MAVSDK 无人机 NED 坐标系与 Offboard 控制要点

Summary

MAVSDK Python 中无人机 NED（北-东-下）坐标系统的正确用法，包括数据源选择、坐标转换、以及 offboard 模式到达判定的关键注意事项。

NED 坐标系基础

定义

• North: 向北为正（相对 Home 点）
• East: 向东为正（相对 Home 点）
• Down: 向下为正（正=低于 Home 点，负=高于 Home 点）
• Yaw: 0°=正北，90°=正东，180°=正南，270°=正西（-90°=正西）

重要概念

Down 轴方向容易混淆：

• down > 0：在 Home 点下方（下降方向）
• down < 0：在 Home 点上方（上升方向）
• offboard_position_tool 中 delta_down > 0 表示下降，delta_down < 0 表示上升

正确数据源选择

telemetry.position_velocity_ned()

返回 NED 坐标：

• position.north_m：北偏移
• position.east_m：东偏移
• position.down_m：下偏移

注意：此流不包含 altitude 信息。

telemetry.position()

返回 GPS 坐标：

• latitude_deg
• longitude_deg
• absolute_altitude_m（MSL 海拔高度）
• relative_altitude_m（相对地面高度）

注意：此对象不包含 NED 坐标，不能用于 north/east/down 读取。

telemetry.attitude_euler()

返回姿态角：

• yaw_deg：朝向角
• pitch_deg：俯仰角
• roll_deg：横滚角

Offboard 模式要点

启动前必须注册 setpoint

# 启动前先发送当前坐标作为注册信号
await drone_inst.offboard.set_position_ned(
    PositionNedYaw(current_north, current_east, current_down, current_yaw)
)
await drone_inst.offboard.start()

否则飞控拒绝进入 offboard 模式，报错 NO_SETPOINT_SET。

到达判定（位置 + Yaw）

pos_dist = ((cn - target_north)**2 + (ce - target_east)**2 + (cd - target_down)**2)**0.5
yaw_diff = abs((cy - target_yaw + 180) % 360 - 180)  # 归一化到 [-180, 180]
if pos_dist <= 0.2 and yaw_diff <= 2.0:
    arrived = True

• 位置容差：±0.2m
• Yaw 容差：±2°
• Yaw 角度差必须归一化处理（-180° 到 180° 范围），否则跨越 0°/360° 边界时计算错误

停止 Offboard

停止前先发送位置保持信号，否则飞控切换到 HOLD 模式时可能漂移：

for _ in range(5):
    await drone_inst.offboard.set_position_ned(
        PositionNedYaw(current_north, current_east, current_down, 0)
    )
    await asyncio.sleep(0.1)
await drone_inst.offboard.stop()

常见错误

错误 1：用 telemetry.position() 获取 NED 坐标

telemetry.position() 返回的 Position 对象没有 north_m/east_m/down_m 属性，只有 GPS 坐标。

错误 2：down 轴方向混淆

NED 的 down 为正表示下降，与”高度越高数值越大”的直觉相反。

错误 3：Yaw 归一化缺失

直接计算 cy - target_yaw 可能得到 350° 的差值（实际只差 10°）。

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