一、應用背景

無人機(UAV)在商業(yè)、農業(yè)、物流、航拍、搜索與救援等領域得到廣泛應用。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、自主飛行技術和數(shù)據(jù)處理能力都在不斷提高，但這些新形式的設備帶來了獨特的定位、安全性和穩(wěn)健性挑戰(zhàn)。無人機依賴于全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）來實現(xiàn)精確的位置、航向控制和導航，因此在研發(fā)、調試和性能驗證階段，模擬器扮演了至關重要的角色。

二、無人機GNSS測試內容

GNSS模擬器能夠精確地復制衛(wèi)星信號，幫助相關工程師與研發(fā)團隊實現(xiàn)測試與驗證，提高飛行效率和安全性，從而推動無人航空技術的發(fā)展。在考慮無人機的GNSS定位功能測試時，主要有以下幾個方面：

1.定位精度驗證

對于民用的業(yè)余級別無人機，精確定位可能是非必要的；然而，救援、公共安全、應急通信等領域的專業(yè)無人機，確保亞米級精度才能保證精確作業(yè)；而商業(yè)無人機（快遞、航拍等）則依賴高精度定位，執(zhí)行預設路徑，即時調整，準時送達，并具備應急反應能力。

要求GNSS模擬器在不同的應用與需求下通過設置不同的定位精度，測試員可以檢查無人機的定位算法是否能在預期范圍內保持準確性。以下是一組常用于無人機GNSS測試的項目：

2.動態(tài)性能測試

對于地面接收終端來講，他的運動狀態(tài)一般是2D或3D的，且信號在一定區(qū)域內較為穩(wěn)定的，但是對無人機而言，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），以檢查典型運動是否會影響GNSS 信號接收。此外，無人機還需要考慮天線的位置與類型，需要驗證無人機運動是否會對天線的接收性能產生影響。

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

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，或者人造設備故意的干擾都可能是定位失效導致失控。因此無人機制造商需要測試接收器如何應對各種干擾類型。

在實際環(huán)境中，可能由于天氣、建筑物遮擋等原因導致信號干擾，GNSS模擬器可以在受控環(huán)境下重現(xiàn)這些條件，幫助測試人員評估無人機在不同GNSS信號質量下的表現(xiàn)，幫助測試無人機對電磁干擾、多徑效應等的抵抗能力。

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，以便測試無人機在失去定位信息時的應急反應和自主導航能力。

4.法律合規(guī)性測試

作為新興的技術產物，無人機的全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）性能在國際范圍內受到了嚴格的監(jiān)管要求。為了確保產品的高質量和合規(guī)性，仿真技術扮演了至關重要的角色。在實驗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，將確保任何內置合規(guī)功能在真實世界也能正常工作，確保無人機合規(guī)性，并確保防止無意間侵犯他人權益，包括安全邊界和隱私空間。

三、GNSS模擬器測試優(yōu)勢

無人機的GNSS接收器想要高效、快速的進行上述測試，需要能夠以可重復、經(jīng)濟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模擬器在無人機測試領域是十分廣泛的，幾乎所有的無人機制造商和研究機構都會在其產品開發(fā)過程中使用這種工具，以保證產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現(xiàn)無人機的研發(fā)、生產、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軟件內的高效場景構建與調整功能，用戶可以輕松定制各種校準場景，如靈敏度校準、定位精度校準、速度測量誤差校準以及里程記錄準確性的驗證，所有過程都伴隨著即時的仿真結果反饋。

結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，快速配置模型并導入自定義測試案例，創(chuàng)建標準化的自動化測試流程，允許直接調用相應國家標準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、頻點信息、日期信息、時間信息等等，以實現(xiàn)對單頻、多頻、閏秒等不同條件下的嚴格測試

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、折射散射進行自定義編輯，以實現(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、大氣損耗等做編輯與控制，以實現(xiàn)針對城市、峽谷、平原等不同無線環(huán)境下的測試還原性

可以預先或實時定義預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、運行路徑等等，以實現(xiàn)更為精準的結果對比或更靈活的反饋調用等。

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，在測試中實現(xiàn)實時姿態(tài)控制、變化以及錯誤注入，并模擬一些真實環(huán)境下高危或極端的狀態(tài)，因此可以完整靈活的實現(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，進行重復、自主、可控、安全的無人機性能測試，如無人機姿態(tài)風洞測試、RTK閉環(huán)測試等。

3.多實例測試

無人機測試中，我們還會關注無人機如何在復數(shù)無人機編隊內是如何交互的，亦或者無人機如果依賴于多天線進行航向與姿態(tài)確認，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——多實例（MULTI）功能。從一個主Skydel實例，可以控制運行在同一硬件上的幾個Skydel從屬實例，每個實例代表一個獨立的軌跡、車輛或天線。

它們運行在相同的硬件上，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上的兩根天線提供單獨的GNSS信號，并支持通過軟件直接控制天線位置與角度，針對多天線應用快速構建測試方案；還支持獨立的軌跡仿真，在同一個硬件內同時模擬多個無人機的單獨軌跡，從而進行無人機編隊、接近預警、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，無需重復設置。

四、總結

GNSS模擬器在無人機領域的作用顯著。GNSS模擬器能夠精確地復制衛(wèi)星信號，幫助研發(fā)團隊在實驗室環(huán)境下驗證無人機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；允許構建自定場景，完整靈活的實現(xiàn)起飛、飛行路徑和著陸的全過程測試；此外德思特GNSS模擬器獨一無二的支持多實例仿真用于支持多無人機場景應用測試。

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

審核編輯 黃宇