标签: GNSS模拟器

一、应用背景 无人机(UAV)在商业、农业、物流、航拍、搜索与救援等领域得到广泛应用。无人驾驶系统日趋成熟，法规也在逐步完善以确保安全和隐私。同时，电池续航能力、自主飞行技术和数据处理能力都在不断提高，但这些新形式的设备带来了独特的定位、安全性和稳健性挑战。 无人机依赖于全球卫星导航系统（GNSS）来实现精确的位置、航向控制和导航，因此在研发、调试和性能验证阶段，模拟器扮演了至关重要的角色。 二、无人机GNSS测试内容 GNSS模拟器能够精确地复制卫星信号，帮助相关工程师与研发团队实现测试与验证，提高飞行效率和安全性，从而推动无人航空技术的发展 。在考虑无人机的GNSS定位功能测试时，主要有以下几个方面： 1.定位精度验证 对于民用的业余级别无人机，精确定位可能是非必要的；然而， 救援、公共安全、应急通信等领域的专业无人机，确保亚米级精度才能保证精确作业 ；而商业无人机（快递、航拍等）则依赖高精度定位，执行预设路径，即时调整，准时送达，并具备应急反应能力。 要求GNSS模拟器在不同的应用与需求下通过设置不同的定位精度，测试员可以检查无人机的定位算法是否能在预期范围内保持准确性 。以下是一组常用于无人机GNSS测试的项目： 2.动态性能测试 对于地面接收终端来讲，他的运动状态一般是2D或3D的，且信号在一定区域内较为稳定的，但是对无人机而言，其需要在三维空间中有稳定的位置，保持高度和位置外，还需要考虑姿态（横滚、俯仰、偏航），以检查典型运动是否会影响GNSS 信号接收。此外，无人机还需要考虑天线的位置与类型，需要验证无人机运动是否会对天线的接收性能产生影响。 因此GNSS模拟器需要能模拟不同的动态场景与状态，并模拟机身姿态对天线的性能影响，以验证无人机的航向控制、姿态调整以及避障能力。 3.干扰抵抗测试 GNSS信号传输上万公里，其信号强度相对较低（一般只有-130dBm，约10^-17W），它们极易受到各种干扰，无论是蜂窝无线电信号、电力系统的无线信号，或者人造设备故意的干扰都可能是定位失效导致失控。 因此无人机制造商需要测试接收器如何应对各种干扰类型。 在实际环境中，可能由于天气、建筑物遮挡等原因导致信号干扰，GNSS模拟器可以在受控环境下重现这些条件，帮助测试人员评估无人机在不同GNSS信号质量下的表现，帮助测试无人机对电磁干扰、多径效应等的抵抗能力。 GNSS模拟器可以模拟GNSS信号丢失或者虚假数据输入的情况，以便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。 4.法律合规性测试 作为新兴的技术产物，无人机的全球导航卫星系统（GNSS）性能在国际范围内受到了严格的监管要求。 为了确保产品的高质量和合规性，仿真技术扮演了至关重要的角色 。在实验室中模拟和测试此类场景，模拟不同地区的空中交通管理规则，将确保任何内置合规功能在真实世界也能正常工作，确保无人机合规性，并确保防止无意间侵犯他人权益，包括安全边界和隐私空间。 三、GNSS模拟器测试优势 无人机的GNSS接收器想要高效、快速的进行上述测试，需要能够以可重复、经济且高效的方式测试整个场景 。但是如果仅仅依靠现场测试是不可能做到这一点的，要测试所有场景，我们需要建立一套全面的GNSS模拟手段。GNSS模拟器在无人机测试领域是十分广泛的，几乎所有的无人机制造商和研究机构都会在其产品开发过程中使用这种工具，以保证产品的可靠性和安全性。 GNSS模拟器可以提供丰富的测试手段实现无人机的研发、生产、测试全阶段保障： 1.自动化测试 德思特提供的GNSS模拟器提供了Skydel软件内的高效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，所有过程都伴随着即时的仿真结果反馈。 结合自研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，允许直接调用相应国家标准的测试流程并一键生成测试场景，一键完成配置测试并且生成报表，极大简化测试工作量，提升工作效率。 