無人機（UAV）作為一種具有高度靈活性和多功能性的飛行器，近年來在商業(yè)、農(nóng)業(yè)、物流、航拍、搜索與救援等眾多領域得到了廣泛應用。從快遞配送時準確地降落在指定地點，到農(nóng)業(yè)植保中精細地對農(nóng)田進行農(nóng)藥噴灑，再到災難救援時深入危險區(qū)域執(zhí)行偵察任務，無人機的高效運作離不開精細的導航系統(tǒng)。而在眾多導航技術中，全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）成為了無人機實現(xiàn)精確位置、航向控制和導航的關鍵依托。在無人機的研發(fā)、調(diào)試和性能驗證階段，GNSS 模擬器更是扮演著至關重要的角色，其**作用不容小覷。

無人機行業(yè)對精細導航的需求

在民用的業(yè)余級別無人機領域，由于主要用于休閑娛樂用途，對精確定位的要求相對沒那么嚴苛。然而，在專業(yè)領域，情況則截然不同。在救援行動中，時間就是生命，專業(yè)救援無人機必須具備亞米級精度，才能準確抵達被困人員位置，投放救援物資或提供關鍵信息。公共安全領域的無人機，需要精細定位以執(zhí)行巡邏、監(jiān)控任務，確保對目標區(qū)域的嚴密掌控。應急通信無人機同樣依賴高精度定位，在受災地區(qū)迅速搭建起通信網(wǎng)絡，保障信息的暢通傳遞。商業(yè)無人機應用***，以快遞和航拍為例?？爝f無人機要按照預設路徑飛行，在復雜的城市環(huán)境中躲避障礙物，準時將包裹送達客戶手中。航拍無人機為了獲取高質(zhì)量的影像，需要精確控制飛行軌跡，保持穩(wěn)定的拍攝角度，高精度定位有助于其即時調(diào)整姿態(tài)，捕捉到比較好畫面。一旦定位出現(xiàn)偏差，可能導致快遞無法送達、航拍畫面模糊等問題，嚴重影響業(yè)務的開展。

GNSS 模擬器助力無人機精細導航測試

定位精度驗證

不同應用場景下的無人機對定位精度有著不同要求。GNSS 模擬器能夠根據(jù)這些多樣化的需求，設置不同的定位精度。在測試過程中，測試員借助模擬器發(fā)出的特定精度信號，檢查無人機的定位算法是否能在預期范圍內(nèi)保持準確性。例如，對于要求亞米級精度的專業(yè)無人機，通過模擬器設置相應精度的信號，觀察無人機能否精確地定位在目標位置附近，誤差是否在可接受范圍內(nèi)。通過這樣的測試，研發(fā)團隊可以不斷優(yōu)化定位算法，提高無人機的定位精度，以滿足不同行業(yè)的需求。

動態(tài)性能測試

與地面接收終端不同，無人機的飛行環(huán)境復雜得多。它需要在三維空間中穩(wěn)定飛行，不僅要保持高度和位置，還要時刻調(diào)整姿態(tài)（橫滾、俯仰、偏航）。在飛行過程中，無人機的運動會對其天線接收 GNSS 信號的性能產(chǎn)生影響。GNSS 模擬器能夠模擬各種不同的動態(tài)場景與狀態(tài)，包括無人機常見的飛行姿態(tài)變化、速度和加速度的改變等。同時，模擬器還能模擬機身姿態(tài)對天線性能的影響，以此來驗證無人機在復雜飛行狀態(tài)下的航向控制、姿態(tài)調(diào)整以及避障能力。例如，模擬無人機在高速飛行中突然轉(zhuǎn)向的場景，觀察其能否及時準確地調(diào)整姿態(tài)，保持穩(wěn)定飛行，并且持續(xù)穩(wěn)定地接收 GNSS 信號，確保導航的準確性。

