一、應(yīng)用背景

無(wú)人機(jī)(UAV)在商業(yè)、農(nóng)業(yè)、物流、航拍、搜索與救援等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。無(wú)人駕駛系統(tǒng)日趨成熟，法規(guī)也在逐步完善以確保安全和隱私。同時(shí)，電池續(xù)航能力、自主飛行技術(shù)和數(shù)據(jù)處理能力都在不斷提高，但這些新形式的設(shè)備帶來(lái)了獨(dú)特的定位、安全性和穩(wěn)健性挑戰(zhàn)。無(wú)人機(jī)依賴于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）來(lái)實(shí)現(xiàn)精確的位置、航向控制和導(dǎo)航，因此在研發(fā)、調(diào)試和性能驗(yàn)證階段，模擬器扮演了至關(guān)重要的角色。

二、無(wú)人機(jī)GNSS測(cè)試內(nèi)容

GNSS模擬器能夠精確地復(fù)制衛(wèi)星信號(hào)，幫助相關(guān)工程師與研發(fā)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)測(cè)試與驗(yàn)證，提高飛行效率和安全性，從而推動(dòng)無(wú)人航空技術(shù)的發(fā)展。在考慮無(wú)人機(jī)的GNSS定位功能測(cè)試時(shí)，主要有以下幾個(gè)方面：

1.定位精度驗(yàn)證

對(duì)于民用的業(yè)余級(jí)別無(wú)人機(jī)，精確定位可能是非必要的；然而，救援、公共安全、應(yīng)急通信等領(lǐng)域的專業(yè)無(wú)人機(jī)，確保亞米級(jí)精度才能保證精確作業(yè)；而商業(yè)無(wú)人機(jī)（快遞、航拍等）則依賴高精度定位，執(zhí)行預(yù)設(shè)路徑，即時(shí)調(diào)整，準(zhǔn)時(shí)送達(dá)，并具備應(yīng)急反應(yīng)能力。

要求GNSS模擬器在不同的應(yīng)用與需求下通過(guò)設(shè)置不同的定位精度，測(cè)試員可以檢查無(wú)人機(jī)的定位算法是否能在預(yù)期范圍內(nèi)保持準(zhǔn)確性。以下是一組常用于無(wú)人機(jī)GNSS測(cè)試的項(xiàng)目：

2.動(dòng)態(tài)性能測(cè)試

對(duì)于地面接收終端來(lái)講，他的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一般是2D或3D的，且信號(hào)在一定區(qū)域內(nèi)較為穩(wěn)定的，但是對(duì)無(wú)人機(jī)而言，其需要在三維空間中有穩(wěn)定的位置，保持高度和位置外，還需要考慮姿態(tài)（橫滾、俯仰、偏航），以檢查典型運(yùn)動(dòng)是否會(huì)影響GNSS 信號(hào)接收。此外，無(wú)人機(jī)還需要考慮天線的位置與類型，需要驗(yàn)證無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)是否會(huì)對(duì)天線的接收性能產(chǎn)生影響。

因此GNSS模擬器需要能模擬不同的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景與狀態(tài)，并模擬機(jī)身姿態(tài)對(duì)天線的性能影響，以驗(yàn)證無(wú)人機(jī)的航向控制、姿態(tài)調(diào)整以及避障能力。

3.干擾抵抗測(cè)試

GNSS信號(hào)傳輸上萬(wàn)公里，其信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)較低（一般只有-130dBm，約10^-17W），它們極易受到各種干擾，無(wú)論是蜂窩無(wú)線電信號(hào)、電力系統(tǒng)的無(wú)線信號(hào)，或者人造設(shè)備故意的干擾都可能是定位失效導(dǎo)致失控。因此無(wú)人機(jī)制造商需要測(cè)試接收器如何應(yīng)對(duì)各種干擾類型。

在實(shí)際環(huán)境中，可能由于天氣、建筑物遮擋等原因?qū)е滦盘?hào)干擾，GNSS模擬器可以在受控環(huán)境下重現(xiàn)這些條件，幫助測(cè)試人員評(píng)估無(wú)人機(jī)在不同GNSS信號(hào)質(zhì)量下的表現(xiàn)，幫助測(cè)試無(wú)人機(jī)對(duì)電磁干擾、多徑效應(yīng)等的抵抗能力。

