵盖软件安装、系统配置、飞行操作及高级功能使用说明

实验 23：Python38虚拟环境配置与使用

📝 实验简介： 介绍RflySim平台集成的Python 3.8虚拟环境（Python38Env），包含pymavlink、OpenCV、numpy等无人系统算法开发常用库的配置与基础使用方法。

实验 24：QGroundControl地面站使用指南

📝 实验简介： 介绍QGroundControl在RflySim工具链中的作用，涵盖任务规划、飞控配置、日志分析和参数调试等核心功能，帮助用户建立对QGC主要页面的整体认知。

实验 25：RflySim3D可视化软件

📝 实验简介： 基于UE4.27开发的三维可视化软件，用于实时显示无人机状态，支持UDP通信和多种快捷操作

实验 26：RflySimUE5可视化仿真软件使用说明

📝 实验简介： 基于UE5.3的无人机可视化仿真软件，介绍其硬件配置要求、安装步骤及操作界面快捷键使用方法

实验 27：RflySim3D虚拟实验室无人机认知与装配

📝 实验简介： 指导用户在RflySim3D虚拟实验室中完成无人机认知学习、虚拟组装和飞控接线调试操作，涵盖界面导航、模型选择、交互方法及标准操作步骤。

实验 28：SimCreate桌面配置工具

📝 实验简介： 学习使用SimCreate图形化界面创建、配置、保存、启动和导出无人机系统仿真实验，涵盖多机仿真、软硬件在环、机型混合部署、初始位置编辑和批量启动脚本生成等场景。

实验 29：WinWSL环境使用说明

📝 实验简介： 介绍RflySim平台提供的WinWSL环境，帮助用户理解WSL1/WSL2、GUI支持、ROS双版本切换及常见开发能力，为PX4、ROS、视觉和地面站实验提供统一的Linux运行环境说明。

实验 30：RflySim无人机驱动安装

📝 实验简介： 介绍RflySim平台自动安装的无人机驱动文件，包括Arduino、ChibiOS、Cube、Holybro、MindPX、NXP、PX4等飞控硬件的驱动程序安装与配置方法。

实验 31：Pixhawk硬件配置与Simulink开发环境搭建

📝 实验简介： 学习配置Pixhawk飞控硬件环境，掌握Windows/Linux系统下的MATLAB/Simulink开发工具链，完成固件编译和应用程序部署

实验 32：VisCreate视觉传感器参数配置工具

📝 实验简介： 学习使用VisCreate工具配置无人机视觉传感器载荷，掌握RGB相机、深度相机、激光雷达等多种传感器的参数设置与RflySim 3D实时联动功能

2.5.2 基础使用实验

存放在 2.RflySimUsage\1.BasicExps 文件夹中，面向初学者提供全套配套补充教材库。

实验 1：CopterSim模型设计实验

📝 实验简介： 熟悉CopterSim主界面模型配置区的使用方法，通过配置不同机架类型的多旋翼参数，计算悬停时间和油门百分比，并演示六旋翼硬件在环仿真配置。

实验 2：DLL模型导入CopterSim仿真实验

📝 实验简介： 学习将自定义载具运动学DLL模型导入CopterSim，并通过手动或bat脚本方式实现软硬件在环仿真，涵盖多旋翼和固定翼模型。

实验 3：RflySim3D快捷指令与外部场景切换

📝 实验简介： 本实验旨在熟悉RflySim3D的快捷指令和外部指令切换功能，学习通过CopterSim控制场景切换及使用快捷键进行视角和场景操作，并验证控制优先级。

实验 4：Python38Env读取飞行日志实验

📝 实验简介： 本实验使用RflySim平台自带的Python 3.8环境读取PX4飞控的.ulg日志文件，并将其转换为.csv格式以便分析，同时验证Python环境和OpenCV的配置。

实验 5：手动软件在环仿真配置

📝 实验简介： 本实验演示手动启动CopterSim、RflySim3D、WinWSL/PX4 SITL和QGroundControl，完成软件在环仿真配置，并学习SIL、PX4 SITL和WSL关键知识点。

实验 6：BAT脚本一键启动仿真组件

📝 实验简介： 通过BAT脚本一键启动QGroundControl、RflySim3D、CopterSim，并学习修改脚本参数配置仿真环境，实现多机及硬件在环仿真。

实验 7：MATLAB代码自动生成飞控固件实验

📝 实验简介： 基于RflySim平台，学习将Simulink中搭建的控制模型一键生成PX4飞控固件，并下载到Pixhawk飞控中，掌握代码生成与固件烧录流程。

实验 8：Simulink集群控制接口实验

📝 实验简介： 通过Simulink集群控制接口模块与RflySim仿真环境通信，搭建四旋翼无人机盘旋控制模型，实现无人机启动并进入盘旋模式，学习通信结构体与数据交互。