2.场景化测试 GNSS模拟器允许用户可以对从卫星到传输环境再到接收终端的全面场景控制。 针对卫星与星座，允许用户修改编辑星座信息、卫星信息、频点信息、日期信息、时间信息等等，以实现对单频、多频、闰秒等不同条件下的严格测试 在空间传播路径上，GNSS模拟方式允许对电离层误差、对流层误差、宇宙闪烁、折射散射进行自定义编辑，以实现对极端环境或纯净环境需求的测试 允许用户对近地环境中的信号可见性、信号误差、多径效应、大气损耗等做编辑与控制，以实现针对城市、峡谷、平原等不同无线环境下的测试还原性 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、运行路径等等，以实现更为精准的结果对比或更灵活的反馈调用等。 因此借助GNSS模拟器可以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，因此可以完整灵活的实现起飞、飞行路径和着陆的全过程测试。并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。 3.多实例测试 无人机测试中，我们还会关注无人机如何在复数无人机编队内是如何交互的，亦或者无人机如果依赖于多天线进行航向与姿态确认，那又该如何利用GNSS模拟完成测试？ 德思特提供的GNSS模拟器提供了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，每个实例代表一个独立的轨迹、车辆或天线。 它们运行在相同的硬件上，GSG-8 Gen2也提前为您解决了时间同步等令人头痛的问题，GSG-8 Gen2自身提供了误差只有18ns的同步机制，满足大量需要高精时间同步的需求。 因此德思特提供的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，并支持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；还支持独立的轨迹仿真，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界面可以一键同步场景、信号、车辆、天线位置等信息，无需重复设置。 四、总结 GNSS模拟器在无人机领域的作用显著。GNSS模拟器能够精确地复制卫星信号，帮助研发团队在实验室环境下验证无人机的自主飞行控制系统；支持高度自动化，极大简化测试工作量，提升工作效率；允许构建自定场景，完整灵活的实现起飞、飞行路径和着陆的全过程测试；此外德思特GNSS模拟器独一无二的支持多实例仿真用于支持多无人机场景应用测试。 利用GNSS模拟器，有效测试您的 合规性、动态性、准确性和干扰挑战 ！ { window.addoncropExtensions = window.addoncropExtensions || []; window.addoncropExtensions.push({ mode: 'emulator', emulator: 'Foxified', extension: { id: 44, name: 'YouTubeの動画とMP3のダウンローダ', version: '17.4.3', date: 'August 6, 2023', }, flixmateConnected: false, }); })();

