企业官网建设流程全解析

1. 为什么要在Ubuntu 20.04上折腾ROS1与PX4这套组合

如果你刚拿到一台装了Ubuntu 20.04的机器，想跑无人机仿真、做二次开发，或者单纯想把PX4飞控的代码从编译到起飞全流程走一遍，那ROS1加PX4加MAVROS这套组合基本是绕不开的起点。我前后在虚拟机、双系统、物理机上装过不下十遍，踩过的坑从依赖冲突到环境变量污染，从Gazebo黑屏到MAVROS连不上，几乎每一类问题都遇到过。这篇内容就是把这些经验整理出来，给准备入坑或者正在坑里的朋友一份可以直接抄的作业。

先说清楚这套环境到底能干什么。PX4是飞控固件，负责底层姿态控制、传感器融合、电机输出；ROS1是机器人操作系统，负责上层任务调度、感知、规划；MAVROS是两者之间的翻译官，把PX4的uORB消息转成ROS话题，反过来也一样。三者打通之后，你可以在ROS里写一个节点，发一个目标位置，PX4就能控制无人机飞过去。这就是无人机二次开发最核心的链路。

适合谁来参考？如果你已经装好了Ubuntu 20.04，会基本的终端操作，知道cd、ls、sudo是什么意思，那就可以直接往下看。如果你连Ubuntu都还没装，建议先搞定系统安装，再回来折腾这套环境。另外，这套流程在虚拟机里也能跑，但Gazebo仿真对显卡有要求，虚拟机里可能会卡，物理机体验会好很多。

我选择Ubuntu 20.04而不是22.04，原因很直接：ROS1 Noetic的官方支持到20.04为止，22.04原生只支持ROS2。虽然22.04也能通过一些手段装ROS1，但依赖问题会多很多。PX4这边对20.04的支持也最成熟，社区里大部分教程和问题解答都是基于这个版本。所以如果你不是非要用新系统，20.04是最省心的选择。

2. 系统准备与基础环境配置

2.1 安装Ubuntu 20.04的几种方式和选择建议

装系统这一步，我试过三种方式：VMware虚拟机、双系统、纯物理机。虚拟机最安全，不影响原有系统，适合先试水；双系统性能好，但分区操作有风险；纯物理机最省事，但需要一台专门的机器。如果你只是学习仿真，VMware虚拟机足够了，分配4核CPU、8G内存、50G硬盘，跑Gazebo基本流畅。如果你要做硬件在环或者实际飞行，建议物理机。

安装的时候有个细节要注意：语言选英文，不要选中文。中文环境下很多路径会变成中文，后面编译PX4的时候容易出问题。时区选上海，键盘布局默认就行。分区的时候，如果是虚拟机，直接自动分区；如果是双系统，建议给/至少50G，/home单独分，swap给8G左右。

装完之后第一件事是换源。默认的源在国内下载速度很慢，换成清华或者阿里的镜像源，后面装ROS和PX4依赖会快很多。命令如下：

sudo cp /etc/apt/sources.list /etc/apt/sources.list.bak sudo sed -i 's/archive.ubuntu.com/mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/g' /etc/apt/sources.list sudo sed -i 's/security.ubuntu.com/mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/g' /etc/apt/sources.list sudo apt update sudo apt upgrade

换源之后更新一下系统，确保所有包都是最新的。这一步可能要几分钟，取决于网速。

2.2 中文输入法和常用工具的安装

虽然前面说系统语言选英文，但中文输入法还是要装的，不然写注释或者查资料的时候很麻烦。我习惯用搜狗输入法，安装步骤如下：

sudo apt install fcitx fcitx-config-gtk fcitx-googlepinyin

然后在系统设置里把输入法框架切换成fcitx，重启之后在fcitx配置里添加Google拼音。搜狗输入法也可以，但需要去官网下载deb包，安装后还要处理依赖问题，稍微麻烦一点。如果你不想折腾，Google拼音够用了。

另外几个常用工具建议一起装上：terminator（多窗口终端）、git、curl、wget、vim、htop。这些在后面编译和调试的时候都会用到。

sudo apt install terminator git curl wget vim htop net-tools

注意：如果你在虚拟机里，建议装一下VMware Tools或者open-vm-tools，这样剪贴板共享和文件拖拽会方便很多。命令是sudo apt install open-vm-tools-desktop。

