Como componente central de la infraestructura de información nacional, el Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) ha penetrado profundamente en múltiples campos clave, como la defensa nacional, el sector aeroespacial, el transporte inteligente y el Internet de las cosas. Su precisión de posicionamiento, confiabilidad y capacidades antiinterferencias determinan directamente la seguridad y efectividad de las aplicaciones posteriores. Con la creación de redes a gran escala de los cuatro principales sistemas de navegación mundiales, el despliegue acelerado de constelaciones de satélites en órbita terrestre baja y la implementación a gran escala de aplicaciones emergentes como la conducción autónoma y los drones, el entorno operativo al que se enfrentan los equipos de navegación por satélite se está volviendo cada vez más complejo. Las pruebas de simulación tradicionales de un solo eje y baja dinámica ya no pueden cumplir con los estrictos requisitos de verificación del rendimiento, lo que ha llevado a un crecimiento explosivo en la tecnología de pruebas de simulación de múltiples ejes, que se ha convertido en un soporte central para promover el desarrollo de alta calidad de la industria de la navegación por satélite.

I.Principales impulsores del crecimiento de la demanda de simulación multieje

El aumento de la demanda de simulación multieje (principalmente simulación de tres ejes, capaz de simulación simultánea en direcciones de cabeceo, balanceo y guiñada, con algunos productos de alta gama que se extienden al enlace multieje) no es el resultado de un solo factor, sino más bien un resultado inevitable impulsado por múltiples fuerzas, incluida la iteración tecnológica, las actualizaciones de escenarios, la orientación política y la competencia en el mercado.

(i) La expansión de los escenarios de aplicaciones de alto nivel está obligando a mejorar la precisión de las pruebas.

Los sectores de defensa y aeroespacial, como áreas centrales para las necesidades de simulación multieje, continúan experimentando un aumento en la demanda. En el contexto de la guerra de información moderna, los sistemas de navegación a bordo de misiles, barcos y aviones deben mantener un posicionamiento estable en entornos de alta velocidad, alta maniobrabilidad y altamente congestionados. La simulación multieje puede reproducir con precisión los complejos cambios de actitud y las trayectorias dinámicas de las aeronaves, verificando la estabilidad del rendimiento de los equipos de navegación en condiciones extremas. Por lo tanto, el volumen de adquisiciones de simuladores multieje de alta calidad sigue creciendo. En el campo aeroespacial, las plataformas giratorias de simulación de tres ejes de alta precisión se utilizan ampliamente en el C919 de COMAC, vehículos de lanzamiento de nueva generación y proyectos de constelaciones de satélites de órbita terrestre baja para pruebas de carga útil de satélites y verificación de sistemas de navegación de aeronaves.

En el sector civil, el desarrollo a gran escala de la conducción autónoma y los drones se ha convertido en un importante motor de crecimiento para la demanda de simulación multieje. Los vehículos autónomos de nivel 2 y superiores dependen de un posicionamiento de fusión estrechamente acoplado de GNSS e IMU (Inertial).Unidad de medida). La simulación multieje puede proporcionar simultáneamente señales GNSS e información de aceleración y ángulo de rumbo de tres ejes, verificando con precisión la confiabilidad del algoritmo de fusión y la precisión de posicionamiento del vehículo en escenarios dinámicos como giros, baches y aceleraciones rápidas. En el campo de los drones, las plataformas giratorias de simulación de tres ejes de alta precisión se han convertido en equipos centrales para las pruebas de sistemas de control de vuelo/navegación inercial, simulando los cambios de actitud de los drones durante el vuelo y brindando soporte confiable para su evaluación integral del desempeño.

(ii) El desarrollo integrado de tecnologías de navegación aumenta la complejidad de las pruebas.

Actualmente, la navegación por satélite está evolucionando desde el posicionamiento de una sola señal al posicionamiento de fusión de múltiples sensores utilizando GNSS, IMU, SLAM visual y LiDAR. Este modelo de fusión puede compensar las deficiencias de los métodos de navegación únicos y mejorar la confiabilidad del posicionamiento en entornos complejos, pero también aumenta significativamente la dificultad de las pruebas. Las pruebas de simulación multieje pueden lograr una simulación sincrónica de señales de navegación, mediciones inerciales y cambios de actitud, cumpliendo perfectamente con los requisitos de prueba del posicionamiento de fusión multisensor. Puede verificar simultáneamente el rendimiento de múltiples aspectos, como la recepción de señales GNSS, la adquisición de datos IMU y el procesamiento de algoritmos de fusión, convirtiéndose en un método de prueba esencial en la investigación, el desarrollo y la producción de equipos de navegación de fusión.

Además, la adopción generalizada de tecnologías antiinterferencias y antisuplantación de identidad también ha impulsado el crecimiento de la demanda de simulación multieje. A medida que el entorno electromagnético se vuelve cada vez más complejo, los dispositivos de navegación enfrentan riesgos de interferencia cada vez mayores. La simulación multieje puede simular escenarios complejos como interferencias fuertes, suplantación de señales y efectos de trayectorias múltiples, verificando las capacidades antiinterferencias y de discriminación de señales del dispositivo.

(iii) Optimizar la eficiencia y el costo de las pruebas para mejorar la rentabilidad de la simulación multieje.

