關於組合導航測試方法

導航產業近年來的發展非常火熱，而衛星+慣性的組合導航系統融合了衛星和慣性兩種導航方式優勢，具有精度較高且不隨時間積累發散的定位效果，完備連續的穩定輸出和相對較低的成本，因此發展也很迅猛。隨著組合導航產品的推陳出新，在其工程化開發及使用過程中，測試驗證是必不可少的重要環節。今天精準測控的組合導航測試幾種常見方法。

目前組合導航的系統級測試方法主要有以下幾種：實際物理運動試驗，軟體模擬測試，軟體-硬體結合的半物理實物模擬測試。

1、實際物理運動測試

實際物理運動測試是常用的組合導航系統測試驗證方法。這種方法將待測設備與高精度的參考基準搭載在載體平台（如車輛、飛機、艦船等）上，按照預定的軌跡進行物理運動，通過待測系統的輸出與高精度基準的輸出對比驗證測試效果。參考基準可能是更高精度的組合導航系統，或者是其他能夠得到更高精度導航信息的設備（如使用空中三角測量法的航攝系統）。這種測試方式，最終結果是綜合了器件實際誤差、系統融合硬體誤差、演算法誤差的綜合值，能最直觀的顯示組合導航系統的精度，並且也無需運動軌跡生成軟體，無需模擬建模。但這種實際物理運動實驗也有很多局限：

1）運動載體和運動軌跡受客觀條件限制，如需要進行高機動飛行試驗就很難實現，受物理時間限制，測試效率低；

2）在選型和設計階段由於沒有實物無法測試；

3）試驗要求有完善的、可移動的測試平台，成本較高；

4）需要找一個精度高於待測系統1-2數量級的設備做驗證基準，成本高，驗證高精度設備困難。

另外，還有一種思路是將軟體模擬與實際物理運動試驗相結合，先將組合導航設備的各感測器安裝至載體上進行實際物理模擬試驗，再將實際物理運動中的感測器測量值記錄下來，以數字量的形式保存，可以使用這些實際測量的數據量模擬導航計算機的輸入，進行反覆測試。

因此，實際物理運動試驗通常用於設計完成後的試驗驗證，在系統設計階段一般不會作為參考。

2、軟體模擬測試

軟體模擬測試是組合導航開發測試過程中較為基本和常用的方式。主要是通過運動軌跡生成軟體生成運動軌跡，然後推算對應時刻的各感測器採集得到的，如GPS位置、速度；三軸角速度、三軸加速度；之後輸入組合導航解算程序計算得到導航結果，最後將設定軌跡的導航信息與導航結果對比驗證系統效果。這種方法的優勢有：

1）易於實現，成本較低，無需配套額外的硬體設備；

2）測試快速、方便，模擬運行不依賴與物理運動和物理時間，可以用較短時間運行大量的軌跡模擬測試；

3）測試場景與測試參數可隨意調整，可以軟體生成高動態、飛行等具有特異性的測試場景，靈活方便，可檢測各種極端環境和器件故障情況下的性能；

4）不依賴於系統硬體，在硬體開發完成之前即可進行模擬測試；

這種方法的局限有：

1）無法直接評估感測器硬體性能對組合導航結果的影響，對器件誤差建模要求高；

2）無法直接評估系統級硬體性能，如數據融合中傳輸延時和處理速度等因素對組合導航結果的影響，對系統建模要求高。

3）如待測系統是緊耦合的組合導航系統則需對衛星信號原始觀測量（每一顆衛星的偽距、偽距率、載波相位觀測值）等進行建模，難度較大。

目前的軟體模擬測試方案採取的主要補充手段有對待測系統中的器件參數進行獨立實物物理測試並進行誤差建模；以及對待測系統中的硬體性能獨立進行實物測試並進行建模。採取這兩種方式可提高模擬測試的精度，通常對陀螺儀建模採用不同頻譜靜態隨機雜訊與標度因數非線性度參數符合建模的方式，但每更換一種器件都需要大量系統、詳盡的物理測試做基礎重新進行建模。

3、軟硬體結合的半物理模擬測試

軟體-硬體結合的半物理實物模擬測試是介於軟體模擬測試和物理運動試驗之間的一種測試方式，利用組合導航系統的各感測器對應的模擬設備對各感測器輸入信號進行模擬。使用GNSS信號模擬器模擬衛星導航接收機的輸入射頻信號，三軸數控轉檯模擬陀螺儀物理角運動輸入，加速度的物理模擬現在還沒有成熟的方案，可以使用軟體模擬或對電壓電平等模擬信號進行模擬。這種半物理實物模擬測試的方法可以在沒有最終實物的研發過程中實現；能夠在測試結果中的引入衛星導航接受機及陀螺儀的實際測量誤差，引入不同感測器數據融合時間精度、感測器安裝耦合角等系統誤差，測試結果的參考價值較高；無需高精度導航基準；運動軌跡僅受各感測器輸入模擬器性能的限制，相比較實際物理運動試驗更方便。這種半實物物理模擬系統可以作為以上兩種組合導航測試手段的有效補充。但該系統結構較為複雜，需要軟硬體緊密融合，並且會額外引入各模擬器的控制誤差和模擬器信號之間的時間同步誤差，只有控制好這些誤差才能達到較好的模擬測試效果，設計難度較大。現在可以商業化生產的解決方案主要是行業內一些原衛星導航模擬器的供應商。

通過上面的對比可以看出，實際物理運動是最可靠、直觀的一種方式，但成本較高、場景受較大限制，往往應用於系統最終驗收測試；軟體模擬測試無需成型的硬體，場景可選範圍寬，但對硬體部分和物理運動的模擬可能引入誤差，往往應用在可行性分析和演算法調整階段；軟硬體結合的半物理實物模擬可以引入元器件測量誤差、安裝耦合角等實際硬體誤差，場景選擇範圍寬，但對相關設備的要求較高，一般用於專業開發的集成階段。