追猎 - UAV Interceptor System

基于阿木实验室 P600 无人机的飞行物实时检测、跟踪、预测与拦截系统。

系统架构

相机 → YOLO检测 → ByteTrack跟踪 → 轨迹记录/预测 → 意图分析 → 拦截规划
                                        ↓                       ↓
                                   安全保护(监控)           飞行控制 → PX4
                                        ↓
                         FastAPI Gateway → React + Cesium (地面站)
                         FastAPI Gateway → QGroundControl (MAVLink共享)

技术栈

组件	技术
飞控	PX4 Autopilot
仿真	Prometheus + Gazebo + PX4 SITL
后端	Python + ROS2 Humble
检测	YOLOv8 + TensorRT
跟踪	ByteTrack
预测	EKF + LSTM
前端	React 18 + CesiumJS
通信	MAVLink + WebSocket

项目结构

D:\UAV-Interceptor\
├── src/
│   ├── ros2/uav_interceptor/     # 7个ROS2节点
│   │   ├── detection_node.py     # YOLO飞行物检测
│   │   ├── tracking_node.py      # ByteTrack多目标跟踪
│   │   ├── trajectory_node.py    # 3D轨迹记录+EKF预测
│   │   ├── intent_node.py        # 飞行意图语义分析
│   │   ├── intercept_node.py     # RRT*+APF拦截规划
│   │   ├── control_node.py       # 飞行状态机控制
│   │   ├── safety_node.py        # 多重安全保护
│   │   └── adapters/             # Prometheus/MAVSDK适配器
│   ├── gateway/                  # FastAPI网关
│   └── frontend/                 # React+Cesium地面站
├── config/                       # 配置文件
├── simulation/                   # 仿真环境配置
├── tests/                        # 单元测试(7个)
└── scripts/                      # 启动/部署脚本

快速开始

1. 仿真模式（Windows/Ubuntu）

# 安装依赖
pip install -r requirements.txt

# 启动网关（仿真模式，无需PX4）
python scripts/start_gateway.py --simulate

# 另一个终端启动前端
cd src/frontend
npm install
npm run dev

访问 http://localhost:3000 打开地面站。

2. Prometheus仿真（Ubuntu + ROS2）

# 搭建仿真环境
cd simulation
chmod +x setup_simulation.sh
./setup_simulation.sh

# 启动PX4 SITL + Gazebo + MAVROS
./start_sim.sh

# 另一个终端启动拦截系统
source /opt/ros/humble/setup.bash
ros2 launch uav_interceptor interceptor.launch.py

# 启动地面站网关
python scripts/start_gateway.py --mavlink "udp://:14540"

QGroundControl 连接 UDP 端口 14550 即可同时查看飞控数据。

3. 真机部署（P600）

# 部署到机载电脑
./scripts/deploy_to_drone.sh 192.168.1.100 "serial:///dev/ttyUSB0:921600"

4. 运行测试

python tests/test_detection.py    # 检测模块
python tests/test_tracking.py     # 跟踪模块
python tests/test_trajectory.py   # 轨迹模块
python tests/test_intent.py       # 意图分析
python tests/test_intercept.py    # 拦截规划
python tests/test_safety.py       # 安全保护
python tests/test_control.py      # 飞行控制

QGroundControl集成

系统通过 MAVLink UDP 多播实现 QGC 集成：

PX4 (UDP:14540)
  ├─► QGroundControl (UDP:14550) — 独立运行
  └─► FastAPI Gateway (UDP:14540 + WebSocket)
       └─► React前端 — 地图+视频+控制

• QGC 和前端同时接收飞控数据
• QGC 保持完整地面站功能（参数调整、日志下载等）
• 前端专注态势显示和任务控制

功能模块

功能	描述	节点
飞行物实时检测	YOLOv8目标检测，20-30FPS	detection_node
多目标跟踪	ByteTrack，持久ID，3D定位	tracking_node
三维轨迹记录	环形缓冲区，SQLite持久化	trajectory_node
轨迹预测	EKF短期+LSTM中期	trajectory_node
意图分析	规则引擎分类6种意图	intent_node
拦截规划	RRT*全局+APF局部避障	intercept_node
自主控制	状态机管理飞行阶段	control_node
安全保护	地理围栏/电量/碰撞/超时	safety_node

开源参考

• Prometheus - 阿木实验室无人机自主飞行框架
• PX4-Autopilot - PX4飞控
• MAVSDK-Python - MAVLink SDK
• Ultralytics YOLO - YOLO目标检测
• SpireCV - 阿木实验室视觉SDK