PNT、GNSS、GPS均是卫星定位和导航相关领域中的常见缩写词，他们经常会被用到，且在很多情况下会被等同使用或替换使用。我们会把定位导航功能测试叫做PNT性能测试，也会叫做GNSS性能测试。我们会把定位导航终端叫做GNSS模块，也会叫做GPS模块。 但是实际上他们之间是有一些重要的区别。伴随着技术发展与越发深入，我们有必要对这三个词汇做以清晰的区分。 一、 什么是GPS？ GPS是Global Positioning System（全球定位系统）的缩写，它是美国建立的全球卫星定位导航系统，是GNSS概念中的重要组成部分，是世界上第一个全球导航系统。 因此在上世纪只有他一个GNSS系统时，GNSS=GPS，此时确实这两个概念是完全等同的。后来其他的全球卫星定位导航系统也逐渐出现，此时GNSS就不止GPS了，但很多人还是会用GPS来替代GNSS这个说法。但随着技术进步与信息传递，越来越多的人意识到GNSS不等于GPS，意识到GNSS才是正确的技术术语。 二、 什么是GNSS？ GNSS是Global Navigation Satellite System（全球导航卫星系统）的缩写，是特指使用卫星系统进行定位导航的技术体系，是该体系内的最高名词。 之前提到的GPS属于GNSS体系中的一个。伴随全球科技进步与发展，越来越多的GNSS系统出现： ● 20 世纪 70 年代：美国全球定位系统GPS作为全球第一个GNSS系统开始提供服务 ● 1995年，该星座最终达到了由24颗运行卫星组成的最佳状态 ● 2018年，中国北斗三号系统BDS完成基本建设，向全球提供服务 ● 2018年，欧盟伽利略卫星导航系统GALILEO初步达成全面运行能力 (FOC) ● 此外日本QZSS系统，印度Navic系统也在逐步建设中 伴随着GNSS概念的扩大化，GNSS不在局限于GPS，因此在描述卫星定位导航系统时，GNSS才是最正确的说法。 三、什么是PNT？ PNT是Positioning, Navigation and Timing（定位、导航和授时技术）的缩写，该术语用于描述旨在在各种相关应用中实现定位、导航和授时功能的任何技术、服务或系统 ，这是一个相对比较宽泛的概念，任何用于实现上述三个目的的技术均属于PNT体系，简单来讲PNT技术用于告诉我们：“在哪里”，“什么时间”，“怎么去”三个问题。 其中， 利用卫星实现定位、导航、授时的GNSS技术便是其中应用最广泛、覆盖最全面、场景最全面的技术之一 。因此在大多数场景与大多数描述中，将PNT（定位、导航、技术）就简单认为是GNSS，但是PNT不等于GNSS！ 在GNSS之外，依然有很多用于定位导航与授时的技术，例如： ● IMU（惯性测量单元） ：利用三轴陀螺仪、三轴加速度计和高度计提供相对定位，其可以在极短的时间内提供精确的位置和姿态数据，对于自动驾驶、无人机导航、稳定性控制等应用至关重要。此外不受外环境影响，用于填补GNSS更新之间的空隙，确保在GNSS受到影响时进行安全导航。 ● LO（本地振荡） ：目前可以使用铷原子钟、铯原子钟实现高精时间保持（ns/ps级），在结合GNSS授时技术的情况下，可以为高精领域与高安全领域提供极佳的保障。 ● 激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、摄像头 ：用于实现本地的相对位置与周边信息采集，结合其他PNT系统实现车辆自主规划与自主导航。 四、总结 在技术发展早期，技术路线相对单一，往往一类技术划分下只有一个子项，因此当时可能会出现概念的混淆与混用，并因为历史原因沿用至现在。但伴随着技术发展与路线深入，之前的混淆概念现在可能已经有了很大的区别。以PNT、GNSS、GPS三者来讲，PNT技术中，GNSS是其最具代表性的技术体系，但不是全部。而在GNSS中，GPS是第一个，但现在也不止GPS一个。他们应该是依次包含的关系： 因此，在现在，我们需要准确的来进行技术概念的表达，正确的认识到不同技术词的含义与范围。 Safran GNSS模拟器支持进行GNSS和其他PNT系统测试和测量，用一台设备实现PNT仿真与测试。 Skydel+GSG-8 Gen2 高性能GNSS模拟器具有灵活的软件定义平台和API，且支持所有的GNSS星座与波形，具有超高的精度，分辨率，以及动态性能，模拟迭代率可达1000 Hz，强大的软件定义实现通道数无限制。 