In quanto componente fondamentale dell’infrastruttura informatica nazionale, il sistema globale di navigazione satellitare (GNSS) è penetrato profondamente in molteplici campi chiave come la difesa nazionale, l’aerospaziale, i trasporti intelligenti e l’Internet delle cose. La loro precisione di posizionamento, affidabilità e capacità anti-interferenza determinano direttamente la sicurezza e l'efficacia delle applicazioni a valle. Con la messa in rete su vasta scala dei quattro principali sistemi di navigazione globale, lo spiegamento accelerato di costellazioni di satelliti in orbita terrestre bassa e l’implementazione su larga scala di applicazioni emergenti come la guida autonoma e i droni, l’ambiente operativo affrontato dalle apparecchiature di navigazione satellitare sta diventando sempre più complesso. I tradizionali test di simulazione monoasse e a bassa dinamica non sono più in grado di soddisfare i rigorosi requisiti di verifica delle prestazioni, portando a una crescita esplosiva della tecnologia di test di simulazione multiasse, che è diventata un supporto fondamentale per promuovere lo sviluppo di alta qualità del settore della navigazione satellitare.

IO.Principali fattori di crescita nella domanda di simulazione multiasse

L’aumento della domanda di simulazione multiasse (principalmente simulazione a tre assi, capace di simulazione simultanea nelle direzioni di beccheggio, rollio e imbardata, con alcuni prodotti di fascia alta che si estendono al collegamento multiasse) non è il risultato di un singolo fattore, ma piuttosto un risultato inevitabile guidato da molteplici forze, tra cui l’iterazione tecnologica, gli aggiornamenti degli scenari, l’orientamento politico e la concorrenza di mercato.

(i) L'espansione degli scenari applicativi di fascia alta sta imponendo un aggiornamento nell'accuratezza dei test.

I settori della difesa e dell’aerospaziale, in quanto aree centrali per le esigenze di simulazione multiasse, continuano a vedere un aumento della domanda. Nel contesto della moderna guerra dell’informazione, i sistemi di navigazione missilistici, navali e aerei devono mantenere un posizionamento stabile in ambienti ad alta velocità, alta manovrabilità e altamente congestionati. La simulazione multiasse può riprodurre accuratamente i complessi cambiamenti di assetto e le traiettorie dinamiche degli aerei, verificando la stabilità delle prestazioni delle apparecchiature di navigazione in condizioni estreme. Pertanto, il volume degli acquisti di simulatori multiasse di alta qualità continua a crescere. Nel campo aerospaziale, le piattaforme girevoli di simulazione a tre assi ad alta precisione sono ampiamente utilizzate nel C919 di COMAC, nei veicoli di lancio di nuova generazione e nei progetti di costellazione di satelliti in orbita terrestre bassa per i test del carico utile dei satelliti e la verifica del sistema di navigazione degli aerei.

Nel settore civile, lo sviluppo su larga scala della guida autonoma e dei droni è diventato un significativo motore di crescita per la domanda di simulazione multiasse. I veicoli autonomi di livello 2 e superiori si basano sul posizionamento di fusione strettamente accoppiato di GNSS e IMU (InertialUnità di misura). La simulazione multiasse può fornire simultaneamente segnali GNSS e informazioni sull'accelerazione a tre assi e sull'angolo di rotta, verificando accuratamente l'affidabilità dell'algoritmo di fusione e la precisione di posizionamento del veicolo in scenari dinamici come svolte, dossi e accelerazioni rapide. Nel campo dei droni, le piattaforme girevoli di simulazione a tre assi ad alta precisione sono diventate apparecchiature fondamentali per il test dei sistemi di controllo di volo/navigazione inerziale, simulando i cambiamenti di assetto dei droni durante il volo e fornendo un supporto affidabile per la loro valutazione completa delle prestazioni.

(ii) Lo sviluppo integrato delle tecnologie di navigazione aumenta la complessità dei test.

Attualmente, la navigazione satellitare si sta evolvendo dal posizionamento a segnale singolo al posizionamento a fusione multisensore utilizzando GNSS, IMU, SLAM visivo e LiDAR. Questo modello di fusione può compensare le carenze dei singoli metodi di navigazione e migliorare l’affidabilità del posizionamento in ambienti complessi, ma aumenta anche significativamente la difficoltà dei test. I test di simulazione multiasse possono ottenere la simulazione sincrona dei segnali di navigazione, della misurazione inerziale e dei cambiamenti di assetto, soddisfacendo perfettamente i requisiti di test del posizionamento della fusione multisensore. Può verificare simultaneamente le prestazioni di molteplici aspetti come la ricezione del segnale GNSS, l'acquisizione dei dati IMU e l'elaborazione dell'algoritmo di fusione, diventando un metodo di test essenziale nella ricerca, sviluppo e produzione di apparecchiature di navigazione a fusione.

Inoltre, l’adozione diffusa di tecnologie anti-interferenza e anti-spoofing ha anche guidato la crescita della domanda di simulazione multiasse. Poiché l’ambiente elettromagnetico diventa sempre più complesso, i dispositivi di navigazione si trovano ad affrontare rischi di interferenze sempre maggiori. La simulazione multiasse può simulare scenari complessi come forti interferenze, spoofing del segnale ed effetti multipercorso, verificando le capacità anti-interferenza del dispositivo e le capacità di discriminazione del segnale.

