Являясь основным компонентом национальной информационной инфраструктуры, Глобальная навигационная спутниковая система (ГНСС) глубоко проникла во многие ключевые области, такие как национальная оборона, аэрокосмическая промышленность, интеллектуальный транспорт и Интернет вещей. Их точность позиционирования, надежность и защита от помех напрямую определяют безопасность и эффективность последующих приложений. Благодаря полномасштабному объединению четырех основных глобальных навигационных систем, ускоренному развертыванию группировок спутников на низкой околоземной орбите и широкомасштабному внедрению новых приложений, таких как автономное вождение и дроны, операционная среда, с которой сталкивается спутниковое навигационное оборудование, становится все более сложной. Традиционное одноосное тестирование с низким динамическим моделированием больше не может соответствовать строгим требованиям проверки производительности, что приводит к взрывному росту технологии многоосного моделирования, которая стала основной поддержкой для содействия высококачественному развитию индустрии спутниковой навигации.

Я.Основные факторы роста спроса на многоосное моделирование

Резкий рост спроса на многоосное моделирование (в первую очередь трехосное моделирование, способное одновременно моделировать в направлениях тангажа, крена и рыскания, а некоторые высококачественные продукты расширяются до многоосной связи) не является результатом одного фактора, а, скорее, неизбежным результатом, обусловленным множеством сил, включая технологические итерации, обновления сценариев, политические рекомендации и рыночную конкуренцию.

(i) Расширение сценариев высокопроизводительных приложений требует повышения точности тестирования.

В оборонном и аэрокосмическом секторах, как основных областях многоосного моделирования, продолжает наблюдаться всплеск спроса. В условиях современной информационной войны ракетные, корабельные и воздушные навигационные системы должны сохранять устойчивое позиционирование в условиях высокой скорости, высокой манёвренности и высокой помехоустойчивости. Многоосное моделирование может точно воспроизводить сложные изменения положения и динамические траектории самолета, проверяя стабильность работы навигационного оборудования в экстремальных условиях. Поэтому объем закупок полноценных многоосных тренажеров продолжает расти. В аэрокосмической сфере высокоточные проигрыватели трехосного моделирования широко используются в ракетах-носителях COMAC C919, ракетах-носителях нового поколения и проектах группировок спутников на низкой околоземной орбите для тестирования полезной нагрузки спутников и проверки авиационных навигационных систем.

В гражданском секторе масштабное развитие автономного вождения и дронов стало значительным драйвером роста спроса на многоосное моделирование. Автономные транспортные средства уровня 2 и выше полагаются на тесно связанное позиционирование GNSS и IMU (инерциальное позиционирование).Единица измерения). Многоосное моделирование может одновременно предоставлять сигналы GNSS и информацию об ускорении по трем осям и углу курса, точно проверяя надежность алгоритма объединения и точность позиционирования транспортного средства в динамических сценариях, таких как поворот, удары и быстрое ускорение. В области дронов высокоточные проигрыватели трехосного моделирования стали основным оборудованием для испытаний систем управления полетом/инерциальной навигации, имитируя изменения положения дронов во время полета и обеспечивая надежную поддержку для всесторонней оценки их характеристик.

(ii) Комплексное развитие навигационных технологий увеличивает сложность испытаний.

В настоящее время спутниковая навигация развивается от позиционирования по одному сигналу к комбинированному позиционированию с использованием нескольких датчиков с использованием GNSS, IMU, визуального SLAM и LiDAR. Эта объединенная модель может компенсировать недостатки одиночных методов навигации и повысить надежность позиционирования в сложных условиях, но также значительно увеличивает сложность тестирования. Многоосное моделирование позволяет добиться синхронного моделирования навигационных сигналов, инерционных измерений и изменений положения, что идеально соответствует требованиям тестирования многосенсорного позиционирования. Он может одновременно проверять производительность нескольких аспектов, таких как прием сигналов GNSS, сбор данных IMU и обработка алгоритма синтеза, что становится важным методом тестирования в исследованиях, разработках и производстве термоядерного навигационного оборудования.

Кроме того, широкое внедрение технологий защиты от помех и спуфинга также привело к росту спроса на многоосное моделирование. Поскольку электромагнитная среда становится все более сложной, навигационные устройства сталкиваются с постоянно растущими рисками помех. Многоосное моделирование позволяет моделировать сложные сценарии, такие как сильные помехи, подмена сигнала и эффекты многолучевого распространения, проверяя возможности устройства по защите от помех и возможности распознавания сигналов.

(iii) Оптимизация эффективности и стоимости тестирования для повышения экономической эффективности многоосного моделирования.