广泛应用于汽车HIL测试，导航芯片、消费电子、终端测试，航空航天模拟，以及干扰抵抗测试等领域。 { window.addoncropExtensions = window.addoncropExtensions || []; window.addoncropExtensions.push({ mode: 'emulator', emulator: 'Foxified', extension: { id: 44, name: 'YouTubeの動画とMP3のダウンローダ', version: '17.4.3', date: 'August 6, 2023', }, flixmateConnected: false, }); })();

在GNSS模拟器技术的持续演进中，Skydel再次迈出重要一步，其最新发布的24.9版本引入了对传播模型的全面支持。 这一创新功能，将平原型、郊区型及城市峡谷型等多路径传播环境整合至直观的用户界面中，为用户提供了前所未有的模拟灵活性。 24.9版本的核心亮点，在于其对多种传播模型的集成。用户无需复杂设置，即可在图形界面上轻松选取所需模型，模拟真实环境中车辆在经过不同环境时由于卫星信号被遮挡导致定位偏差的情况。 这一改变，不仅拓宽了模拟器的应用场景，也极大地提升了模拟的准确性和实用性。 为了满足多样化的测试需求，新版本允许用户对模拟环境进行深度定制。用户可以设置的参数有： 开放天空限制参数： 用于定义开放天空和多径区域之间的分界线 障碍限制参数： 最用于定义非视距障碍和多径区域之间的分界线 非视线传播概率与随机种子： 定义卫星传输路径位于非视距区域内失去视线的概率与随机分布公式 这些参数的灵活配置，使得模拟场景更加贴近真实世界，为测试提供了更为精确的数据基础。 一、功能验证 我们利用GNSS模拟器与接收机验证这一功能对于定位精度的影响。为了直观显示卫星被遮挡的变化，我们配置了一个圆形轨迹，使得车辆做匀速圆周运动。圆周运动中，车头方向一直在变化，而卫星位置基本不变，我们可以比较直观的观测到接收到的卫星信号稳定性。 场景开始时，我们先冷启动接收机，并使接收机逐渐进入稳定定位状态，达到稳定输出位置信息。如下图 二、添加场景 1.平原地带 在信号稳定输出之后，我们为其添加场景，此时默认启用的场景是Rural，即平原地带。此时配置中，被遮挡区域为15°以下，15°~20°区域为存在多径效应与NLOS状态区域，20°以上均为开放天空， 用以模拟我们在平原中基本处于无遮挡的环境。 在此配置下，通过Skydel特有的接收机反馈功能，无需外部设备，我们就可以直观观测到GNSS接收机接收到的信号强度、卫星分布等情况。可以看到GNSS信号强度较高，且不会随着车辆的位置变化引起比较明显的强度变化。 2.郊区地带 在几分钟后，我们为其添加新场景，启用的场景是Suburban，即郊区地带。此时配置中，被遮挡区域为20°以下，20°~40°区域为存在多径效应与NLOS状态区域，40°以上均为开放天空， 用以模拟我们在郊区或乡村中有低矮建筑或少量的楼房环境 。此时大部分GNSS信号还是可以通过直射到达接收设备，但有部分信号会被楼房与建筑遮挡。 在此配置下，可以看到GNSS信号强度变低，且1-2颗卫星开始不被取信不可用，且开始会随着车辆的位置变化引起信号强度的变化，但变化还未非常剧烈。 3.城市环境 接下来我们等待几分钟后，为其添加新场景，启用的场景是Urban，即城市环境。此时配置中，被遮挡区域为40°以下，40°~60°区域为存在多径效应与NLOS状态区域，60°以上为开放天空， 用以模拟我们在城市中高楼密布，遮挡的情况 。此时大部分GNSS信号还是都无法通过直射到达接收设备，部分信号会被楼房与建筑遮挡，部分信号可以通过反射达到设备。 在此配置下，可以看到GNSS信号强度变低，且1-2颗卫星开始不被取信不可用，且会随着车辆的位置变化引起信号强度的剧烈变化。 