实验 9：PX4固件编译

📝 实验简介： 本实验基于WinWSL子系统完成PX4固件的编译，学习使用make命令针对不同飞控硬件平台生成固件文件，并掌握编译结果检查与固件存放路径。

实验 10：飞控固件烧录实验

📝 实验简介： 本实验介绍RflySim平台中两种飞控固件烧录方式（QGC和Simulink），涵盖固件选择、编译命令、烧录步骤及HIL配置，旨在掌握固件烧录流程与硬件兼容性。

实验 11：PX4自定义APP开发与调试

📝 实验简介： 学习在PX4源码中创建自定义APP，进行编译、SITL仿真调试及硬件固件烧录，并设置开机自启动。

实验 12：CopterSim获取Log数据实验

📝 实验简介： 通过放置CSV文件到CopterSim目录，运行多机仿真并记录载具真值数据（位置、速度、电机转速等），学习数据记录机制和多机协同仿真。

实验 13：RflySim3D场景加载与切换

📝 实验简介： 本实验旨在学习RflySim3D三维场景的加载、切换与控制方法，以及使用UE4进行场景开发并导入RflySim3D的流程。

实验 14：Pixhawk硬件编译命令识别实验

📝 实验简介： 通过QGroundControl固件刷写页面识别Pixhawk飞控硬件对应的PX4编译命令，适用于底层飞控固件开发或硬件型号确认场景。

实验 15：QGroundControl航线规划与硬件在环仿真

📝 实验简介： 本实验通过QGroundControl绘制航线，结合Pixhawk飞控和RflySim工具链进行硬件在环仿真，实现飞行器按预设航点自主飞行，学习航线规划和HITL仿真方法。

实验 16：USB遥控器软件在环仿真

📝 实验简介： 学习通过USB连接天地飞ET10遥控器，在QGC中配置游戏手柄模式和CH5-CH8通道覆盖，实现无人机软件在环仿真飞行控制

实验 17：PX4版本及编译命令切换

📝 实验简介： 学习在RflySim工具链中切换PX4固件版本和编译命令，以适配不同飞控硬件，并了解版本管理规范。

实验 18：VisCreate传感器快速配置与仿真验证

📝 实验简介： 学习使用VisCreate图形化工具快速配置无人机传感器（RGB相机、深度相机、激光雷达等），理解关键参数影响，掌握RflySim3D集成与数据可视化方法。

实验 19：基于Config.json的CopterSim外部通信灵活配置实验

📝 实验简介： 本实验演示在多电脑仿真场景中，通过Config.json配置CopterSim的UDP通信地址，实现与PX4、QGC和UE的定向通信，避免广播干扰，掌握多端通信配置方法。

实验 20：SimCreate软件使用

📝 实验简介： 学习使用SimCreate软件，通过可视化方式创建RflySim仿真启动脚本，支持软硬件在环仿真和多机配置，涵盖机型配置、仿真实验配置及实验操作。

实验 21：FlyEval到CopterSim XML模型导入实验

📝 实验简介： 学习在FlyEval网站完成多旋翼任务需求设计、方案比较与正向性能评估，导出XML模型并导入CopterSim，为后续软件在环或硬件在环验证准备飞行器动力学模型。

2.5.3 进阶开发实验

存放在 2.RflySimUsage\2.AdvExps 文件夹中，进一步熟悉部分底层固件生态配置。

实验 1：QGC共享内存图像显示实验

📝 实验简介： 实现QGC通过共享内存显示RflySim 3D模拟传感器的图像数据，并可配置相机参数（像素、绑定飞机ID、类型、视场角、位置角度等），掌握共享内存和UDP协议的数据传输方法

实验 2：RflySimAPI使用

📝 实验简介： 通过RflySimSDK说明文档熟悉工具链提供的标准接口和模块，学习检索Python和Simulink接口文档的方法，并调用相应接口执行任务或进行二次开发。

实验 3：QGC地面站二次开发环境部署

📝 实验简介： 学习配置QGroundControl开发环境（Visual Studio+Qt），掌握源码克隆、编译及定制化修改（名称和Logo），实现QGC地面站的二次开发部署流程

实验 4：Mission Planner地面站二次开发环境部署

📝 实验简介： 本实验指导用户搭建Mission Planner地面站二次开发环境，包括源码克隆、Visual Studio 2022安装、源码编译及定制化LOGO修改等步骤。

2.5.4 高阶开发实验

暂无实验案例