GNSS模擬器可以模擬GNSS信號(hào)丟失或者虛假數(shù)據(jù)輸入的情況，以便測(cè)試無(wú)人機(jī)在失去定位信息時(shí)的應(yīng)急反應(yīng)和自主導(dǎo)航能力。

4.法律合規(guī)性測(cè)試

作為新興的技術(shù)產(chǎn)物，無(wú)人機(jī)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）性能在國(guó)際范圍內(nèi)受到了嚴(yán)格的監(jiān)管要求。為了確保產(chǎn)品的高質(zhì)量和合規(guī)性，仿真技術(shù)扮演了至關(guān)重要的角色。在實(shí)驗(yàn)室中模擬和測(cè)試此類場(chǎng)景，模擬不同地區(qū)的空中交通管理規(guī)則，將確保任何內(nèi)置合規(guī)功能在真實(shí)世界也能正常工作，確保無(wú)人機(jī)合規(guī)性，并確保防止無(wú)意間侵犯他人權(quán)益，包括安全邊界和隱私空間。

三、GNSS模擬器測(cè)試優(yōu)勢(shì)

無(wú)人機(jī)的GNSS接收器想要高效、快速的進(jìn)行上述測(cè)試，需要能夠以可重復(fù)、經(jīng)濟(jì)且高效的方式測(cè)試整個(gè)場(chǎng)景。但是如果僅僅依靠現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試是不可能做到這一點(diǎn)的，要測(cè)試所有場(chǎng)景，我們需要建立一套全面的GNSS模擬手段。GNSS模擬器在無(wú)人機(jī)測(cè)試領(lǐng)域是十分廣泛的，幾乎所有的無(wú)人機(jī)制造商和研究機(jī)構(gòu)都會(huì)在其產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中使用這種工具，以保證產(chǎn)品的可靠性和安全性。

GNSS模擬器可以提供豐富的測(cè)試手段實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的研發(fā)、生產(chǎn)、測(cè)試全階段保障：

1.自動(dòng)化測(cè)試

德思特提供的GNSS模擬器提供了Skydel軟件內(nèi)的高效場(chǎng)景構(gòu)建與調(diào)整功能，用戶可以輕松定制各種校準(zhǔn)場(chǎng)景，如靈敏度校準(zhǔn)、定位精度校準(zhǔn)、速度測(cè)量誤差校準(zhǔn)以及里程記錄準(zhǔn)確性的驗(yàn)證，所有過(guò)程都伴隨著即時(shí)的仿真結(jié)果反饋。

結(jié)合自研自動(dòng)化測(cè)試與報(bào)告生成平臺(tái)AutoTest，可根據(jù)既定的測(cè)試參數(shù)和策略，快速配置模型并導(dǎo)入自定義測(cè)試案例，創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)化的自動(dòng)化測(cè)試流程，允許直接調(diào)用相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試流程并一鍵生成測(cè)試場(chǎng)景，一鍵完成配置測(cè)試并且生成報(bào)表，極大簡(jiǎn)化測(cè)試工作量，提升工作效率。

2.場(chǎng)景化測(cè)試

GNSS模擬器允許用戶可以對(duì)從衛(wèi)星到傳輸環(huán)境再到接收終端的全面場(chǎng)景控制。

針對(duì)衛(wèi)星與星座，允許用戶修改編輯星座信息、衛(wèi)星信息、頻點(diǎn)信息、日期信息、時(shí)間信息等等，以實(shí)現(xiàn)對(duì)單頻、多頻、閏秒等不同條件下的嚴(yán)格測(cè)試

在空間傳播路徑上，GNSS模擬方式允許對(duì)電離層誤差、對(duì)流層誤差、宇宙閃爍、折射散射進(jìn)行自定義編輯，以實(shí)現(xiàn)對(duì)極端環(huán)境或純凈環(huán)境需求的測(cè)試