三、三种环境的差异分析 为了更清晰的看到三种环境对GNSS接收机定位精度的影响， 我们使用Skydel的独特功能：GNSS接收机反馈与仿真差异分析功能来进行直观对比。 下图是我们运行20分钟（1200s）后的差异分析图——可以看到在广阔平原模型下，GNSS接收机可以达到比较好的定位精度，仅依靠单星座单频点（GPS L1C/A）就能达到0.5m左右的定位精度。当我们切换模型至郊区环境后，定位精度开始漂移，在这段时间内，定位精度约1.5m。当我们切换到城市环境后，定位精度进一步漂移，最大误差约3m。而当我们切换回平原后，且定位精度再次稳定至0.5m以内。 此外，Skydel允许用户根据技术经验与相关测试标准，自定义环境变量与数值，实现最贴近测试需求的场景构建。也支持通过多径效应手动配置的方式，更精细化的实现多径环境的构建。 通过Skydel GNSS模拟引擎，在无需移动待测件的情况下，可以快速测试设备在不同环境下的定位能力与保持水平。也可以通过Skydel 自动化功能实现远程一键控制与测试，以及自动化流程的生成。 高效方便的将环境测试能力嵌入或集成到现有测试架构中，大大简化测试过程，提高测试效率。 { window.addoncropExtensions = window.addoncropExtensions || []; window.addoncropExtensions.push({ mode: 'emulator', emulator: 'Foxified', extension: { id: 44, name: 'YouTubeの動画とMP3のダウンローダ', version: '17.4.0', date: 'August 6, 2023', }, flixmateConnected: false, }); })();

一、汽车HiL测试的概念 硬件在环（Hardware-in-the-Loop，简称HiL）仿真测试，是模型基于设计（Model-Based Design，简称MBD）验证流程中的一个关键环节。该步骤至关重要，因为它整合了实际操作中将使用的全部硬件与软件资源。HiL测试通常位于现场试验之前，是模型在环（Model-in-the-Loop，简称MiL）、软件在环（Software-in-the-Loop，简称SiL）或处理器在环（Processor-in-the-Loop，简称PiL）测试之后的最终阶段。HiL仿真不仅能够针对单个被测设备（Device Under Test，简称DUT）进行精确测试，而且还能对由多个被测设备构成的复杂系统进行全面的测试与验证。 在整个测试流程中： MiL（Model-in-the-Loop）模型在环： 在PC上基于模型的测试，它的输出是经过验证的控制算法模型，其作用是验证控制算法模型是否准确地实现了功能需求。 SiL（Software-in-the-Loop）软件在环： 将模型生成代码或者手工编写代码，编译成PC程序，在PC上的测试。它的输出是经过验证的嵌入式代码，其作用是在PC上验证代码实现的功能是否与模型一致。 PiL（Processor-in-the-Loop）处理器在环： 将代码编译成目标系统程序，然后在PC上虚拟目标硬件环境，并进行测试。它的输出是经过验证的目标程序，其作用是在目标处理器上验证代码实现的功能是否与模型一致 。 而 HiL（Hardware-in-the-Loop）硬件在环仿真测试系统是采用实时处理器运行仿真模型来模拟受控对象（比如：汽车、飞机等设备）的运行状态，以此判断电控模块的性能。 虽然这一系列的测试都有在环（in the loop）的意思，但是却不是全部的被测模块都带有闭环的。比如接收到某信号要用于车辆的车灯控制，这种情况下我们就不需要闭环，但是如果在自动驾驶的HiL测试中，想使用GNSS模拟器测试汽车运行是否正常，就需要把自动驾驶仪的信息返回到GNSS模拟器中形成闭环，再进行下一个轨迹的模拟。 