精细导航的关键：揭秘 GNSS 模拟器在无人机行业的**作用

无人机（UAV）作为一种具有高度灵活性和多功能性的飞行器，近年来在商业、农业、物流、航拍、搜索与救援等众多领域得到了广泛应用。从快递配送时准确地降落在指定地点，到农业植保中精细地对农田进行农药喷洒，再到灾难救援时深入危险区域执行侦察任务，无人机的高效运作离不开精细的导航系统。而在众多导航技术中，全球卫星导航系统（GNSS）成为了无人机实现精确位置、航向控制和导航的关键依托。在无人机的研发、调试和性能验证阶段，GNSS 模拟器更是扮演着至关重要的角色，其**作用不容小觑。

无人机行业对精细导航的需求

在民用的业余级别无人机领域，由于主要用于休闲娱乐用途，对精确定位的要求相对没那么严苛。然而，在专业领域，情况则截然不同。在救援行动中，时间就是生命，专业救援无人机必须具备亚米级精度，才能准确抵达被困人员位置，投放救援物资或提供关键信息。公共安全领域的无人机，需要精细定位以执行巡逻、监控任务，确保对目标区域的严密掌控。应急通信无人机同样依赖高精度定位，在受灾地区迅速搭建起通信网络，保障信息的畅通传递。商业无人机应用***，以快递和航拍为例。快递无人机要按照预设路径飞行，在复杂的城市环境中躲避障碍物，准时将包裹送达客户手中。航拍无人机为了获取高质量的影像，需要精确控制飞行轨迹，保持稳定的拍摄角度，高精度定位有助于其即时调整姿态，捕捉到比较好画面。一旦定位出现偏差，可能导致快递无法送达、航拍画面模糊等问题，严重影响业务的开展。

GNSS 模拟器助力无人机精细导航测试

定位精度验证

不同应用场景下的无人机对定位精度有着不同要求。GNSS 模拟器能够根据这些多样化的需求，设置不同的定位精度。在测试过程中，测试员借助模拟器发出的特定精度信号，检查无人机的定位算法是否能在预期范围内保持准确性。例如，对于要求亚米级精度的专业无人机，通过模拟器设置相应精度的信号，观察无人机能否精确地定位在目标位置附近，误差是否在可接受范围内。通过这样的测试，研发团队可以不断优化定位算法，提高无人机的定位精度，以满足不同行业的需求。

动态性能测试

与地面接收终端不同，无人机的飞行环境复杂得多。它需要在三维空间中稳定飞行，不仅要保持高度和位置，还要时刻调整姿态（横滚、俯仰、偏航）。在飞行过程中，无人机的运动会对其天线接收 GNSS 信号的性能产生影响。GNSS 模拟器能够模拟各种不同的动态场景与状态，包括无人机常见的飞行姿态变化、速度和加速度的改变等。同时，模拟器还能模拟机身姿态对天线性能的影响，以此来验证无人机在复杂飞行状态下的航向控制、姿态调整以及避障能力。例如，模拟无人机在高速飞行中突然转向的场景，观察其能否及时准确地调整姿态，保持稳定飞行，并且持续稳定地接收 GNSS 信号，确保导航的准确性。

干扰抵抗测试

GNSS 信号从卫星传输到地面，历经上万公里的距离，信号强度极其微弱，一般只有 -130dBm，约 10^-17W。如此微弱的信号极易受到各种干扰，蜂窝无线电信号、电力系统的无线信号，甚至人造设备的故意干扰，都可能导致无人机定位失效，进而失控。在实际飞行环境中，天气状况（如暴雨、沙尘）、建筑物遮挡等因素也会干扰 GNSS 信号。GNSS 模拟器的优势在于能够在受控环境下重现这些干扰条件，帮助测试人员***评估无人机在不同 GNSS 信号质量下的表现。通过模拟电磁干扰、多径效应等情况，测试无人机的抗干扰能力。例如，模拟在城市高楼林立区域的信号多径效应，观察无人机能否有效识别并排除干扰信号，准确获取真实的 GNSS 信号，保障飞行安全。此外，模拟器还可以模拟 GNSS 信号丢失或者虚假数据输入的情况，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，比如无人机是否能迅速切换到备用导航模式，维持飞行安全，直到重新获取可靠的 GNSS 信号。

法律合规性测试

随着无人机行业的快速发展，各国纷纷出台了严格的监管要求，以规范无人机的使用，确保航空安全和公众权益。无人机的全球导航卫星系统（GNSS）性能是监管的重点之一。在实验室中，利用 GNSS 模拟器模拟不同地区的空中交通管理规则以及各种复杂的飞行场景，能够***测试无人机内置的合规功能在真实世界中的实际运行情况。通过这种方式，确保无人机在飞行过程中严格遵守相关法规，防止无意间侵犯他**益，比如闯入安全边界或侵犯他人隐私空间。例如，模拟在机场附近等限制区域飞行的场景，验证无人机是否能按照法规要求自动限制飞行高度和范围，保障民航客机的安全起降。

GNSS 模拟器为无人机研发生产提供全阶段保障

自动化测试

以德思特提供的 GNSS 模拟器为例，其内置的 Skydel 软件具备高效的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等。在这些校准过程中，模拟器能即时反馈仿真结果。并且，结合自研的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。用户能够直接调用相应国家标准的测试流程，一键生成测试场景，一键完成配置测试并且自动生成报表。这一自动化过程极大地简化了测试工作量，大幅提升了工作效率，减少了人为操作可能带来的误差，使得无人机在研发和生产过程中的测试更加高效、准确。