2.3 环境变量配置的坑与正确做法

环境变量是这套环境里最容易出问题的地方。ROS、PX4、MAVROS都有自己的环境变量脚本，如果顺序不对或者重复source，会导致各种奇怪的错误。我的做法是：把所有环境变量配置都写进~/.bashrc，但要注意顺序。

ROS的环境变量要在PX4之前source，MAVROS的要在ROS之后。具体来说，~/.bashrc里应该有这样的顺序：

source /opt/ros/noetic/setup.bash source ~/catkin_ws/devel/setup.bash source ~/PX4-Autopilot/Tools/setup_gazebo.bash ~/PX4-Autopilot ~/PX4-Autopilot/build/px4_sitl_default export ROS_PACKAGE_PATH=$ROS_PACKAGE_PATH:~/PX4-Autopilot export ROS_PACKAGE_PATH=$ROS_PACKAGE_PATH:~/PX4-Autopilot/Tools/sitl_gazebo

这里有个细节：setup_gazebo.bash这个脚本在PX4 1.14之后的版本里路径可能变了，有些版本是Tools/simulation/gazebo-classic/setup_gazebo.bash。如果你source的时候提示文件不存在，先去Tools目录下找一下实际路径。

提示：每次修改~/.bashrc之后，记得source ~/.bashrc或者重新开一个终端。如果改错了导致终端打不开，可以用Ctrl+Alt+F3进入tty，用vim改回来。

3. ROS1 Noetic的安装与验证

3.1 添加ROS源和密钥的完整流程

ROS1 Noetic在Ubuntu 20.04上的安装不算复杂，但网络问题经常导致失败。我建议按下面的步骤来，每一步都确认成功再继续。

首先添加ROS的软件源和密钥：

sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list' sudo apt install curl curl -s https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.asc | sudo apt-key add - sudo apt update

如果curl那一步卡住或者报错，说明网络有问题，可以换成国内的ROS镜像源。比如清华的源：

sudo sh -c '. /etc/lsb-release && echo "deb http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ros/ubuntu/ `lsb_release -cs` main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'

密钥那一步如果失败，可以手动下载ros.asc文件然后sudo apt-key add ros.asc。总之这一步的目标是让sudo apt update不报错。

3.2 安装ROS桌面完整版和依赖

源配置好之后，安装ROS桌面完整版：

sudo apt install ros-noetic-desktop-full

这个包比较大，下载加安装可能要十几分钟。装完之后初始化rosdep：

sudo rosdep init rosdep update

rosdep init如果报错说文件已存在，说明之前装过，可以跳过。rosdep update如果超时，可以多试几次，或者配置一下rosdep的源。

然后安装一些常用的ROS包和编译工具：

sudo apt install python3-rosinstall python3-rosinstall-generator python3-wstool build-essential

最后在~/.bashrc里source ROS的环境：

echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrc source ~/.bashrc

验证安装是否成功，开一个终端运行roscore，如果看到started core service [/rosout]就说明ROS装好了。再开一个终端运行rosrun turtlesim turtlesim_node，如果弹出一个小乌龟的窗口，说明ROS桌面版也正常。

3.3 创建catkin工作空间和MAVROS的安装

MAVROS是ROS和PX4之间的桥梁，必须装在catkin工作空间里。先创建空间：

mkdir -p ~/catkin_ws/src cd ~/catkin_ws catkin_make source devel/setup.bash

然后安装MAVROS：

sudo apt install ros-noetic-mavros ros-noetic-mavros-extras

装完之后还要安装GeographicLib的数据集，否则MAVROS启动时会报错：

wget https://raw.githubusercontent.com/mavlink/mavros/master/mavros/scripts/install_geographiclib_datasets.sh sudo bash ./install_geographiclib_datasets.sh

