# virtual-drone

**Repository Path**: airy_wang/virtual-drone

## Basic Information

- **Project Name**: virtual-drone
- **Description**: 虚拟无人机项目 - AI团队协作开发
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 0
- **Created**: 2026-03-19
- **Last Updated**: 2026-03-20

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# 虚拟无人机模拟器 (Virtual Drone Simulator)

基于Python实现的高保真无人机飞行模拟器，包含完整的动力学模型、传感器模拟、控制算法和任务规划功能。

## 功能特性

### 1. 飞行动力学模型
- 四旋翼无人机动力学建模
- 3D刚体运动仿真
- 重力、推力、空气阻力等物理效应
- 基于四元数的姿态表示

### 2. 传感器系统
- **IMU模拟器**: 陀螺仪和加速度计，含噪声和零偏漂移
- **GPS模拟器**: 位置和速度测量，含高斯噪声
- **气压计模拟器**: 高度测量，含温度补偿
- **传感器融合**: 互补滤波算法

### 3. 控制系统
- **PID控制器**: 三轴姿态和位置控制
- **级联控制**: 位置-姿态级联控制架构
- **飞行模式**: 自动、手动、引导等多种模式

### 4. 导航与任务
- **A*路径规划**: 3D空间路径搜索算法
- **航点管理**: 任务规划和航点序列管理
- **多种航点类型**: 导航、盘旋、起飞、着陆等

### 5. 飞行状态管理
- **状态机**: 完整的飞行状态管理
- **安全机制**: 多重安全检查和保护功能
- **故障处理**: 传感器故障和应急处理

## 项目结构

```
virtual-drone/
├── src/
│   ├── utils/           # 工具函数
│   │   ├── math3d.py    # 3D数学运算
│   │   └── coordinate.py # 坐标转换
│   ├── physics/         # 物理模型
│   │   └── dynamics.py  # 飞行动力学
│   ├── sensors/         # 传感器模拟
│   │   ├── imu.py       # IMU模拟器
│   │   ├── gps.py       # GPS模拟器
│   │   ├── barometer.py # 气压计模拟器
│   │   └── sensor_fusion.py # 传感器融合
│   ├── core/            # 核心功能
│   │   ├── pid_controller.py    # PID控制器
│   │   ├── state_machine.py     # 飞行状态机
│   │   └── flight_controller.py # 主飞控逻辑
│   └── navigation/      # 导航功能
│       ├── path_planner.py      # A*路径规划
│       └── waypoint_manager.py  # 航点管理
├── scripts/             # 脚本
│   └── simulate.py      # 模拟器入口
├── config/              # 配置文件
│   └── default.yaml     # 默认配置
├── tests/               # 测试代码
│   ├── test_flight_controller.py
│   └── test_sensors.py
└── requirements.txt     # 依赖包
```

## 快速开始

### 1. 安装依赖

```bash
pip install -r requirements.txt
```

### 2. 运行模拟器

```bash
python scripts/simulate.py
```

### 3. 命令行选项

```bash
python scripts/simulate.py --help
```

常用选项：
- `--config`: 指定配置文件
- `--rate`: 设置仿真更新频率 (Hz)
- `--headless`: 无头模式运行
- `--log`: 指定日志目录
- `--mission-file`: 加载任务文件

## 使用示例

### 基本使用

```python
from src.core.flight_controller import FlightController
from src.core.state_machine import FlightState

# 创建飞行控制器
fc = FlightController()

# 设置初始状态
fc.set_initial_state(
    position=[0, 0, 0],
    velocity=[0, 0, 0]
)

# 解锁并起飞
fc.state_machine.request_arm(True)
fc.controller.update_position_setpoint(0, 0, 10)  # 飞到10米高度

# 运行控制循环
while True:
    result = fc.run_control_loop()
    # 处理结果...
```

### 航点任务

```python
from src.navigation.waypoint_manager import WaypointManager, Waypoint, WaypointType

# 创建航点管理器
wm = WaypointManager()

# 添加航点
waypoints = [
    Waypoint(0, 0, 10, WaypointType.TAKEOFF),
    Waypoint(10, 0, 10, WaypointType.NAV),
    Waypoint(10, 10, 15, WaypointType.NAV),
    Waypoint(0, 0, 10, WaypointType.LAND)
]

wm.set_waypoints(waypoints)
wm.start_mission()
```

## 配置说明

主要配置参数位于 `config/default.yaml`，包括：
- 无人机物理参数（质量、推力等）
- 传感器噪声参数
- 控制器增益参数
- 仿真参数
- 安全限制参数

## 测试

运行单元测试：

```bash
python -m pytest tests/
```

或单独运行测试文件：

```bash
python tests/test_flight_controller.py
python tests/test_sensors.py
```

## 许可证

MIT License