精細導航的關鍵：揭秘 GNSS 模擬器在無人機行業的**作用

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、農業、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，到農業植保中精細地對農田進行農藥噴灑，再到災難救援時深入危險區域執行偵察任務，無人機的高效運作離不開精細的導航系統。而在眾多導航技術中，全球衛星導航系統（GNSS）成為了無人機實現精確位置、航向控制和導航的關鍵依托。在無人機的研發、調試和性能驗證階段，GNSS 模擬器更是扮演著至關重要的角色，其**作用不容小覷。

無人機行業對精細導航的需求

在民用的業余級別無人機領域，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，在專業領域，情況則截然不同。在救援行動中，時間就是生命，專業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，需要精細定位以執行巡邏、監控任務，確保對目標區域的嚴密掌控。應急通信無人機同樣依賴高精度定位，在受災地區迅速搭建起通信網絡，保障信息的暢通傳遞。商業無人機應用***，以快遞和航拍為例。快遞無人機要按照預設路徑飛行，在復雜的城市環境中躲避障礙物，準時將包裹送達客戶手中。航拍無人機為了獲取高質量的影像，需要精確控制飛行軌跡，保持穩定的拍攝角度，高精度定位有助于其即時調整姿態，捕捉到比較好畫面。一旦定位出現偏差，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保持準確性。例如，對于要求亞米級精度的專業無人機，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。通過這樣的測試，研發團隊可以不斷優化定位算法，提高無人機的定位精度，以滿足不同行業的需求。

動態性能測試

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

干擾抵抗測試

GNSS 信號從衛星傳輸到地面，歷經上萬公里的距離，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 模擬器的優勢在于能夠在受控環境下重現這些干擾條件，幫助測試人員***評估無人機在不同 GNSS 信號質量下的表現。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據輸入的情況，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。

法律合規性測試

隨著無人機行業的快速發展，各國紛紛出臺了嚴格的監管要求，以規范無人機的使用，確保航空安全和公眾權益。無人機的全球導航衛星系統（GNSS）性能是監管的重點之一。在實驗室中，利用 GNSS 模擬器模擬不同地區的空中交通管理規則以及各種復雜的飛行場景，能夠***測試無人機內置的合規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，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域飛行的場景，驗證無人機是否能按照法規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生產提供全階段保障

自動化測試

以德思特提供的 GNSS 模擬器為例，其內置的 Skydel 軟件具備高效的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等。在這些校準過程中，模擬器能即時反饋仿真結果。并且，結合自研的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。用戶能夠直接調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，使得無人機在研發和生產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，涵蓋從衛星到傳輸環境再到接收終端的各個環節。在衛星與星座方面，用戶可以自由修改編輯星座信息、衛星信息、頻點信息、日期信息、時間信息等，從而實現對單頻、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星系統組合的適應性時，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，滿足對極端環境或純凈環境需求的測試。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，實現針對城市、峽谷、平原等不同無線環境下的測試還原性。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，實現更為精細的結果對比或更靈活的反饋調用。借助 GNSS 模擬器，能夠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，完整靈活地實現起飛、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，為無人機在各種復雜環境下的性能優化提供有力支持。

多實例測試

在無人機測試中，常常需要關注無人機在復數無人機編隊內的交互情況，以及無人機依賴多天線進行航向與姿態確認時的性能表現。德思特提供的 GNSS 模擬器具備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**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建測試方案。同時，它還支持**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，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和測試提供了有力工具。

GNSS 模擬器在無人機行業的應用案例與成果

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，發現原有的定位算法在復雜地形下存在一定偏差。研發團隊根據測試結果對算法進行優化，經過多次模擬測試和實際飛行驗證，**終使無人機在山區等復雜環境下的定位精度達到了 0.5 米以內，滿足了救援任務的高精度要求。在動態性能測試方面，利用模擬器模擬高速飛行和復雜姿態變化場景，對無人機的飛行控制系統進行了上千次的優化調整，使無人機在高速飛行時的姿態穩定性提高了 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境下仍能保持穩定飛行，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。

總結與展望

GNSS 模擬器在無人機行業的**作用貫穿于無人機的研發、生產、測試以及應用的各個環節。它能夠精確地復制衛星信號，為研發團隊提供了在實驗室環境下驗證無人機自主飛行控制系統的有效手段；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；強大的場景構建能力，使得完整靈活地實現起飛、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。隨著無人機行業的持續發展，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新。未來，GNSS 模擬器有望實現更高精度的信號模擬，進一步增強對復雜環境的模擬能力，包括更真實地模擬太空環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、大數據的融合方面，GNSS 模擬器也將發揮更大潛力。例如，通過大數據分析大量的模擬測試數據，優化無人機的導航策略；利用人工智能技術實現對模擬場景的智能生成和調整，更加精細地模擬實際飛行中可能遇到的各種復雜情況，為無人機行業的發展注入更強大的動力，推動無人機技術邁向更高的臺階，在更多領域發揮更大的價值。

深圳市璟晨實業發展有限公司始創建于2009年12月28日，正式成立于2019年11月20日，公司主要業務包括工業及科學類儀器儀表;工業測試實驗室儀器及方案的研發和教育類儀器銷售;醫院智能康復系統的研究和開發;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和生產: 儀器儀表及GNSS衛星導航模擬信號源及測試系統的研發和銷售，電視信號源及TV電視中心信號源測試系統的研發與銷售。智能安防系統、相關設備;全球定位系統及相關配套產品;物聯網應用推廣。

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，深圳創維汽車電子有限公司，創維集團，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。