已知物理尺寸的单目 AprilTag 在可见时能够给出带尺度的相机到标签位姿，足以完成开阔、低速、可视范围内的目标相对跟随。
IMU 与气压计仍然是 PX4 的常规飞行传感器。IMU 姿态还会在图像时刻参与刚体坐标变换，但这不是把视觉测量融合进 EKF。
CONTROL SIGNAL RAIL只传递目标相对量
camera optical下视图像Image + CameraInfo
apriltag_ros标签位姿ID / hamming / margin
body → NED姿态补偿外参 + timestamped attitude
outer loop受限 PDrelative position + rate
PX4 inner loop姿态 / 推力SET_ATTITUDE_TARGET
核心边界
Tag 告诉飞机“目标在哪”，PX4 负责“把飞机稳住”
它是目标相对视觉伺服，不是全局导航。这个边界决定了为什么不需要 LiDAR，也决定了失去 Tag 后不能宣称水平定点。
水平相对位置只来自 Tag
摄像头看不到标签时，系统没有新的水平位置观测。
PX4 内环保持原样
外环只发送姿态与推力设定值，不重造姿态控制器。
车顶朝上的单个 Tag
脚本轨迹和键盘控制共用同一个差速小车模型。
图形化运行
先让它飞起来，再决定要读多少公式
完整运行时保存在项目目录内。默认命令同时打开 Gazebo 3D 世界与紧凑的 AprilTag 标注相机窗口，结束后自动下降、disarm 和清理。
Ubuntu desktop terminal
$ git clone https://github.com/albert17github/\ PX4-AprilTag-Follow-Demo.git $ cd PX4-AprilTag-Follow-Demo $ ./setup.sh $ ./demo.sh
首次构建需要约 20 GiB 可用空间。虚拟机里的 Gazebo 窗口可能需要 30–90 秒出现。
也可以自己开小车
运行 ./demo.sh --keyboard，保持终端焦点并按住运动键。前进方向始终以小车橙色车头为准；0.4 秒未续按会自动停车。
W / ↑沿车头前进
S / ↓沿车尾后退
A D / ← →原地左右转
Q结束并正常降落
姿态反解
摄像头会跟着机身倾斜，所以测量必须回到重力坐标
控制器按图像曝光时刻配对 PX4 姿态，而不是使用检测回调到达时的“最新姿态”。这避免把渲染、桥接和检测延迟误认为目标移动。
相机系标签位姿
apriltag_ros 使用图像、内参与已知标签尺寸计算 6DoF pose。
固定相机外参
把 optical 轴转换到 PX4 body FRD，并只应用一次相机平移。
图像时刻姿态
从姿态缓冲进行 SLERP，将倾斜机体系相对向量旋转到重力对齐坐标。
受限相对外环
PD、低通、加速度和 8° 倾角限制共同生成姿态与推力。
补偿不是“减去倾角”，而是完整刚体变换
camera pose C_T_tag(tᵢ)
camera extrinsic B_T_C
body vector B_p_tag = trans(B_T_C · C_T_tag)
attitude N_R_B(tᵢ) = SLERP(buffer, tᵢ)
compensated N_p_tag = N_R_B(tᵢ) · B_p_tag
末端样本无法被姿态时间包围、时间差过大或图像过期时，测量会被明确拒绝，不会盲目拼接。
Tag pose/quality、源图像时间戳、CameraInfo、相机外参、PX4 attitude/state 和气压高度。
Gazebo truth、GPS/local position、LiDAR odometry、SLAM pose 或 optical-flow position。
飞行证据
不是只展示“能飞”，还要证明控制输入没有越界
正式移动目标运行持续 120 秒。视觉误差与只读 Gazebo truth evaluator 的评分相互接近；evaluator 没有 publication，真值没有形成控制回路。
| 验证场景 | 条件 | 正式结果 |
|---|---|---|
| 静态检测 | 1–3 m、偏移、不同 yaw | 5/5 · 100% valid · hamming 0 |
| 姿态补偿 | roll/pitch ±15° | RMSE 0.459 m → 0.000957 m |
| 静止 Tag 飞行 | 连续 60 秒 | XY RMS 0.096 m · p95 0.227 m |
| 移动目标跟随 | 0.5 m/s · 120 秒 | visual RMS 0.319 m · p95 0.560 m |
| 独立真值评分 | 同一移动运行，只读 | truth RMS 0.324 m · p95 0.574 m |
| 键盘控制 | WASD / arrows / deadman | PASS · final armed=false |
图片 SHA256 可在 assets/SHA256SUMS 复核。完整运行编号与机器可读指标：reports/status.json
丢标处理
看不见 Tag 时，不把“没有观测”包装成“位置保持”
丢标后的目标是先消除危险水平追逐，再给识别恢复留出时间。只有持续丢标达到 10 秒才锁存下降；落地后也不会立即退出。
进入 SHORT_LOSS
保留短时恢复机会，所有新测量仍需重新通过质量和时效门控。
快速衰减追逐指令
不继续追逐最后一个目标速度，避免丢标后加速飞离。
水平回正，保持气压高度
气压计只提供竖直安全信号；系统不宣称水平位置保持。
锁存受控下降
正式测试在 9.94 秒离散周期触发，下降后重新识别也不会取消落地。
零推力后退出
确认落地与 disarm，再保持零推力 3 秒并清理项目进程。
范围限制：当前实现从小车旁边起飞并降落到地面，不实现向移动小车车顶精准降落。该功能需要新的近地视觉、碰撞和安全验证。
开发者入口
需要运行、理解或修改时，从对应文档直接进入
公开仓库只保留复现、架构、验证和维护需要的内容；本机运行时、原始日志与内部工作记录不进入 Git。
上游依据：AprilTag 3 · apriltag_ros · PX4 Offboard · Gazebo Harmonic ROS 2 integration