一、應用背景

無人機(UAV)在商業、農業、物流、航拍、搜索與救援等領域得到廣泛應用。無人駕駛系統日趨成熟，法規也在逐步完善以確保安全和隱私。同時，電池續航能力、自主飛行技術和數據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、安全性和穩健性挑戰。無人機依賴于全球衛星導航系統（GNSS）來實現精確的位置、航向控制和導航，因此在研發、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星信號，幫助相關工程師與研發團隊實現測試與驗證，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無人機，確保亞米級精度才能保證精確作業；而商業無人機（快遞、航拍等）則依賴高精度定位，執行預設路徑，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.動態性能測試

對于地面接收終端來講，他的運動狀態一般是2D或3D的，且信號在一定區域內較為穩定的，但是對無人機而言，其需要在三維空間中有穩定的位置，保持高度和位置外，還需要考慮姿態（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場景與狀態，并模擬機身姿態對天線的性能影響，以驗證無人機的航向控制、姿態調整以及避障能力。

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境下重現這些條件，幫助測試人員評估無人機在不同GNSS信號質量下的表現，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據輸入的情況，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.法律合規性測試

作為新興的技術產物，無人機的全球導航衛星系統（GNSS）性能在國際范圍內受到了嚴格的監管要求。為了確保產品的高質量和合規性，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，模擬不同地區的空中交通管理規則，將確保任何內置合規功能在真實世界也能正常工作，確保無人機合規性，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、經濟且高效的方式測試整個場景。但是如果僅僅依靠現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無人機的研發、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，可根據既定的測試參數和策略，快速配置模型并導入自定義測試案例，創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星到傳輸環境再到接收終端的全面場景控制。

針對衛星與星座，允許用戶修改編輯星座信息、衛星信息、頻點信息、日期信息、時間信息等等，以實現對單頻、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，以實現對極端環境或純凈環境需求的測試

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

可以預先或實時定義預期中的接收終端狀態，自定義載具類型、姿態、速度、天線類型與增益、運行路徑等等，以實現更為精準的結果對比或更靈活的反饋調用等。

因此借助GNSS模擬器可以創建自定義的大氣與環境場景、根據測試需求建立自定義場景軌跡，在測試中實現實時姿態控制、變化以及錯誤注入，并模擬一些真實環境下高危或極端的狀態，因此可以完整靈活的實現起飛、飛行路徑和著陸的全過程測試。并可以與其他硬件聯合組成測試臺架，進行重復、自主、可控、安全的無人機性能測試，如無人機姿態風洞測試、RTK閉環測試等。

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星信號，幫助研發團隊在實驗室環境下驗證無人機的自主飛行控制系統；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，有效測試您的合規性、動態性、準確性和干擾挑戰！

審核編輯 黃宇