(iii) Ottimizzare l'efficienza e i costi dei test per migliorare il rapporto costo-efficacia della simulazione multiasse

Rispetto ai test di volo e su veicoli all'aperto, i test di simulazione multiasse offrono vantaggi significativi come elevata controllabilità, elevata efficienza di test e basso costo. I test all’aperto sono limitati da fattori quali condizioni meteorologiche, luogo e normative, con conseguenti cicli di test lunghi, costi elevati e difficoltà nel riprodurre scenari estremi. Al contrario, la simulazione multiasse può riprodurre accuratamente vari scenari complessi in un ambiente di laboratorio, consentendo una rapida verifica delle prestazioni, diagnosi dei guasti e ottimizzazione iterativa delle apparecchiature, abbreviando significativamente il ciclo di ricerca e sviluppo e riducendo i costi di test.

Inoltre, gli aggiornamenti intelligenti e modulari delle apparecchiature di simulazione multiasse ne hanno ulteriormente migliorato l'efficacia in termini di costi. I moderni simulatori multiasse adottano un'architettura definita dal software, che supporta la simulazione multiistanza, il controllo esterno API e l'importazione di segnali personalizzati. Un dispositivo può eseguire le funzioni di più simulatori tradizionali, possedendo anche funzionalità di simulazione a circuito chiuso in tempo reale con latenza fino a 5 ms. Ciò soddisfa le esigenze di test su larga scala e ad alta efficienza, rendendolo una scelta importante per le aziende per ridurre i costi e aumentare l'efficienza.

II. Scenari applicativi principali e stato di sviluppo attuale della tecnologia di simulazione multiasse

Attualmente, la tecnologia di simulazione multiasse è stata ampiamente utilizzata in vari campi come la difesa nazionale, l’aerospaziale, i trasporti intelligenti e il rilevamento e la mappatura ad alta precisione, formando un modello di applicazione diversificato. Allo stesso tempo, la tecnologia è in continua iterazione e aggiornamento, sviluppandosi verso alta precisione, alta dinamica, intelligenza e integrazione.

(io) Scenari applicativi principali

1. Industria della difesa: utilizzato principalmente per testare le prestazioni di sistemi di navigazione missilistici, navali e aerei, simulando i cambiamenti di assetto di armi ed equipaggiamenti in manovre ad alta velocità e ambienti elettromagnetici complessi, verificando l'accuratezza del posizionamento, la capacità anti-interferenza e l'affidabilità delle apparecchiature di navigazione e garantendo il loro funzionamento stabile in ambienti di battaglia; viene utilizzato anche per testare le apparecchiature di navigazione e i droni dei singoli soldati per migliorare le capacità di combattimento delle attrezzature.

2. Campo aerospaziale: viene utilizzato per la simulazione di satelliti in orbita, la verifica della navigazione del lancio di razzi, la certificazione di aeronavigabilità delle apparecchiature di bordo dell'aviazione civile e il test di costellazioni di satelliti in orbita terrestre bassa. Attraverso la simulazione multiasse, riproduce l'assetto di volo e i cambiamenti orbitali dell'aereo, verifica la capacità di lavoro collaborativo del sistema di navigazione con altri carichi utili e garantisce la corretta implementazione delle missioni aerospaziali.

3. Trasporto intelligente: focalizzato sul test di posizionamento della fusione di veicoli autonomi, simulando i cambiamenti di assetto dei veicoli nei canyon urbani, guida ad alta velocità e condizioni stradali complesse, verificando l'accuratezza del posizionamento e la stabilità del sistema GNSS/IMU strettamente accoppiato e utilizzato anche per testare le prestazioni dei terminali di navigazione a bordo del veicolo per migliorare l'esperienza dell'utente dei prodotti; inoltre, viene utilizzato anche per testare sistemi di navigazione per il transito ferroviario intelligente per garantire la sicurezza della circolazione ferroviaria.

4. Altri campi: nel campo del rilevamento e della mappatura ad alta precisione, viene utilizzato per testare l'accuratezza del posizionamento degli strumenti di rilevamento, simulare i cambiamenti di assetto delle apparecchiature di rilevamento su terreni complessi e migliorare l'accuratezza dei dati di rilevamento; nei campi dell'Internet delle cose e dei dispositivi indossabili, viene utilizzato per testare le prestazioni di piccoli terminali di navigazione per soddisfare i requisiti di test di basso consumo energetico e dimensioni ridotte; nei settori della ricerca scientifica e della formazione viene utilizzato per la didattica e la ricerca e sviluppo delle tecnologie di navigazione satellitare, fornendo supporto all'innovazione tecnologica. 

(ii) Stato attuale dello sviluppo tecnologico

Attualmente, la tecnologia di simulazione multiasse ha formato un sistema industriale relativamente maturo, con continui progressi nelle tecnologie di base e miglioramenti costanti nelle prestazioni dei prodotti. In termini di accuratezza, l’accuratezza dell’assetto dei simulatori multiasse di fascia alta ha raggiunto il livello del secondo d’arco, consentendo una riproduzione precisa dei minimi cambiamenti di assetto della portaerei e soddisfacendo i requisiti di test delle apparecchiature di navigazione ad alta precisione. In termini di prestazioni dinamiche, alcuni prodotti possono raggiungere un risultato angolarevalutareintervallo di ±1000°/s e un intervallo di accelerazione di ±10g, simulando scenari dinamici estremi come quelli degli aerei ipersonici. In termini di sincronizzazione, è stata ottenuta l'uscita sincrona dei segnali GNSS, dei dati di misurazione inerziali e dei dati di assetto, con una precisione di sincronizzazione che raggiunge il livello del microsecondo, adattandosi alle esigenze dei test di fusione multisensore.