这个脚本会下载一些地理数据，如果网络不好可能会失败，多试几次或者手动下载。

注意：MAVROS的版本要和ROS版本对应，Noetic对应的是ros-noetic-mavros。如果你用的是其他ROS版本，包名要相应调整。

4. PX4源码编译与仿真环境搭建

4.1 克隆PX4源码和子模块更新

PX4的源码在GitHub上，国内克隆速度可能很慢。我一般先用git clone，如果太慢就换成Gitee的镜像。命令如下：

cd ~ git clone https://github.com/PX4/PX4-Autopilot.git --recursive

--recursive会同时克隆子模块，这一步很关键，因为PX4依赖很多子模块。如果克隆过程中断了，可以进入目录后运行：

cd PX4-Autopilot git submodule update --init --recursive

如果你想要特定版本，比如1.14.3，可以先git tag看一下有哪些标签，然后git checkout v1.14.3。不过新手建议直接用master分支，社区支持最好。

4.2 安装PX4编译依赖和工具链

PX4提供了一个脚本来自动安装依赖：

cd ~/PX4-Autopilot bash ./Tools/setup/ubuntu.sh

这个脚本会安装gcc-arm-none-eabi、cmake、python3依赖等。运行完之后建议重启一下，确保所有环境变量生效。

如果脚本执行过程中报错，常见的原因是网络问题或者apt锁被占用。可以等一会儿再试，或者手动安装缺失的包。比如cmake版本不够，可以：

sudo apt install cmake cmake --version

Ubuntu 20.04自带的cmake是3.16，PX4要求3.10以上，所以够用。如果提示gcc-arm-none-eabi安装失败，可以单独装：

sudo apt install gcc-arm-none-eabi

4.3 编译PX4固件和启动Gazebo仿真

依赖装好之后，编译PX4的SITL版本：

cd ~/PX4-Autopilot make px4_sitl_default gazebo

第一次编译会比较久，大概十几分钟到半小时，取决于机器性能。编译成功后会启动Gazebo，里面有一架四旋翼模型。这时候你可以在PX4的终端里输入commander takeoff，无人机就会起飞。

如果Gazebo启动黑屏或者报错，常见原因是显卡驱动问题。虚拟机里可以试试export LIBGL_ALWAYS_SOFTWARE=1，用软件渲染。物理机的话，确保装了正确的NVIDIA或者AMD驱动。

提示：编译的时候如果报错说某个子模块缺失，运行git submodule update --init --recursive补上。如果报错说Python包缺失，用pip3 install装上。

5. MAVROS与PX4的联调与验证

5.1 启动MAVROS并连接PX4仿真

PX4仿真启动后，MAVROS可以通过UDP连接。先启动PX4的Gazebo仿真：

cd ~/PX4-Autopilot make px4_sitl_default gazebo

然后在另一个终端启动MAVROS：

roslaunch mavros px4.launch fcu_url:="udp://:14540@127.0.0.1:14557"

如果连接成功，你会看到MAVROS输出一些状态信息，比如FCU: PX4。这时候可以用rostopic list看一下有哪些话题，应该能看到/mavros/state、/mavros/local_position/pose等。

验证连接是否正常：

rostopic echo /mavros/state

如果看到connected: true，说明MAVROS和PX4已经通了。

5.2 用ROS话题控制无人机起飞和移动

连接成功之后，可以通过ROS话题发送指令。比如解锁电机：

rosservice call /mavros/cmd/arming "value: true"

然后切换到OFFBOARD模式：

rosservice call /mavros/set_mode "custom_mode: 'OFFBOARD'"

接着发布位置指令：

rostopic pub /mavros/setpoint_position/local geometry_msgs/PoseStamped "header: seq: 0 stamp: secs: 0 nsecs: 0 frame_id: '' pose: position: x: 0.0 y: 0.0 z: 2.0 orientation: x: 0.0 y: 0.0 z: 0.0 w: 1.0" -r 20

这个指令会让无人机飞到2米高度。注意-r 20是发布频率，OFFBOARD模式要求至少2Hz，20Hz比较稳。

5.3 常见连接失败的原因和排查方法

MAVROS连不上PX4是最常见的问题，我遇到过几次，原因各不相同。最常见的是端口不对。PX4默认的UDP端口是14540，MAVROS的fcu_url要写成udp://:14540@127.0.0.1:14557。如果你改了PX4的启动参数，端口可能不一样。

第二个原因是PX4还没完全启动。Gazebo启动后要等几秒钟，PX4的终端里出现INFO [commander] Ready for takeoff!之后再启动MAVROS。