En comparación con las pruebas de vehículos y vuelos al aire libre, las pruebas de simulación multieje ofrecen ventajas significativas, como alta controlabilidad, alta eficiencia de pruebas y bajo costo. Las pruebas al aire libre están limitadas por factores como el clima, el lugar y las regulaciones, lo que resulta en ciclos de prueba largos, altos costos y dificultad para reproducir escenarios extremos. Por el contrario, la simulación multieje puede reproducir con precisión varios escenarios complejos en un entorno de laboratorio, lo que permite una rápida verificación del rendimiento, diagnóstico de fallas y optimización iterativa de los equipos, acortando significativamente el ciclo de I+D y reduciendo los costos de prueba.

Además, las actualizaciones inteligentes y modulares de los equipos de simulación multieje han mejorado aún más su rentabilidad. Los simuladores multieje modernos adoptan una arquitectura definida por software, que admite simulación de instancias múltiples, control externo API e importación de señales personalizadas. Un dispositivo puede realizar las funciones de múltiples simuladores tradicionales y, al mismo tiempo, posee capacidades de simulación de bucle cerrado en tiempo real con una latencia tan baja como 5 ms. Esto satisface las necesidades de pruebas de alta eficiencia a gran escala, lo que lo convierte en una opción importante para que las empresas reduzcan costos y aumenten la eficiencia.

II. Escenarios de aplicaciones principales y estado de desarrollo actual de la tecnología de simulación de ejes múltiples

Actualmente, la tecnología de simulación multieje se ha utilizado ampliamente en diversos campos, como la defensa nacional, el sector aeroespacial, el transporte inteligente y la topografía y cartografía de alta precisión, formando un patrón de aplicación diversificado. Al mismo tiempo, la tecnología también se itera y actualiza continuamente, desarrollándose hacia alta precisión, alta dinámica, inteligencia e integración.

(i) Escenarios de aplicaciones principales

1. Industria de defensa: se utiliza principalmente para pruebas de rendimiento de sistemas de navegación a bordo de misiles, barcos y aviones, simulando los cambios de actitud de armas y equipos en maniobras de alta velocidad y entornos electromagnéticos complejos, verificando la precisión del posicionamiento, la capacidad antiinterferente y la confiabilidad de los equipos de navegación, y garantizando su funcionamiento estable en entornos de campo de batalla; También se utiliza para probar equipos de navegación de soldados individuales y drones para mejorar las capacidades de combate de los equipos.

2. Campo aeroespacial: se utiliza para simulación de satélites en órbita, verificación de navegación de lanzamiento de cohetes, certificación de aeronavegabilidad de equipos aerotransportados de aviación civil y pruebas de constelaciones de satélites de órbita terrestre baja. A través de la simulación multieje, reproduce la actitud de vuelo y los cambios orbitales de la aeronave, verifica la capacidad de trabajo colaborativo del sistema de navegación con otras cargas útiles y garantiza la implementación sin problemas de las misiones aeroespaciales.

3. Transporte inteligente: centrado en la prueba de posicionamiento de fusión de vehículos autónomos, simulando los cambios de actitud de los vehículos en cañones urbanos, conducción a alta velocidad y condiciones complejas de la carretera, verificando la precisión del posicionamiento y la estabilidad del sistema GNSS/IMU estrechamente acoplado, y también utilizado para las pruebas de rendimiento de terminales de navegación en vehículos para mejorar la experiencia del usuario de los productos; Además, también se utiliza para probar sistemas de navegación para el tránsito ferroviario inteligente con el fin de garantizar la seguridad de la operación del tren.

4. Otros campos: en el campo de la topografía y la cartografía de alta precisión, se utiliza para realizar pruebas de precisión de posicionamiento de instrumentos topográficos, simular los cambios de actitud de los equipos topográficos en terrenos complejos y mejorar la precisión de los datos topográficos; en los campos de Internet de las cosas y dispositivos portátiles, se utiliza para pruebas de rendimiento de pequeños terminales de navegación para cumplir con los requisitos de prueba de bajo consumo de energía y tamaño pequeño; en los campos de la investigación científica y la educación, se utiliza para la enseñanza y la investigación y el desarrollo de tecnología de navegación por satélite, brindando apoyo a la innovación tecnológica. 

(ii) Estado actual del desarrollo tecnológico

Actualmente, la tecnología de simulación multieje ha formado un sistema industrial relativamente maduro, con avances continuos en las tecnologías centrales y mejoras sostenidas en el rendimiento del producto. En términos de precisión, la precisión de actitud de los simuladores multieje de alta gama ha alcanzado el nivel de segundos de arco, lo que permite una reproducción precisa de los cambios de actitud minuciosos del portaaviones y cumple con los requisitos de prueba de los equipos de navegación de alta precisión. En términos de rendimiento dinámico, algunos productos pueden lograr un ángulotasarango de ±1000°/s y un rango de aceleración de ±10g, simulando escenarios dinámicos extremos como aviones hipersónicos. En términos de sincronización, se ha logrado la salida síncrona de señales GNSS, datos de medición inercial y datos de actitud, con una precisión de sincronización que alcanza el nivel de microsegundos, adaptándose a las necesidades de las pruebas de fusión de múltiples sensores.