干擾抵抗測試

GNSS 信號從衛(wèi)星傳輸?shù)降孛?，歷經(jīng)上萬公里的距離，信號強度極其微弱，一般只有 -130dBm，約 10^-17W。如此微弱的信號極易受到各種干擾，蜂窩無線電信號、電力系統(tǒng)的無線信號，甚至人造設備的故意干擾，都可能導致無人機定位失效，進而失控。在實際飛行環(huán)境中，天氣狀況（如暴雨、沙塵）、建筑物遮擋等因素也會干擾 GNSS 信號。GNSS 模擬器的優(yōu)勢在于能夠在受控環(huán)境下重現(xiàn)這些干擾條件，幫助測試人員***評估無人機在不同 GNSS 信號質(zhì)量下的表現(xiàn)。通過模擬電磁干擾、多徑效應等情況，測試無人機的抗干擾能力。例如，模擬在城市高樓林立區(qū)域的信號多徑效應，觀察無人機能否有效識別并排除干擾信號，準確獲取真實的 GNSS 信號，保障飛行安全。此外，模擬器還可以模擬 GNSS 信號丟失或者虛假數(shù)據(jù)輸入的情況，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，比如無人機是否能迅速切換到備用導航模式，維持飛行安全，直到重新獲取可靠的 GNSS 信號。

法律合規(guī)性測試

隨著無人機行業(yè)的快速發(fā)展，各國紛紛出臺了嚴格的監(jiān)管要求，以規(guī)范無人機的使用，確保航空安全和公眾權益。無人機的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）性能是監(jiān)管的重點之一。在實驗室中，利用 GNSS 模擬器模擬不同地區(qū)的空中交通管理規(guī)則以及各種復雜的飛行場景，能夠***測試無人機內(nèi)置的合規(guī)功能在真實世界中的實際運行情況。通過這種方式，確保無人機在飛行過程中嚴格遵守相關法規(guī)，防止無意間侵犯他**益，比如闖入安全邊界或侵犯他人隱私空間。例如，模擬在機場附近等限制區(qū)域飛行的場景，驗證無人機是否能按照法規(guī)要求自動限制飛行高度和范圍，保障民航客機的安全起降。

GNSS 模擬器為無人機研發(fā)生產(chǎn)提供全階段保障

自動化測試

以德思特提供的 GNSS 模擬器為例，其內(nèi)置的 Skydel 軟件具備高效的場景構(gòu)建與調(diào)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等。在這些校準過程中，模擬器能即時反饋仿真結(jié)果。并且，結(jié)合自研的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。用戶能夠直接調(diào)用相應國家標準的測試流程，一鍵生成測試場景，一鍵完成配置測試并且自動生成報表。這一自動化過程極大地簡化了測試工作量，大幅提升了工作效率，減少了人為操作可能帶來的誤差，使得無人機在研發(fā)和生產(chǎn)過程中的測試更加高效、準確。

場景化測試

GNSS 模擬器擁有強大的場景控制能力，涵蓋從衛(wèi)星到傳輸環(huán)境再到接收終端的各個環(huán)節(jié)。在衛(wèi)星與星座方面，用戶可以自由修改編輯星座信息、衛(wèi)星信息、頻點信息、日期信息、時間信息等，從而實現(xiàn)對單頻、多頻、閏秒等不同條件下的嚴格測試。例如，在測試無人機對不同衛(wèi)星系統(tǒng)組合的適應性時，可以通過模擬器設置不同的星座組合，觀察無人機的導航性能。在空間傳播路徑上，模擬器允許對電離層誤差、對流層誤差、宇宙閃爍、折射散射等進行自定義編輯，滿足對極端環(huán)境或純凈環(huán)境需求的測試。比如模擬在電離層活躍時期，電離層誤差對無人機 GNSS 信號的影響。對于近地環(huán)境，用戶可以對信號可見性、信號誤差、多徑效應、大氣損耗等進行編輯與控制，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。例如，模擬在城市峽谷中，建筑物對 GNSS 信號的遮擋和反射形成的多徑效應場景。此外，還可以預先或?qū)崟r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，實現(xiàn)更為精細的結(jié)果對比或更靈活的反饋調(diào)用。借助 GNSS 模擬器，能夠創(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)，完整靈活地實現(xiàn)起飛、飛行路徑和著陸的全過程測試。同時，它還可以與其他硬件聯(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，為無人機在各種復雜環(huán)境下的性能優(yōu)化提供有力支持。

多實例測試

在無人機測試中，常常需要關注無人機在復數(shù)無人機編隊內(nèi)的交互情況，以及無人機依賴多天線進行航向與姿態(tài)確認時的性能表現(xiàn)。德思特提供的 GNSS 模擬器具備市場上大多數(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**一個**的軌跡、車輛或天線。它們運行在相同的硬件上，GSG - 8 Gen2 還提供了誤差只有 18ns 的同步機制，解決了時間同步這一關鍵難題，滿足了大量需要高精時間同步的需求。利用這一功能，該 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(gòu)建測試方案。同時，它還支持**的軌跡仿真，在同一個硬件內(nèi)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，還能一鍵同步場景、信號、車輛、天線位置等信息，無需重復設置，**提高了多無人機場景測試的效率和便捷性，為無人機編隊飛行等復雜應用場景的研發(fā)和測試提供了有力工具。