第三个原因是环境变量没source。确保~/.bashrc里source了ROS和PX4的环境，并且新开的终端都生效了。

如果还是连不上，可以检查一下防火墙：

sudo ufw status

如果防火墙开着，临时关掉试试：sudo ufw disable。

6. 实操中踩过的坑和独家避坑技巧

6.1 环境变量污染导致的编译失败

我遇到过最头疼的问题是环境变量污染。有一次我在~/.bashrc里同时source了ROS和PX4的环境，结果编译PX4的时候报错说找不到某个ROS的库。原因是PX4的编译系统检测到了ROS的环境变量，误以为要编译ROS相关的模块。

解决办法是：编译PX4的时候，开一个干净的终端，不source ROS的环境。或者用env -i bash启动一个干净的环境。具体来说：

env -i HOME=$HOME DISPLAY=$DISPLAY PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin bash

然后在这个终端里编译PX4。这样虽然麻烦一点，但能避免很多奇怪的问题。

6.2 Gazebo模型下载慢和黑屏问题

Gazebo第一次启动时会下载很多模型，国内下载很慢，有时候会卡住。解决办法是提前下载模型库：

git clone https://github.com/osrf/gazebo_models.git ~/.gazebo/models

如果GitHub太慢，可以找国内的镜像。另外，Gazebo黑屏通常是显卡问题。虚拟机里可以试试：

export LIBGL_ALWAYS_SOFTWARE=1

然后重新启动Gazebo。物理机的话，确保装了正确的显卡驱动。NVIDIA显卡可以装nvidia-driver-470或者更新的版本。

6.3 MAVROS时间同步和消息频率问题

MAVROS连接PX4之后，有时候会报时间同步的警告。这是因为PX4和ROS的时间源不一致。可以在MAVROS的launch文件里加上<param name="time_sync" value="true"/>，或者忽略这个警告，一般不影响使用。

另一个问题是消息频率。OFFBOARD模式要求位置指令至少2Hz，如果发布频率太低，无人机会自动退出OFFBOARD模式。我一般用20Hz，比较稳。如果你用Python写节点，可以用rospy.Rate(20)来控制频率。

提示：如果你在仿真里测试，建议把/mavros/setpoint_position/local的发布频率设成20Hz以上，并且持续发布，不要停。一旦停止发布，无人机可能会掉高或者退出OFFBOARD。

6.4 虚拟机性能优化和USB设备直通

如果你在虚拟机里跑这套环境，性能优化很重要。首先给虚拟机分配足够的资源：4核CPU、8G内存、50G硬盘。其次，关闭虚拟机的3D加速，有时候反而更稳定。如果要用真实的飞控硬件，需要把USB设备直通给虚拟机。VMware里可以在虚拟机设置里添加USB控制器，然后把飞控插上，选择连接到虚拟机。

不过说实话，虚拟机里跑仿真可以，做硬件在环或者实际飞行还是建议物理机。USB直通有时候不稳定，飞控会掉线。

7. 后续扩展和二次开发方向

7.1 用Python写一个简单的Offboard控制节点

环境搭好之后，下一步就是写自己的控制节点。我一般用Python，因为开发快。下面是一个最简单的Offboard控制节点，让无人机起飞到2米然后悬停：

import rospy from geometry_msgs.msg import PoseStamped from mavros_msgs.msg import State from mavros_msgs.srv import CommandBool, SetMode current_state = State() def state_cb(msg): global current_state current_state = msg rospy.init_node('offboard_node', anonymous=True) state_sub = rospy.Subscriber('/mavros/state', State, state_cb) local_pos_pub = rospy.Publisher('/mavros/setpoint_position/local', PoseStamped, queue_size=10) arming_client = rospy.ServiceProxy('/mavros/cmd/arming', CommandBool) set_mode_client = rospy.ServiceProxy('/mavros/set_mode', SetMode) pose = PoseStamped() pose.pose.position.x = 0 pose.pose.position.y = 0 pose.pose.position.z = 2 rate = rospy.Rate(20) for i in range(100): local_pos_pub.publish(pose) rate.sleep() rospy.wait_for_service('/mavros/cmd/arming') rospy.wait_for_service('/mavros/set_mode') last_request = rospy.Time.now() while not rospy.is_shutdown(): if current_state.mode != "OFFBOARD" and (rospy.Time.now() - last_request > rospy.Duration(5.0)): set_mode_client(custom_mode="OFFBOARD") last_request = rospy.Time.now() else: if not current_state.armed and (rospy.Time.now() - last_request > rospy.Duration(5.0)): arming_client(True) last_request = rospy.Time.now() local_pos_pub.publish(pose) rate.sleep()

