Como componente central da infra-estrutura de informação nacional, o Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS) penetrou profundamente em vários campos-chave, como a defesa nacional, a indústria aeroespacial, o transporte inteligente e a Internet das Coisas. Sua precisão de posicionamento, confiabilidade e recursos anti-interferência determinam diretamente a segurança e a eficácia das aplicações downstream. Com a rede em grande escala dos quatro principais sistemas de navegação globais, a implantação acelerada de constelações de satélites em órbita baixa da Terra e a implementação em grande escala de aplicações emergentes, como a condução autónoma e os drones, o ambiente operacional enfrentado pelos equipamentos de navegação por satélite está a tornar-se cada vez mais complexo. Os testes tradicionais de simulação de eixo único e baixa dinâmica não podem mais atender aos rigorosos requisitos de verificação de desempenho, levando a um crescimento explosivo na tecnologia de testes de simulação de vários eixos, que se tornou um suporte central para promover o desenvolvimento de alta qualidade da indústria de navegação por satélite.

EU.Principais impulsionadores do crescimento na demanda de simulação multieixos

O aumento da procura de simulação multi-eixos (principalmente simulação de três eixos, capaz de simulação simultânea nas direcções de inclinação, rotação e guinada, com alguns produtos topo de gama a estenderem-se à ligação multi-eixos) não é o resultado de um único factor, mas sim um resultado inevitável impulsionado por múltiplas forças, incluindo iteração tecnológica, actualizações de cenários, orientação política e concorrência de mercado.

(i) A expansão de cenários de aplicações de ponta está forçando uma atualização na precisão dos testes.

Os setores de defesa e aeroespacial, como áreas centrais para necessidades de simulação multieixos, continuam a registar um aumento na procura. No contexto da guerra de informação moderna, os sistemas de navegação transportados por mísseis, embarcados e aéreos devem manter um posicionamento estável em ambientes de alta velocidade, alta capacidade de manobra e altamente congestionados. A simulação multieixo pode reproduzir com precisão as complexas mudanças de atitude e trajetórias dinâmicas das aeronaves, verificando a estabilidade do desempenho dos equipamentos de navegação sob condições extremas. Portanto, o volume de aquisição de simuladores multieixos de alta qualidade continua a crescer. No campo aeroespacial, plataformas giratórias de simulação de três eixos de alta precisão são amplamente utilizadas no C919 da COMAC, em veículos de lançamento de nova geração e em projetos de constelações de satélites em órbita baixa da Terra para testes de carga útil de satélites e verificação de sistemas de navegação de aeronaves.

No sector civil, o desenvolvimento em grande escala da condução autónoma e dos drones tornou-se um motor de crescimento significativo para a procura de simulação multi-eixos. Veículos autônomos de nível 2 e superiores dependem de posicionamento de fusão fortemente acoplado de GNSS e IMU (InertialUnidade de Medição). A simulação multieixo pode fornecer simultaneamente sinais GNSS e informações de aceleração de três eixos e ângulo de rumo, verificando com precisão a confiabilidade do algoritmo de fusão e a precisão de posicionamento do veículo em cenários dinâmicos, como curvas, solavancos e aceleração rápida. No campo dos drones, as plataformas giratórias de simulação de três eixos de alta precisão tornaram-se equipamentos essenciais para testes de sistemas de controle de voo/navegação inercial, simulando as mudanças de atitude dos drones durante o voo e fornecendo suporte confiável para sua avaliação abrangente de desempenho.

(ii) O desenvolvimento integrado de tecnologias de navegação aumenta a complexidade dos testes.

Atualmente, a navegação por satélite está evoluindo do posicionamento de sinal único para o posicionamento de fusão multissensor usando GNSS, IMU, SLAM visual e LiDAR. Este modelo de fusão pode compensar as deficiências dos métodos de navegação únicos e melhorar a confiabilidade do posicionamento em ambientes complexos, mas também aumenta significativamente a dificuldade de teste. Os testes de simulação multieixo podem obter simulação síncrona de sinais de navegação, medição inercial e mudanças de atitude, correspondendo perfeitamente aos requisitos de teste de posicionamento de fusão multissensor. Ele pode verificar simultaneamente o desempenho de múltiplos aspectos, como recepção de sinal GNSS, aquisição de dados IMU e processamento de algoritmo de fusão, tornando-se um método de teste essencial na pesquisa, desenvolvimento e produção de equipamentos de navegação de fusão.

Além disso, a adoção generalizada de tecnologias anti-interferência e anti-spoofing também impulsionou o crescimento da procura de simulação multi-eixos. À medida que o ambiente eletromagnético se torna cada vez mais complexo, os dispositivos de navegação enfrentam riscos de interferência cada vez maiores. A simulação multieixo pode simular cenários complexos, como interferência forte, falsificação de sinal e efeitos multipercurso, verificando as capacidades anti-interferência e de discriminação de sinal do dispositivo.