GNSS 模擬器在無人機行業(yè)的應用案例與成果

在某**無人機制造商的一款新型救援無人機研發(fā)過程中，大量使用了 GNSS 模擬器進行測試。在定位精度驗證階段，通過模擬器設置亞米級精度信號，發(fā)現(xiàn)原有的定位算法在復雜地形下存在一定偏差。研發(fā)團隊根據(jù)測試結(jié)果對算法進行優(yōu)化，經(jīng)過多次模擬測試和實際飛行驗證，**終使無人機在山區(qū)等復雜環(huán)境下的定位精度達到了 0.5 米以內(nèi)，滿足了救援任務的高精度要求。在動態(tài)性能測試方面，利用模擬器模擬高速飛行和復雜姿態(tài)變化場景，對無人機的飛行控制系統(tǒng)進行了上千次的優(yōu)化調(diào)整，使無人機在高速飛行時的姿態(tài)穩(wěn)定性提高了 30%，有效提升了其在實際救援行動中的機動性和可靠性。在干擾抵抗測試中，通過模擬器模擬各種干擾源，增強了無人機的抗干擾能力，使其在強電磁干擾環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定飛行，信號丟失率降低了 80%。該款無人機上市后，憑借出色的導航性能，在多次實際救援行動中發(fā)揮了重要作用，成功救助了眾多被困人員，得到了社會的***認可。

總結(jié)與展望

GNSS 模擬器在無人機行業(yè)的**作用貫穿于無人機的研發(fā)、生產(chǎn)、測試以及應用的各個環(huán)節(jié)。它能夠精確地復制衛(wèi)星信號，為研發(fā)團隊提供了在實驗室環(huán)境下驗證無人機自主飛行控制系統(tǒng)的有效手段；其高度自動化的測試功能，極大地簡化了測試工作量，***提升了工作效率；強大的場景構(gòu)建能力，使得完整靈活地實現(xiàn)起飛、飛行路徑和著陸的全過程測試成為可能；獨特的多實例仿真功能更是為多無人機場景應用測試提供了便利。隨著無人機行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，對無人機的性能要求將越來越高，GNSS 模擬器也將不斷升級創(chuàng)新。未來，GNSS 模擬器有望實現(xiàn)更高精度的信號模擬，進一步增強對復雜環(huán)境的模擬能力，包括更真實地模擬太空環(huán)境中的各種干擾因素以及地球上極端氣候條件下對 GNSS 信號的影響。同時，在與其他先進技術如人工智能、大數(shù)據(jù)的融合方面，GNSS 模擬器也將發(fā)揮更大潛力。例如，通過大數(shù)據(jù)分析大量的模擬測試數(shù)據(jù)，優(yōu)化無人機的導航策略；利用人工智能技術實現(xiàn)對模擬場景的智能生成和調(diào)整，更加精細地模擬實際飛行中可能遇到的各種復雜情況，為無人機行業(yè)的發(fā)展注入更強大的動力，推動無人機技術邁向更高的臺階，在更多領域發(fā)揮更大的價值。

深圳市璟晨實業(yè)發(fā)展有限公司始創(chuàng)建于2009年12月28日，正式成立于2019年11月20日，公司主要業(yè)務包括工業(yè)及科學類儀器儀表;工業(yè)測試實驗室儀器及方案的研發(fā)和教育類儀器銷售;醫(yī)院智能康復系統(tǒng)的研究和開發(fā);以及綜合成像解決方案的研究和開收。

共用配套設備的研發(fā)和生產(chǎn): 儀器儀表及GNSS衛(wèi)星導航模擬信號源及測試系統(tǒng)的研發(fā)和銷售，電視信號源及TV電視中心信號源測試系統(tǒng)的研發(fā)與銷售。智能安防系統(tǒng)、相關設備;全球定位系統(tǒng)及相關配套產(chǎn)品;物聯(lián)網(wǎng)應用推廣。

合作單位：深圳比亞迪汽車電子有限公司，比亞迪股份有限公司，江蘇中船集團、豐島集團，深圳創(chuàng)維汽車電子有限公司，創(chuàng)維集團，康佳集團，廈門博泰汽車電子有限公司，重慶郵電大學，天津中標檢測認證有限公司，南昌工程學院等。