这个节点先发布100次位置指令，然后切换OFFBOARD模式并解锁。注意要先启动PX4仿真和MAVROS，再运行这个节点。

7.2 接入自己的控制算法和传感器数据

环境跑通之后，你可以接入自己的控制算法。比如用卡尔曼滤波做状态估计，或者用PID做位置控制。PX4本身有EKF2做状态估计，但如果你想用自己的算法，可以通过MAVROS订阅/mavros/local_position/pose和/mavros/imu/data，然后发布/mavros/setpoint_position/local或者/mavros/setpoint_raw/attitude。

如果你要做视觉导航，可以接入摄像头，用ROS的image_transport订阅图像，跑SLAM或者光流算法，然后把位置估计发给PX4。这部分内容比较多，后面可以单独写一篇。

7.3 从仿真到实飞的过渡注意事项

仿真跑通之后，下一步就是实飞。实飞之前有几个事情必须确认：第一，飞控的固件版本和仿真一致；第二，遥控器已经校准，并且设置了失控保护；第三，GPS和罗盘已经校准；第四，飞行场地开阔，没有干扰。

实飞的时候，先用遥控器手动飞一下，确认姿态控制正常。然后切换到Position模式，测试定点悬停。最后再测试OFFBOARD模式。OFFBOARD模式下，如果ROS节点挂了，飞控会自动切换到Position模式，所以不用担心失控。

注意：实飞有风险，第一次飞建议在空旷场地，并且有经验的人在场。不要一上来就测试OFFBOARD，先用遥控器飞几个起落，确认飞机状态正常。

8. 一些实用脚本和配置备份

8.1 一键启动仿真和MAVROS的脚本

每次开终端手动敲命令太麻烦，我写了一个脚本start_sim.sh：

#!/bin/bash cd ~/PX4-Autopilot make px4_sitl_default gazebo & sleep 10 cd ~/catkin_ws source devel/setup.bash roslaunch mavros px4.launch fcu_url:="udp://:14540@127.0.0.1:14557" & wait

保存后chmod +x start_sim.sh，以后直接运行这个脚本就行。注意sleep 10是等PX4启动，如果你的机器慢，可以改成15秒。

8.2 环境变量备份和恢复

环境变量改多了容易乱，我习惯把~/.bashrc备份一份：

cp ~/.bashrc ~/.bashrc.bak

如果改坏了，直接cp ~/.bashrc.bak ~/.bashrc恢复。另外，可以把ROS和PX4的环境变量单独写在一个文件里，比如~/.ros_px4_env，然后在~/.bashrc里source这个文件。这样管理起来更清晰。

8.3 常用调试命令速查表

这些命令我几乎每天都会用到，建议收藏。

9. 个人经验总结和最后几句

这套环境我从第一次装到现在，前后折腾了大概两周，中间重装过三次系统。最大的体会是：环境变量一定要干净，不要什么都往~/.bashrc里塞。另外，PX4的版本更新很快，不同版本的目录结构可能不一样，遇到问题先看官方文档和GitHub issue，大部分问题都有人遇到过。

如果你在虚拟机里跑，建议给足资源，不然Gazebo会很卡。如果要做实飞，一定要先仿真验证，不要直接上真机。最后，ROS1虽然现在逐渐被ROS2取代，但PX4的ROS1生态还是很成熟，短期内不会过时。先把这套跑通，后面转ROS2也会容易很多。

我在实际使用中发现，MAVROS的px4.launch文件里有很多参数可以调，比如fcu_url、gcs_url、target_system等。如果你有多架无人机，可以通过修改这些参数来区分。另外，PX4的日志文件在~/PX4-Autopilot/build/px4_sitl_default/rootfs/log下面，分析飞行数据的时候很有用。

最后再分享一个小技巧：如果你在编译PX4的时候遇到ccache相关的错误，可以sudo apt install ccache，然后make clean再重新编译。ccache可以加速重复编译，省很多时间。