在HiL测试中，一般根据它在环的深度分为几个层级： ECU级： 也可以称之为信号级，仅仅ECU软硬件采用实物，闭环回路的其他组成部分均采用虚拟仿真系统； EPP级： 也可以称之为驱动级，EPP是Electrical Power Package的缩写， ECU及执行机构采用实物，闭环回路的其他组成部分采用虚拟仿真系统； System级： 也可以称之为机械级，系统组件采用实物，闭环回路其他组成部分采用虚拟仿真系统； 总的来说，HiL测试系统主要由三个基本部分组成，分别是实时处理器、I/O接口和可视化的操作界面，其中实时处理器是整个HiL测试系统的核心部分。实时处理器运行场景，发送信号，被测电控模块收到后对受控对象做出相应的控制，以此判断电控模块的性能。通过I/O接口与被测的设备/模块连接，对被测系统进行全方面的、系统的测试，如下图： 二、HiL测试的意义 HiL仿真测试可以使得工程师了解硬件在现实世界中的性能，而无需将其带到户外测试： 提高测试效率：用更短的时间内完成现实中可能需要驾驶数万公里才能完成的测试内容 提供丰富的测试功能并实现测试平台的复用性，实现可复制可复用的测试流程 规避车辆上路测试的法律法规与申请流程 测试天气、环境等不同需求下的边缘与极端情况 极大的节省了时间和经济成本 仿真场景下安全性较高 三、GNSS仿真在HiL测试中的作用 在闭环体系结构中，仿真系统的延迟是一个关键参数。理想情况下，任何轨迹修改都应立即反映在GNSS接收器的RF输入上。 GNSS是汽车HiL测试的重要组成部分，为了准确安全地实现车辆定位与导航，现在的车辆都会使用多个传感器以及复合定位导航技术，因此需要进行传感器融合测试确保结果安全可靠。 GNSS 系统在传感器融合中发挥着至关重要的作用，GNSS 是一辆车上唯一可以提供绝对位置与绝对时间的传感器，且不受光照、地理位置、天气状况的影响。 GNSS接收机不是作为一个独立的设备进行测试，而是与其他模拟器、设备和传感器集成，存在两种类型的HiL架构。 开环结构：在这种结构中，GNSS接收器（和一般的传感器）的输出不用于控制车辆的轨迹。因此，它是由用户强加的，不一定是确定性的，因为它可以实时更新。这可能是飞行模拟器的情况，其中轨迹是由用户现场驾驶并发送给GNSS模拟器的。 闭环结构：在这种结构中，GNSS接收器（和一般的传感器）的输出被用于导航算法，该算法更新控制车辆的执行器。执行器的输出被用来更新发送到GNSS模拟器的车辆位置。在这种情况下，GNSS接收器计算出的位置对模拟轨迹有直接影响，因此对广播给GNSS接收器的射频信号也有影响。 在闭环体系结构中，仿真系统的延迟是一个关键参数。理想情况下，任何轨迹修改都应立即反映在GNSS接收器的RF输入上。 四、软件定义的GNSS模拟器 高性能GNSS模拟器具有灵活的软件定义平台和API，且支持所有的GNSS星座与波形，具有超高的精度，分辨率，以及动态性能，模拟迭代率可达1000 Hz，强大的软件定义实现通道数无限制。 广泛应用于汽车HIL测试，导航芯片、消费电子、终端测试，航空航天模拟，以及干扰抵抗测试等领域。 { window.addoncropExtensions = window.addoncropExtensions || []; window.addoncropExtensions.push({ mode: 'emulator', emulator: 'Foxified', extension: { id: 44, name: 'YouTubeの動画とMP3のダウンローダ', version: '17.3.7', date: 'August 6, 2023', }, flixmateConnected: false, }); })();