По сравнению с испытаниями транспортных средств на открытом воздухе и летными испытаниями многоосное моделирование дает значительные преимущества, такие как высокая управляемость, высокая эффективность испытаний и низкая стоимость. Тестирование на открытом воздухе ограничено такими факторами, как погода, место проведения и правила, что приводит к длительным циклам тестирования, высоким затратам и трудностям при воспроизведении экстремальных сценариев. Напротив, многоосное моделирование может точно воспроизводить различные сложные сценарии в лабораторных условиях, обеспечивая быструю проверку производительности, диагностику неисправностей и итеративную оптимизацию оборудования, что значительно сокращает цикл исследований и разработок и снижает затраты на тестирование.

Кроме того, интеллектуальная и модульная модернизация оборудования многоосного моделирования еще больше повысила его экономическую эффективность. Современные многоосные симуляторы используют программно-определяемую архитектуру, поддерживающую многоэкземплярное моделирование, внешнее управление API и импорт пользовательских сигналов. Одно устройство может выполнять функции нескольких традиционных симуляторов, а также обладает возможностями моделирования с обратной связью в реальном времени с задержкой всего 5 мс. Это отвечает потребностям крупномасштабных высокоэффективных испытаний, что делает его важным выбором для предприятий, позволяющим снизить затраты и повысить эффективность.

II. Основные сценарии применения и текущий статус развития технологии многоосного моделирования

В настоящее время технология многоосного моделирования широко используется в различных областях, таких как национальная оборона, аэрокосмическая промышленность, интеллектуальный транспорт, а также высокоточная съемка и картографирование, образуя разнообразную схему применения. В то же время технология постоянно совершенствуется и совершенствуется, развиваясь в направлении высокой точности, высокой динамики, интеллекта и интеграции.

(я) Основные сценарии применения

1. Оборонная промышленность: в основном используется для проверки работоспособности ракетных, корабельных и воздушных навигационных систем, моделирования изменений положения вооружения и техники при высокоскоростном маневрировании и сложных электромагнитных условиях, проверки точности позиционирования, помехозащищенности и надежности навигационного оборудования, а также обеспечения его стабильной работы в условиях боя; он также используется для испытаний индивидуального навигационного оборудования солдат и дронов для улучшения боевых возможностей техники.

2. Аэрокосмическая область: используется для моделирования спутников на орбите, проверки навигации при запуске ракет, сертификации летной годности бортового оборудования гражданской авиации и испытаний группировок спутников на низкой околоземной орбите. Посредством многоосевого моделирования он воспроизводит положение полета и изменения орбиты самолета, проверяет возможность совместной работы навигационной системы с другими полезными нагрузками и обеспечивает плавное выполнение аэрокосмических миссий.

3. Интеллектуальный транспорт: сосредоточение внимания на тестировании позиционирования автономных транспортных средств, моделировании изменений положения транспортных средств в городских каньонах, высокоскоростном вождении и сложных дорожных условиях, проверке точности позиционирования и стабильности тесно связанной системы GNSS/IMU, а также использовании для тестирования производительности автомобильных навигационных терминалов для улучшения пользовательского опыта продуктов; кроме того, он также используется для тестирования навигационных систем интеллектуального железнодорожного транспорта для обеспечения безопасности движения поездов.

4. Другие области: в области высокоточной съемки и картографии он используется для проверки точности позиционирования геодезических инструментов, моделирования изменений положения геодезического оборудования на сложной местности и повышения точности геодезических данных; в области Интернета вещей и носимых устройств он используется для тестирования производительности небольших навигационных терминалов для удовлетворения требований тестирования низкого энергопотребления и небольшого размера; в области научных исследований и образования он используется для обучения, исследований и разработки технологий спутниковой навигации, обеспечивая поддержку технологических инноваций. 

(ii) Текущее состояние технологического развития

В настоящее время технология многоосного моделирования сформировала относительно зрелую промышленную систему с постоянными прорывами в основных технологиях и устойчивым улучшением характеристик продукции. Что касается точности, точность ориентации высококлассных многоосных симуляторов достигла уровня угловых секунд, что позволяет точно воспроизводить мельчайшие изменения ориентации носителя и отвечает требованиям испытаний высокоточного навигационного оборудования. Что касается динамических характеристик, некоторые продукты могут достигать угластавкадиапазон ±1000°/с и диапазон ускорения ±10g, моделируя экстремальные динамические сценарии, такие как гиперзвуковой самолет. Что касается синхронизации, был достигнут синхронный вывод сигналов GNSS, данных инерциальных измерений и данных ориентации, при этом точность синхронизации достигает уровня микросекунд, что адаптируется к потребностям испытаний слияния нескольких датчиков.