场景化测试

GNSS 模拟器拥有强大的场景控制能力，涵盖从卫星到传输环境再到接收终端的各个环节。在卫星与星座方面，用户可以自由修改编辑星座信息、卫星信息、频点信息、日期信息、时间信息等，从而实现对单频、多频、闰秒等不同条件下的严格测试。例如，在测试无人机对不同卫星系统组合的适应性时，可以通过模拟器设置不同的星座组合，观察无人机的导航性能。在空间传播路径上，模拟器允许对电离层误差、对流层误差、宇宙闪烁、折射散射等进行自定义编辑，满足对极端环境或纯净环境需求的测试。比如模拟在电离层活跃时期，电离层误差对无人机 GNSS 信号的影响。对于近地环境，用户可以对信号可见性、信号误差、多径效应、大气损耗等进行编辑与控制，实现针对城市、峡谷、平原等不同无线环境下的测试还原性。例如，模拟在城市峡谷中，建筑物对 GNSS 信号的遮挡和反射形成的多径效应场景。此外，还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，实现更为精细的结果对比或更灵活的反馈调用。借助 GNSS 模拟器，能够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，完整灵活地实现起飞、飞行路径和着陆的全过程测试。同时，它还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，为无人机在各种复杂环境下的性能优化提供有力支持。

多实例测试

在无人机测试中，常常需要关注无人机在复数无人机编队内的交互情况，以及无人机依赖多天线进行航向与姿态确认时的性能表现。德思特提供的 GNSS 模拟器具备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**一个**的轨迹、车辆或天线。它们运行在相同的硬件上，GSG - 8 Gen2 还提供了误差只有 18ns 的同步机制，解决了时间同步这一关键难题，满足了大量需要高精时间同步的需求。利用这一功能，该 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。同时，它还支持**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，还能一键同步场景、信号、车辆、天线位置等信息，无需重复设置，**提高了多无人机场景测试的效率和便捷性，为无人机编队飞行等复杂应用场景的研发和测试提供了有力工具。

GNSS 模拟器在无人机行业的应用案例与成果

在某**无人机制造商的一款新型救援无人机研发过程中，大量使用了 GNSS 模拟器进行测试。在定位精度验证阶段，通过模拟器设置亚米级精度信号，发现原有的定位算法在复杂地形下存在一定偏差。研发团队根据测试结果对算法进行优化，经过多次模拟测试和实际飞行验证，**终使无人机在山区等复杂环境下的定位精度达到了 0.5 米以内，满足了救援任务的高精度要求。在动态性能测试方面，利用模拟器模拟高速飞行和复杂姿态变化场景，对无人机的飞行控制系统进行了上千次的优化调整，使无人机在高速飞行时的姿态稳定性提高了 30%，有效提升了其在实际救援行动中的机动性和可靠性。在干扰抵抗测试中，通过模拟器模拟各种干扰源，增强了无人机的抗干扰能力，使其在强电磁干扰环境下仍能保持稳定飞行，信号丢失率降低了 80%。该款无人机上市后，凭借出色的导航性能，在多次实际救援行动中发挥了重要作用，成功救助了众多被困人员，得到了社会的***认可。

总结与展望

GNSS 模拟器在无人机行业的**作用贯穿于无人机的研发、生产、测试以及应用的各个环节。它能够精确地复制卫星信号，为研发团队提供了在实验室环境下验证无人机自主飞行控制系统的有效手段；其高度自动化的测试功能，极大地简化了测试工作量，***提升了工作效率；强大的场景构建能力，使得完整灵活地实现起飞、飞行路径和着陆的全过程测试成为可能；独特的多实例仿真功能更是为多无人机场景应用测试提供了便利。随着无人机行业的持续发展，对无人机的性能要求将越来越高，GNSS 模拟器也将不断升级创新。未来，GNSS 模拟器有望实现更高精度的信号模拟，进一步增强对复杂环境的模拟能力，包括更真实地模拟太空环境中的各种干扰因素以及地球上极端气候条件下对 GNSS 信号的影响。同时，在与其他先进技术如人工智能、大数据的融合方面，GNSS 模拟器也将发挥更大潜力。例如，通过大数据分析大量的模拟测试数据，优化无人机的导航策略；利用人工智能技术实现对模拟场景的智能生成和调整，更加精细地模拟实际飞行中可能遇到的各种复杂情况，为无人机行业的发展注入更强大的动力，推动无人机技术迈向更高的台阶，在更多领域发挥更大的价值。

深圳市璟晨实业发展有限公司始创建于2009年12月28日，正式成立于2019年11月20日，公司主要业务包括工业及科学类仪器仪表;工业测试实验室仪器及方案的研发和教育类仪器销售;医院智能康复系统的研究和开发;以及综合成像解决方案的研究和开收。

共用配套设备的研发和生产: 仪器仪表及GNSS卫星导航模拟信号源及测试系统的研发和销售，电视信号源及TV电视中心信号源测试系统的研发与销售。智能安防系统、相关设备;全球定位系统及相关配套产品;物联网应用推广。

合作单位：深圳比亚迪汽车电子有限公司，比亚迪股份有限公司，江苏中船集团、丰岛集团，深圳创维汽车电子有限公司，创维集团，康佳集团，厦门博泰汽车电子有限公司，重庆邮电大学，天津中标检测认证有限公司，南昌工程学院等。