Jako kluczowy element krajowej infrastruktury informacyjnej, Globalny System Nawigacji Satelitarnej (GNSS) głęboko penetruje wiele kluczowych dziedzin, takich jak obrona narodowa, lotnictwo i kosmonautyka, inteligentny transport i Internet rzeczy. Ich dokładność pozycjonowania, niezawodność i właściwości przeciwzakłóceniowe bezpośrednio decydują o bezpieczeństwie i efektywności dalszych aplikacji. Dzięki pełnoskalowemu połączeniu czterech głównych globalnych systemów nawigacji w sieć, przyspieszonemu rozmieszczaniu konstelacji satelitów na niskiej orbicie okołoziemskiej oraz wdrażaniu na dużą skalę nowych zastosowań, takich jak pojazdy autonomiczne i drony, środowisko operacyjne, przed którym stoi sprzęt nawigacji satelitarnej, staje się coraz bardziej złożone. Tradycyjne jednoosiowe testy symulacyjne o niskiej dynamice nie są już w stanie spełnić rygorystycznych wymagań dotyczących weryfikacji wydajności, co prowadzi do gwałtownego rozwoju technologii wieloosiowych testów symulacyjnych, która stała się podstawowym wsparciem w promowaniu wysokiej jakości rozwoju branży nawigacji satelitarnej.

I.Główne czynniki wzrostu popytu na symulacje wieloosiowe

Gwałtowny wzrost zapotrzebowania na symulację wieloosiową (głównie symulację trójosiową, z możliwością jednoczesnej symulacji w kierunkach pochylenia, przechylenia i odchylenia, przy czym niektóre wysokiej klasy produkty obejmują połączenia wieloosiowe) nie jest wynikiem pojedynczego czynnika, ale raczej nieuniknionym wynikiem napędzanym wieloma siłami, w tym iteracją technologiczną, ulepszeniami scenariuszy, wytycznymi politycznymi i konkurencją rynkową.

(i) Rozwój zaawansowanych scenariuszy zastosowań wymusza poprawę dokładności testowania.

Sektory obronny i lotniczy, jako główne obszary potrzeb w zakresie symulacji wieloosiowych, w dalszym ciągu odnotowują gwałtowny wzrost popytu. W kontekście współczesnej wojny informacyjnej systemy nawigacji rakietowej, okrętowej i powietrznej muszą utrzymywać stabilne położenie w środowiskach charakteryzujących się dużą szybkością, dużą zwrotnością i dużym zacięciem. Symulacja wieloosiowa może dokładnie odtworzyć złożone zmiany położenia przestrzennego i dynamiczne trajektorie samolotu, weryfikując stabilność działania sprzętu nawigacyjnego w ekstremalnych warunkach. Dlatego wielkość zamówień na wysokiej jakości symulatory wieloosiowe stale rośnie. W lotnictwie i kosmonautyce precyzyjne trójosiowe gramofony symulacyjne są szeroko stosowane w rakietach COMAC C919, pojazdach nośnych nowej generacji i projektach konstelacji satelitów na niskiej orbicie okołoziemskiej do testowania ładunku satelitów i weryfikacji systemów nawigacji statków powietrznych.

W sektorze cywilnym rozwój pojazdów autonomicznych i dronów na dużą skalę stał się znaczącym czynnikiem wzrostu popytu na symulacje wieloosiowe. Pojazdy autonomiczne poziomu 2 i wyższego opierają się na ściśle sprzężonym pozycjonowaniu GNSS i IMU (inercyjnyJednostka miary). Symulacja wieloosiowa może jednocześnie dostarczać sygnały GNSS oraz informacje o przyspieszeniu trójosiowym i kącie kursu, dokładnie weryfikując niezawodność algorytmu fuzji i dokładność pozycjonowania pojazdu w dynamicznych scenariuszach, takich jak zakręty, nierówności i szybkie przyspieszanie. W dziedzinie dronów precyzyjne trójosiowe gramofony symulacyjne stały się podstawowym wyposażeniem do testowania systemów sterowania lotem/nawigacji inercyjnej, symulujących zmiany położenia dronów podczas lotu i zapewniających niezawodne wsparcie dla ich kompleksowej oceny wydajności.