允許用戶對(duì)近地環(huán)境中的信號(hào)可見性、信號(hào)誤差、多徑效應(yīng)、大氣損耗等做編輯與控制，以實(shí)現(xiàn)針對(duì)城市、峽谷、平原等不同無(wú)線環(huán)境下的測(cè)試還原性

可以預(yù)先或?qū)崟r(shí)定義預(yù)期中的接收終端狀態(tài)，自定義載具類型、姿態(tài)、速度、天線類型與增益、運(yùn)行路徑等等，以實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的結(jié)果對(duì)比或更靈活的反饋調(diào)用等。

因此借助GNSS模擬器可以創(chuàng)建自定義的大氣與環(huán)境場(chǎng)景、根據(jù)測(cè)試需求建立自定義場(chǎng)景軌跡，在測(cè)試中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)姿態(tài)控制、變化以及錯(cuò)誤注入，并模擬一些真實(shí)環(huán)境下高危或極端的狀態(tài)，因此可以完整靈活的實(shí)現(xiàn)起飛、飛行路徑和著陸的全過(guò)程測(cè)試。并可以與其他硬件聯(lián)合組成測(cè)試臺(tái)架，進(jìn)行重復(fù)、自主、可控、安全的無(wú)人機(jī)性能測(cè)試，如無(wú)人機(jī)姿態(tài)風(fēng)洞測(cè)試、RTK閉環(huán)測(cè)試等。

3.多實(shí)例測(cè)試

無(wú)人機(jī)測(cè)試中，我們還會(huì)關(guān)注無(wú)人機(jī)如何在復(fù)數(shù)無(wú)人機(jī)編隊(duì)內(nèi)是如何交互的，亦或者無(wú)人機(jī)如果依賴于多天線進(jìn)行航向與姿態(tài)確認(rèn)，那又該如何利用GNSS模擬完成測(cè)試？

德思特提供的GNSS模擬器提供了市場(chǎng)上大多數(shù)模擬器所不具備的——多實(shí)例（MULTI）功能。從一個(gè)主Skydel實(shí)例，可以控制運(yùn)行在同一硬件上的幾個(gè)Skydel從屬實(shí)例，每個(gè)實(shí)例代表一個(gè)獨(dú)立的軌跡、車輛或天線。

它們運(yùn)行在相同的硬件上，GSG-8 Gen2也提前為您解決了時(shí)間同步等令人頭痛的問(wèn)題，GSG-8 Gen2自身提供了誤差只有18ns的同步機(jī)制，滿足大量需要高精時(shí)間同步的需求。

因此德思特提供的GNSS模擬器允許支持向同一無(wú)人機(jī)上的兩根天線提供單獨(dú)的GNSS信號(hào)，并支持通過(guò)軟件直接控制天線位置與角度，針對(duì)多天線應(yīng)用快速構(gòu)建測(cè)試方案；還支持獨(dú)立的軌跡仿真，在同一個(gè)硬件內(nèi)同時(shí)模擬多個(gè)無(wú)人機(jī)的單獨(dú)軌跡，從而進(jìn)行無(wú)人機(jī)編隊(duì)、接近預(yù)警、避免碰撞等類型的測(cè)試。通過(guò)Skydel GUI界面可以一鍵同步場(chǎng)景、信號(hào)、車輛、天線位置等信息，無(wú)需重復(fù)設(shè)置。

四、總結(jié)

GNSS模擬器在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的作用顯著。GNSS模擬器能夠精確地復(fù)制衛(wèi)星信號(hào)，幫助研發(fā)團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下驗(yàn)證無(wú)人機(jī)的自主飛行控制系統(tǒng)；支持高度自動(dòng)化，極大簡(jiǎn)化測(cè)試工作量，提升工作效率；允許構(gòu)建自定場(chǎng)景，完整靈活的實(shí)現(xiàn)起飛、飛行路徑和著陸的全過(guò)程測(cè)試；此外德思特GNSS模擬器獨(dú)一無(wú)二的支持多實(shí)例仿真用于支持多無(wú)人機(jī)場(chǎng)景應(yīng)用測(cè)試。

利用GNSS模擬器，有效測(cè)試您的合規(guī)性、動(dòng)態(tài)性、準(zhǔn)確性和干擾挑戰(zhàn)！

審核編輯 黃宇