(iii) Otimizar a eficiência e o custo dos testes para melhorar a relação custo-benefício da simulação multieixos

Em comparação com os testes de veículos e de voo ao ar livre, os testes de simulação multieixos oferecem vantagens significativas, como alta controlabilidade, alta eficiência de testes e baixo custo. Os testes ao ar livre são limitados por fatores como clima, local e regulamentos, resultando em longos ciclos de testes, custos elevados e dificuldade na reprodução de cenários extremos. Em contraste, a simulação multieixo pode reproduzir com precisão vários cenários complexos em um ambiente de laboratório, permitindo rápida verificação de desempenho, diagnóstico de falhas e otimização iterativa de equipamentos, encurtando significativamente o ciclo de P&D e reduzindo os custos de teste.

Além disso, as atualizações inteligentes e modulares dos equipamentos de simulação multieixos melhoraram ainda mais a sua relação custo-benefício. Simuladores multieixos modernos adotam uma arquitetura definida por software, suportando simulação de múltiplas instâncias, controle externo de API e importação de sinal personalizado. Um dispositivo pode executar as funções de vários simuladores tradicionais, ao mesmo tempo que possui recursos de simulação de circuito fechado em tempo real com latência tão baixa quanto 5 ms. Isso atende às necessidades de testes em larga escala e de alta eficiência, tornando-se uma escolha importante para as empresas reduzirem custos e aumentarem a eficiência.

II. Principais cenários de aplicação e status atual de desenvolvimento da tecnologia de simulação multieixos

Atualmente, a tecnologia de simulação multieixo tem sido amplamente utilizada em diversos campos, como defesa nacional, aeroespacial, transporte inteligente e levantamento e mapeamento de alta precisão, formando um padrão de aplicação diversificado. Ao mesmo tempo, a tecnologia também está em constante iteração e atualização, evoluindo para alta precisão, alta dinâmica, inteligência e integração.

(eu) Cenários de aplicativos principais

1. Indústria de defesa: Usada principalmente para testes de desempenho de sistemas de navegação aerotransportados, embarcados e aéreos, simulando as mudanças de atitude de armas e equipamentos sob manobras de alta velocidade e ambientes eletromagnéticos complexos, verificando a precisão de posicionamento, capacidade anti-interferência e confiabilidade do equipamento de navegação, e garantindo sua operação estável em ambientes de campo de batalha; também é usado para testar equipamentos de navegação de soldados individuais e drones para melhorar as capacidades de combate dos equipamentos.

2. Campo aeroespacial: É usado para simulação de satélite em órbita, verificação de navegação de lançamento de foguetes, certificação de aeronavegabilidade de equipamentos aerotransportados da aviação civil e teste de constelações de satélites em órbita baixa da Terra. Através da simulação multi-eixo, reproduz a atitude de voo e as mudanças orbitais da aeronave, verifica a capacidade de trabalho colaborativo do sistema de navegação com outras cargas úteis e garante a implementação suave das missões aeroespaciais.

3. Transporte Inteligente: Foco no teste de posicionamento de fusão de veículos autônomos, simulando as mudanças de atitude dos veículos em desfiladeiros urbanos, condução em alta velocidade e condições de estradas complexas, verificando a precisão de posicionamento e estabilidade do sistema GNSS/IMU fortemente acoplado, e também usado para o teste de desempenho de terminais de navegação em veículos para melhorar a experiência do usuário dos produtos; além disso, também é utilizado para testar sistemas de navegação para trânsito ferroviário inteligente para garantir a segurança da operação dos trens.

4. Outros campos: No campo de levantamento e mapeamento de alta precisão, é usado para testes de precisão de posicionamento de instrumentos topográficos, simulando as mudanças de atitude de equipamentos topográficos em terrenos complexos e melhorando a precisão dos dados topográficos; nas áreas de Internet das Coisas e dispositivos vestíveis, é usado para testes de desempenho de pequenos terminais de navegação para atender aos requisitos de teste de baixo consumo de energia e tamanho pequeno; nas áreas de pesquisa científica e educação, é utilizado para ensino e pesquisa e desenvolvimento de tecnologia de navegação por satélite, apoiando a inovação tecnológica. 

(ii) Situação Atual do Desenvolvimento Tecnológico

Atualmente, a tecnologia de simulação multieixo formou um sistema industrial relativamente maduro, com avanços contínuos em tecnologias essenciais e melhoria sustentada no desempenho do produto. Em termos de precisão, a precisão de atitude dos simuladores multieixos de última geração atingiu o nível de segundo de arco, permitindo a reprodução precisa de mudanças mínimas de atitude do porta-aviões e atendendo aos requisitos de teste de equipamentos de navegação de alta precisão. Em termos de desempenho dinâmico, alguns produtos podem atingir um ângulo angularavaliarfaixa de ±1000°/s e faixa de aceleração de ±10g, simulando cenários dinâmicos extremos, como aeronaves hipersônicas. Em termos de sincronização, a saída síncrona de sinais GNSS, dados de medição inercial e dados de atitude foi alcançada, com precisão de sincronização atingindo o nível de microssegundos, adaptando-se às necessidades de testes de fusão multissensor.