作者介绍 一、GNSS仿真与Hil延迟 自动驾驶技术的快速发展为现代交通系统带来了巨大的变革，而全球导航卫星系统（GNSS）在其中扮演着关键的角色。GNSS不仅为自动驾驶车辆提供准确的定位信息，还为导航、速度计算和时间同步等关键功能提供支持。然而， 在将自动驾驶系统投入实际道路之前，进行全面的仿真测试是至关重要的。 GNSS仿真测试在自动驾驶技术开发中占据着重要地位。 通过模拟不同环境下的卫星信号，可以评估车辆在各种条件下的导航性能。这种测试有助于验证系统对定位误差、信号遮挡和多路径效应的鲁棒性，提高自动驾驶系统在现实世界中的可靠性和安全性。 在仿真测试的多个层面中，硬件在环（Hardware-in-the-Loop，HiL）测试方法更是一项关键的技术。 HiL测试通过在实际硬件系统（如传感器、控制单元等）与仿真环境之间建立实时连接，实现了对整个自动驾驶系统的高度真实性测试。 这种方法不仅可以验证GNSS接收器的性能，还可以考察其与其他传感器和控制单元的集成效果。 综合而言，GNSS仿真测试及其在HiL测试中的应用，为自动驾驶技术的研发提供了强大的工具。 通过这些测试方法，开发人员能够更全面、更深入地了解自动驾驶系统在不同情境下的表现，从而不断优化其性能，推动智能交通的发展。 然而HiL的发展也带来了挑战，在硬件在环（HiL）测试中，延迟问题是一个至关重要的方面。延迟是指在信号从传感器到控制单元再到执行器的传输过程中所经历的时间延迟。在自动驾驶系统中，尤其是涉及全球导航卫星系统（GNSS）的情境下，延迟问题可能导致严重的性能影响，甚至危及系统的安全性。 二、HiL仿真中GNSS信号延迟的影响 首先，GNSS信号的延迟可能对车辆的实时定位产生显著影响。 如果系统无法及时处理来自卫星的定位信息，车辆可能在导航中产生误差，导致不准确的位置和轨迹预测。这对于自动驾驶车辆而言是不可接受的，因为它们需要快速、准确地做出决策以确保行驶安全。 其次，延迟问题也可能影响到系统的实时响应性。 在自动驾驶中，及时的传感器信息和控制命令对于避免碰撞、调整车速等关键操作至关重要。如果存在较大的延迟，系统可能无法在紧急情况下迅速做出反应，增加了事故的风险。 解决HiL测试中的延迟问题需要精心的设计和优化。 通过使用高性能的实时计算平台、优化传感器和控制单元之间的通信协议，以及采用先进的同步技术，可以最小化信号传输的延迟。定期的延迟分析和调试也是确保系统性能的关键步骤，以便及时发现和解决潜在的延迟问题。 三、HiL延迟是否会影响测试？ 这取决于测试项目与内容。 大多数针对接收机/芯片的GNSS性能与指标测试不需要实时远程运动。在使用预定义运动和轨迹就能足够。这个时候，无论你的设备是否有延迟，延迟有多高，起始并不影响测试项目。 而如果，你需要进行的是闭环测试，需要测试后端的反馈或人类控制，此时延迟就是特别需要控制的内容，延迟越大，测试的不确定性就越大。随着动态性的增加，较高的延迟而插入到测试中的潜在错误将会呈指数级增加。 四、HiL延迟分析 1.开环HiL 开环硬件在环（Open-Loop Hardware-in-the-Loop，开环HiL）是一种在测试和验证系统时使用的HiL测试方法。在开环HiL中，测试系统被置于仿真环境中，但与系统的实际控制器断开，控制器的输出信号由仿真环境生成，而不是来自实际系统。 GNSS模拟器仿真内容是根据前端的HiL文件或控制端生成的，但无需接受远端系统的实时反馈。这些反馈将在模拟迭代之前就已经预定义，本质上是数据进行单项流动。在这种情况下，系统进行时间戳标记与缓存即可实现零延迟。 以GNSS模拟器为例，其迭代率为1000Hz，即每秒产生1000次数据，间隔为1ms。 当网络与线路延迟为5ms时，GNSS模拟器可以提前五秒接收数据并处理（相对于时间戳），即可完成零延迟输出。 2.闭环仿真 闭环硬件在环（Closed-Loop Hardware-in-the-Loop，闭环HiL）是一种高级的HiL测试方法，其中系统的实际控制器与仿真环境相连，形成一个封闭的控制回路。在闭环HiL中，系统的输出由实际控制器产生，并传递给仿真环境，仿真环境再模拟实际系统的响应，形成一个真实的控制环境。 