一、應(yīng)用背景

無人機(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，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)備帶來了獨(dú)特的定位、安全性和穩(wěn)健性挑戰(zhàn)。無人機(jī)依賴于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）來實(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、無人機(jī)GNSS測試內(nèi)容

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

1.定位精度驗(yàn)證

對于民用的業(yè)余級別無人機(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)無人機(jī)，確保亞米級精度才能保證精確作業(yè)；而商業(yè)無人機(jī)（快遞、航拍等）則依賴高精度定位，執(zhí)行預(yù)設(shè)路徑，即時調(diào)整，準(zhǔn)時送達(dá)，并具備應(yīng)急反應(yīng)能力。

要求GNSS模擬器在不同的應(yīng)用與需求下通過設(shè)置不同的定位精度，測試員可以檢查無人機(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人機(jī)GNSS測試的項(xiàng)目：

2.動態(tài)性能測試

對于地面接收終端來講，他的運(yùn)動狀態(tài)一般是2D或3D的，且信號在一定區(qū)域內(nèi)較為穩(wěn)定的，但是對無人機(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)動是否會影響GNSS 信號接收。此外，無人機(jī)還需要考慮天線的位置與類型，需要驗(yàn)證無人機(jī)運(yùn)動是否會對天線的接收性能產(chǎn)生影響。

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

3.干擾抵抗測試

GNSS信號傳輸上萬公里，其信號強(qiáng)度相對較低（一般只有-130dBm，約10^-17W），它們極易受到各種干擾，無論是蜂窩無線電信號、電力系統(tǒng)的無線信號，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。因此無人機(jī)制造商需要測試接收器如何應(yīng)對各種干擾類型。

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

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

4.法律合規(guī)性測試

作為新興的技術(shù)產(chǎn)物，無人機(jī)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）性能在國際范圍內(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)室中模擬和測試此類場景，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，確保無人機(jī)合規(guī)性，并確保防止無意間侵犯他人權(quán)益，包括安全邊界和隱私空間。

三、GNSS模擬器測試優(yōu)勢

無人機(jī)的GNSS接收器想要高效、快速的進(jìn)行上述測試，需要能夠以可重復(fù)、經(jīng)濟(jì)且高效的方式測試整個場景。但是如果僅僅依靠現(xiàn)場測試是不可能做到這一點(diǎn)的，要測試所有場景，我們需要建立一套全面的GNSS模擬手段。GNSS模擬器在無人機(jī)測試領(lǐng)域是十分廣泛的，幾乎所有的無人機(jī)制造商和研究機(jī)構(gòu)都會在其產(chǎn)品開發(fā)過程中使用這種工具，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試手段實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的研發(fā)、生產(chǎn)、測試全階段保障：

1.自動化測試

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

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

2.場景化測試

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

針對衛(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、時間信息等等，以實(shí)現(xiàn)對單頻、多頻、閏秒等不同條件下的嚴(yán)格測試

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

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

可以預(yù)先或?qū)崟r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)境場景、根據(jù)測試需求建立自定義場景軌跡，在測試中實(shí)現(xiàn)實(shí)時姿態(tài)控制、變化以及錯誤注入，并模擬一些真實(shí)環(huán)境下高?；驑O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程測試。并可以與其他硬件聯(lián)合組成測試臺架，進(jìn)行重復(fù)、自主、可控、安全的無人機(jī)性能測試，如無人機(jī)姿態(tài)風(fēng)洞測試、RTK閉環(huán)測試等。

3.多實(shí)例測試

無人機(jī)測試中，我們還會關(guān)注無人機(jī)如何在復(fù)數(shù)無人機(jī)編隊(duì)內(nèi)是如何交互的，亦或者無人機(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模擬完成測試？

德思特提供的GNSS模擬器提供了市場上大多數(shù)模擬器所不具備的——多實(shí)例（MULTI）功能。從一個主Skydel實(shí)例，可以控制運(yùn)行在同一硬件上的幾個Skydel從屬實(shí)例，每個實(shí)例代表一個獨(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間同步等令人頭痛的問題，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人機(jī)上的兩根天線提供單獨(dú)的GNSS信號，并支持通過軟件直接控制天線位置與角度，針對多天線應(yīng)用快速構(gòu)建測試方案；還支持獨(dú)立的軌跡仿真，在同一個硬件內(nèi)同時模擬多個無人機(jī)的單獨(dú)軌跡，從而進(jìn)行無人機(jī)編隊(duì)、接近預(yù)警、避免碰撞等類型的測試。通過Skydel GUI界面可以一鍵同步場景、信號、車輛、天線位置等信息，無需重復(fù)設(shè)置。

四、總結(jié)

GNSS模擬器在無人機(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，幫助研發(fā)團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下驗(yàn)證無人機(jī)的自主飛行控制系統(tǒng)；支持高度自動化，極大簡化測試工作量，提升工作效率；允許構(gòu)建自定場景，完整靈活的實(shí)現(xiàn)起飛、飛行路徑和著陸的全過程測試；此外德思特GNSS模擬器獨(dú)一無二的支持多實(shí)例仿真用于支持多無人機(jī)場景應(yīng)用測試。

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

審核編輯 黃宇