(ii) Zintegrowany rozwój technologii nawigacyjnych zwiększa złożoność testów.

Obecnie nawigacja satelitarna ewoluuje od pozycjonowania jednosygnałowego do pozycjonowania wielosensorowego z wykorzystaniem GNSS, IMU, wizualnego SLAM i LiDAR. Ten model fuzyjny może zrekompensować niedociągnięcia pojedynczych metod nawigacji i poprawić niezawodność pozycjonowania w złożonych środowiskach, ale także znacznie zwiększa trudność testowania. Wieloosiowe testy symulacyjne mogą zapewnić synchroniczną symulację sygnałów nawigacyjnych, pomiarów bezwładnościowych i zmian położenia, doskonale dopasowując się do wymagań testowych pozycjonowania wieloczujnikowego. Może jednocześnie weryfikować działanie wielu aspektów, takich jak odbiór sygnału GNSS, gromadzenie danych IMU i przetwarzanie algorytmu fuzji, stając się podstawową metodą testowania w badaniach, rozwoju i produkcji sprzętu nawigacyjnego fuzyjnego.

Co więcej, powszechne przyjęcie technologii przeciwdziałających zakłóceniom i fałszowaniu również spowodowało wzrost zapotrzebowania na symulacje wieloosiowe. Ponieważ środowisko elektromagnetyczne staje się coraz bardziej złożone, urządzenia nawigacyjne stają w obliczu coraz większego ryzyka zakłóceń. Symulacja wieloosiowa może symulować złożone scenariusze, takie jak silne zakłócenia, fałszowanie sygnału i efekty wielościeżkowe, weryfikując możliwości urządzenia w zakresie przeciwdziałania zakłóceniom i możliwości rozróżniania sygnału.

(iii) Optymalizacja wydajności i kosztów testów w celu poprawy opłacalności symulacji wieloosiowej

W porównaniu z testami pojazdów na zewnątrz i testami w locie, wieloosiowe testy symulacyjne oferują znaczące zalety, takie jak wysoka sterowność, wysoka wydajność testowania i niski koszt. Testowanie na zewnątrz jest ograniczone czynnikami takimi jak pogoda, miejsce i przepisy, co skutkuje długimi cyklami testowania, wysokimi kosztami i trudnością w odtworzeniu ekstremalnych scenariuszy. Natomiast symulacja wieloosiowa może dokładnie odtworzyć różne złożone scenariusze w środowisku laboratoryjnym, umożliwiając szybką weryfikację wydajności, diagnostykę usterek i iteracyjną optymalizację sprzętu, znacznie skracając cykl badawczo-rozwojowy i redukując koszty testowania.

Co więcej, inteligentne i modułowe ulepszenia wieloosiowego sprzętu symulacyjnego jeszcze bardziej poprawiły jego opłacalność. Nowoczesne symulatory wieloosiowe przyjmują architekturę zdefiniowaną programowo, obsługującą symulację wielu instancji, zewnętrzną kontrolę API i import niestandardowych sygnałów. Jedno urządzenie może pełnić funkcje wielu tradycyjnych symulatorów, a jednocześnie posiadać możliwości symulacji w czasie rzeczywistym w zamkniętej pętli z opóźnieniem tak niskim jak 5 ms. Spełnia to potrzeby testów na dużą skalę i charakteryzujących się wysoką wydajnością, co czyni go ważnym wyborem dla przedsiębiorstw ze względu na redukcję kosztów i zwiększenie wydajności.

II. Podstawowe scenariusze zastosowań i bieżący stan rozwoju technologii symulacji wieloosiowej

Obecnie technologia symulacji wieloosiowej jest szeroko stosowana w różnych dziedzinach, takich jak obrona narodowa, lotnictwo i kosmonautyka, inteligentny transport oraz precyzyjne pomiary i mapowanie, tworząc zróżnicowany wzór zastosowań. Jednocześnie technologia jest stale udoskonalana i unowocześniana, rozwijając się w kierunku wysokiej precyzji, wysokiej dynamiki, inteligencji i integracji.