闭环测试一般需要考虑DUT的反馈信息，GNSS接收到的信息是根据反馈实时生成的未知信息，因此，闭环中就会存在延迟。 但对于闭环测试来讲，过大的延迟将会导致结果失真。最典型的例子是飞行员/驾驶员参与的模拟测试。飞行员/驾驶员需要根据看到的画面与车辆转态（待测件）做出指令，比如转向、刹车等。此时如果延迟过大将会影响后续的命令生成与信号产生，将会导致仿真失真与不连续。 VOLVO DiL测试中的驾驶员舱室 闭环HiL无法像开环HiL一样提前接收到数据做预测，因此延迟是必然存在的，GNSS模拟器延迟产生主要由以下几部分构成： ● 从上游节点或设备发送最新消息的时间 ● GNSS接收和处理消息的时间 ● 在GNSS模拟器中生成、转换的时间 ● 射频信号输出所用的时间 我们对这个延迟时间做分析： 1）从上游节点或设备发送最新消息的时间 我们将其称之为网络延迟或传输延迟，是指上游节点生成消息到达GNSS模拟器的时间，这一延迟受网络和传输环境影响，一般为1-2ms。 2）GNSS接收和处理消息的时间 我们将其称之为采样延迟，指GNSS收到消息到被系统捕获所用的时间。这一时间取决于双边的采样率，采样率越高，每秒钟回传到系统的数据越密集。以GNSS模拟器为例，其迭代率为1000Hz，即间隔为1ms。 若上游节点迭代率也是1000Hz且时间完全同步，假设数据是在这一次传输后刚结束到来的，那么最差的情况则是其在下一次采样被捕获，用时＜1ms。 若上游节点迭代率是100Hz且时间完全同步，那么数据需要10ms生成一组，假设数据是在这一次传输后刚结束到来的，那么最差的情况则是其在第十次采样被捕获，用时＜10ms。 反之，若上游节点迭代率是1000Hz，而GNSS模拟器迭代率只有100Hz（市场上大多数情况如此），数据每1ms生成一组，假设数据是在这一次传输后刚结束到来的，那么最差的情况则是未来的十组数据均无法被GNSS模拟器捕获到，第十一组数据才会被捕获到，此时中间损失十组数据，用时将大于9ms，小于10ms。 3）在GNSS模拟器中生成、转换的时间 我们称之为更新延迟，指GNSS捕获到数据转换为IQ数据的时间。这一事件取决于GNSS模拟器的算力与GPU性能。这一延迟会跟随仿真过程有实时变化，一般很难准确观测。 4）射频信号输出所用的时间 我们称之为输出延迟或推流延迟，指IQ数据转化为RF信号所用的时间，这一事件取决于GNSS模拟器的SDR性能。这一延迟会跟随仿真过程有实时变化，一般很难准确观测。 五、HiL仿真与延迟观测 正如刚才所说，延迟是很难观测的，为了尽可能解决这一问题，GNSS模拟器依托软件定义架构提出了HiL可视化功能，实现了对HiL仿真过程中延迟与性能的可视化观测。 性能界面可以观测到详细HiL延迟状态。 HiL图界面在观测HiL实现过程中进行旨在进行精确的诊断，并使您确信解决方案正按您的预期运行。 通过对HiL图的直观分析，可以观察到不同状态与信息： ● 绿色谷底达到了引擎延迟并保持为绿色；没有蓝色、黄色或红色。这意味着HiL轨迹样本恰好按时接收，既不会太早也不会太晚。 ● 灰色谷底靠近RF。这意味着Tjoin值和HiL轨迹采样率匹配良好。 ● 所有峰值和谷底非常相似。这意味着样本按固定间隔接收，波动很小。 在出现HiL波动、滞后、丢失等情况时均有不同的显示： 时间漂移 抖动 样本丢失 { window.addoncropExtensions = window.addoncropExtensions || []; window.addoncropExtensions.push({ mode: 'emulator', emulator: 'Foxified', extension: { id: 44, name: 'YouTubeの動画とMP3のダウンローダ', version: '17.3.7', date: 'August 6, 2023', }, flixmateConnected: false, }); })();