精准导航的关键：揭秘GNSS模拟器在无人机行业的核心作用

一、应用背景

无人机(UAV)在商业、农业、物流、航拍、搜索与救援等领域得到广泛应用。无人驾驶系统日趋成熟，法规也在逐步完善以确保安全和隐私。同时，电池续航能力、自主飞行技术和数据处理能力都在不断提高，但这些新形式的设备带来了独特的定位、安全性和稳健性挑战。无人机依赖于全球卫星导航系统（GNSS）来实现精确的位置、航向控制和导航，因此在研发、调试和性能验证阶段，模拟器扮演了至关重要的角色。

二、无人机GNSS测试内容

GNSS模拟器能够精确地复制卫星信号，帮助相关工程师与研发团队实现测试与验证，提高飞行效率和安全性，从而推动无人航空技术的发展。在考虑无人机的GNSS定位功能测试时，主要有以下几个方面：

1.定位精度验证

对于民用的业余级别无人机，精确定位可能是非必要的；然而，救援、公共安全、应急通信等领域的专业无人机，确保亚米级精度才能保证精确作业；而商业无人机（快递、航拍等）则依赖高精度定位，执行预设路径，即时调整，准时送达，并具备应急反应能力。

要求GNSS模拟器在不同的应用与需求下通过设置不同的定位精度，测试员可以检查无人机的定位算法是否能在预期范围内保持准确性。以下是一组常用于无人机GNSS测试的项目：

2.动态性能测试

对于地面接收终端来讲，他的运动状态一般是2D或3D的，且信号在一定区域内较为稳定的，但是对无人机而言，其需要在三维空间中有稳定的位置，保持高度和位置外，还需要考虑姿态（横滚、俯仰、偏航），以检查典型运动是否会影响GNSS 信号接收。此外，无人机还需要考虑天线的位置与类型，需要验证无人机运动是否会对天线的接收性能产生影响。

因此GNSS模拟器需要能模拟不同的动态场景与状态，并模拟机身姿态对天线的性能影响，以验证无人机的航向控制、姿态调整以及避障能力。

3.干扰抵抗测试

GNSS信号传输上万公里，其信号强度相对较低（一般只有-130dBm，约10^-17W），它们极易受到各种干扰，无论是蜂窝无线电信号、电力系统的无线信号，或者人造设备故意的干扰都可能是定位失效导致失控。因此无人机制造商需要测试接收器如何应对各种干扰类型。

在实际环境中，可能由于天气、建筑物遮挡等原因导致信号干扰，GNSS模拟器可以在受控环境下重现这些条件，帮助测试人员评估无人机在不同GNSS信号质量下的表现，帮助测试无人机对电磁干扰、多径效应等的抵抗能力。

GNSS模拟器可以模拟GNSS信号丢失或者虚假数据输入的情况，以便测试无人机在失去定位信息时的应急反应和自主导航能力。

4.法律合规性测试

作为新兴的技术产物，无人机的全球导航卫星系统（GNSS）性能在国际范围内受到了严格的监管要求。为了确保产品的高质量和合规性，仿真技术扮演了至关重要的角色。在实验室中模拟和测试此类场景，模拟不同地区的空中交通管理规则，将确保任何内置合规功能在真实世界也能正常工作，确保无人机合规性，并确保防止无意间侵犯他人权益，包括安全边界和隐私空间。

三、GNSS模拟器测试优势

无人机的GNSS接收器想要高效、快速的进行上述测试，需要能够以可重复、经济且高效的方式测试整个场景。但是如果仅仅依靠现场测试是不可能做到这一点的，要测试所有场景，我们需要建立一套全面的GNSS模拟手段。GNSS模拟器在无人机测试领域是十分广泛的，几乎所有的无人机制造商和研究机构都会在其产品开发过程中使用这种工具，以保证产品的可靠性和安全性。

GNSS模拟器可以提供丰富的测试手段实现无人机的研发、生产、测试全阶段保障：

1.自动化测试

德思特提供的GNSS模拟器提供了Skydel软件内的高效场景构建与调整功能，用户可以轻松定制各种校准场景，如灵敏度校准、定位精度校准、速度测量误差校准以及里程记录准确性的验证，所有过程都伴随着即时的仿真结果反馈。

结合自研自动化测试与报告生成平台AutoTest，可根据既定的测试参数和策略，快速配置模型并导入自定义测试案例，创建标准化的自动化测试流程，允许直接调用相应国家标准的测试流程并一键生成测试场景，一键完成配置测试并且生成报表，极大简化测试工作量，提升工作效率。

2.场景化测试

GNSS模拟器允许用户可以对从卫星到传输环境再到接收终端的全面场景控制。

针对卫星与星座，允许用户修改编辑星座信息、卫星信息、频点信息、日期信息、时间信息等等，以实现对单频、多频、闰秒等不同条件下的严格测试

在空间传播路径上，GNSS模拟方式允许对电离层误差、对流层误差、宇宙闪烁、折射散射进行自定义编辑，以实现对极端环境或纯净环境需求的测试

允许用户对近地环境中的信号可见性、信号误差、多径效应、大气损耗等做编辑与控制，以实现针对城市、峡谷、平原等不同无线环境下的测试还原性

可以预先或实时定义预期中的接收终端状态，自定义载具类型、姿态、速度、天线类型与增益、运行路径等等，以实现更为精准的结果对比或更灵活的反馈调用等。

因此借助GNSS模拟器可以创建自定义的大气与环境场景、根据测试需求建立自定义场景轨迹，在测试中实现实时姿态控制、变化以及错误注入，并模拟一些真实环境下高危或极端的状态，因此可以完整灵活的实现起飞、飞行路径和着陆的全过程测试。并可以与其他硬件联合组成测试台架，进行重复、自主、可控、安全的无人机性能测试，如无人机姿态风洞测试、RTK闭环测试等。

3.多实例测试

无人机测试中，我们还会关注无人机如何在复数无人机编队内是如何交互的，亦或者无人机如果依赖于多天线进行航向与姿态确认，那又该如何利用GNSS模拟完成测试？

德思特提供的GNSS模拟器提供了市场上大多数模拟器所不具备的——多实例（MULTI）功能。从一个主Skydel实例，可以控制运行在同一硬件上的几个Skydel从属实例，每个实例代表一个独立的轨迹、车辆或天线。

它们运行在相同的硬件上，GSG-8 Gen2也提前为您解决了时间同步等令人头痛的问题，GSG-8 Gen2自身提供了误差只有18ns的同步机制，满足大量需要高精时间同步的需求。

因此德思特提供的GNSS模拟器允许支持向同一无人机上的两根天线提供单独的GNSS信号，并支持通过软件直接控制天线位置与角度，针对多天线应用快速构建测试方案；还支持独立的轨迹仿真，在同一个硬件内同时模拟多个无人机的单独轨迹，从而进行无人机编队、接近预警、避免碰撞等类型的测试。通过Skydel GUI界面可以一键同步场景、信号、车辆、天线位置等信息，无需重复设置。

四、总结

GNSS模拟器在无人机领域的作用显著。GNSS模拟器能够精确地复制卫星信号，帮助研发团队在实验室环境下验证无人机的自主飞行控制系统；支持高度自动化，极大简化测试工作量，提升工作效率；允许构建自定场景，完整灵活的实现起飞、飞行路径和着陆的全过程测试；此外德思特GNSS模拟器独一无二的支持多实例仿真用于支持多无人机场景应用测试。

利用GNSS模拟器，有效测试您的合规性、动态性、准确性和干扰挑战！

审核编辑 黄宇