(I) Podstawowe scenariusze zastosowań

1. Przemysł obronny: stosowany głównie do testowania wydajności rakietowych, pokładowych i powietrznych systemów nawigacji, symulowania zmian położenia broni i sprzętu w warunkach manewrowania z dużą prędkością i w złożonych środowiskach elektromagnetycznych, weryfikacji dokładności pozycjonowania, zdolności przeciwzakłóceniowej i niezawodności sprzętu nawigacyjnego oraz zapewnienia jego stabilnego działania w środowisku pola walki; służy także do testowania indywidualnego sprzętu nawigacyjnego żołnierza i dronów w celu poprawy zdolności bojowych sprzętu.

2. Dziedzina lotnictwa i kosmonautyki: służy do symulacji satelitów na orbicie, weryfikacji nawigacji podczas startu rakiety, certyfikacji zdatności do lotu wyposażenia pokładowego lotnictwa cywilnego i testowania konstelacji satelitów na niskiej orbicie okołoziemskiej. Poprzez symulację wieloosiową odtwarza położenie lotu i zmiany orbity samolotu, weryfikuje zdolność współpracy systemu nawigacji z innymi ładunkami i zapewnia płynną realizację misji lotniczych.

3. Inteligentny transport: skupiający się na teście fuzyjnego pozycjonowania pojazdów autonomicznych, symulujący zmiany położenia pojazdów w miejskich kanionach, jeździe z dużą prędkością i złożonych warunkach drogowych, weryfikujący dokładność i stabilność pozycjonowania ściśle powiązanego systemu GNSS/IMU, a także wykorzystywany do testowania wydajności terminali nawigacyjnych w pojazdach w celu poprawy komfortu użytkowania produktów; ponadto służy również do testowania systemów nawigacji dla inteligentnego transportu kolejowego w celu zapewnienia bezpieczeństwa eksploatacji pociągów.

4. Inne dziedziny: W dziedzinie precyzyjnych pomiarów i mapowania służy do testowania dokładności pozycjonowania instrumentów geodezyjnych, symulowania zmian położenia sprzętu geodezyjnego w złożonym terenie i poprawy dokładności danych geodezyjnych; w dziedzinie Internetu rzeczy i urządzeń przenośnych służy do testowania wydajności małych terminali nawigacyjnych w celu spełnienia wymagań testowych dotyczących niskiego zużycia energii i małych rozmiarów; w obszarze badań naukowych i edukacji służy do nauczania oraz badań i rozwoju technologii nawigacji satelitarnej, zapewniając wsparcie dla innowacji technologicznych. 

(ii) Obecny stan rozwoju technologicznego

Obecnie technologia symulacji wieloosiowej stworzyła stosunkowo dojrzały system przemysłowy, charakteryzujący się ciągłymi przełomami w podstawowych technologiach i stałą poprawą wydajności produktów. Jeśli chodzi o dokładność, dokładność położenia geograficznego wysokiej klasy symulatorów wieloosiowych osiągnęła poziom sekundy łukowej, umożliwiając precyzyjne odtworzenie najdrobniejszych zmian położenia lotniskowca i spełniając wymagania testowe wysoce precyzyjnego sprzętu nawigacyjnego. Jeśli chodzi o wydajność dynamiczną, niektóre produkty mogą osiągnąć kątwskaźnikzakresie ±1000°/s i zakresie przyspieszenia ±10g, symulując ekstremalnie dynamiczne scenariusze, takie jak samoloty hipersoniczne. Jeśli chodzi o synchronizację, osiągnięto synchroniczne wyjście sygnałów GNSS, danych z pomiarów inercyjnych i danych o położeniu, z dokładnością synchronizacji sięgającą poziomu mikrosekund, dostosowując się do potrzeb testów syntezy wielosensorowej.