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德思特为高校客户提供一套基于GNSS模拟器的无人机室内 HIL 测试平台，专为高校和研究机构的算法开发与验证而设计。核心在于利用高精度GNSS模拟技术，在受控的室内环境模拟真实的飞行场景和定位信号，以测试无人机算法。

一、科研痛点

多旋翼无人机在垂直起降、悬停、转向灵活等方面具有优势，已广泛应用于航拍摄影、勘探检测、农业植保等领域，无人机飞行控制与导航性能的安全性与可靠性也已经成为无人机的重要考核指标，但目前存在三个技术难题：

1、飞行状态信息闭源

市场上主流的无人机基本采用闭源设计，飞行控制核心模块不对外开放数据接口，导致用户无法直接获取无人机飞行状态关键数据，也无法开展飞行控制与导航性能的评估。

2、室内 GNSS 导航场景缺失

无人机户外作业时依赖 GNSS 导航系统实现精准定位，但室内环境因建筑结构遮挡，卫星信号无法穿透，导致无人机无法在室内启用自身 GNSS 导航功能。现有评估方案无法在室内模拟户外 GNSS 导航场景，也就无法评估无人机的导航性能。

3、难以全面满足评估需求

现有的无人机测试方案依赖于户外测试，无人机飞行失控则存在安全隐患；若在实验室内开展则无法覆盖 GNSS 导航场景，现有方案无法兼顾高效、安全的无人机评估需求。

二、方案目标

方案针对于以上三项的行业痛点展开，目标是构建一套适配室内环境、覆盖闭源无人机的性能评估体系：

1、外置飞行状态感知模块

为绕过无人机闭源系统的数据限制，本方案设计一款可挂载的外部运动状态感知装置。通过可挂载的多传感器装置，在不改动无人机闭源系统的前提下，实时采集姿态、位置、振动等状态数据，为评估提供独立准确的数据源。

2、构建室内 GNSS/RTK 信号环境

为解决室内无卫星信号覆盖的问题，本方案开发一套基于自主定位系统的GNSS/RTK信号生成器。以激光雷达为位置基准，经卫星数据计算、BPSK调制、SDR发射等流程，在室内生成仿真GNSS/RTK定位信号，使无人机可在室内维持原有卫星定位飞行模式，弥补导航场景空白。

3、综合性能评估模块

覆盖飞行控制（基础性能、应急处理、精度、耐力）与导航（导航能力、高度速度控制、姿态稳定性）两大维度，形成从数据采集到报告输出的全流程自动化评估方案，实现室内环境下无人机性能的全面量化评估。

三、技术方案

1. 安装无人机室内定位装置

目标：主要用于提供无人机在室内的精准坐标，作为后续 GNSS/RTK 信号的基准位置。

这个步骤主要是通过SLAM 技术，由激光雷达得到准确的室内定位数据，再通过无线通信发送到 GNSS/RTK 信号生成器。

​#SLAM 技术简介

同步定位与地图构建 (SLAM)是自动驾驶汽车常用的一种技术，不仅可以用它构建地图，还可同时在该地图上定位车辆。SLAM 算法让汽车能够构建未知环境的地图，常使用地图信息执行路径规划和避障等任务。

激光雷达SLAM是一类广泛使用的方法，其核心传感器是激光雷达。激光雷达的输出形式通常为二维 (x, y) 或三维 (x, y, z) 点云数据，这些点云记录了环境表面的空间采样点。在SLAM过程中，系统通过按时间顺序配准连续帧的点云来估计传感器的相对运动，进而利用解算出的位移与旋转量完成定位。点云间的相对变换估计常采用两类技术路线：

• 直接配准方法：代表算法包括迭代最近点（ICP）和正态分布变换（NDT）；
• 基于特征法：例如结合FPFH（快速点特征直方图）特征的LOAM（激光雷达里程计与建图）方法，以及快速全局配准（FGR）算法。

2.启动基于自主定位系统的 GNSS/RTK 信号生成器

目标：用于生成模拟户外的 GNSS/RTK 信号，让无人机在室内也能处于卫星覆盖环境，从而依赖自身定位系统飞行。

具体步骤

• 卫星数据获取：先获取目标时间的GPS 星历文件，计算得到任意时刻卫星位置三维坐标。
• 信号生成：计算生成伪随机噪声码（PRN 码，每颗卫星唯一的二进制序列，用于信号识别），同时生成导航信息（如卫星轨道、时钟等信息）。
• 信号调制：通过 BPSK 调制技术将导航数据与 PRN 码调制到载波频率（BPSK 调制是卫星信号最常用的一种调制技术），接着得到 IQ 数据。
• 信号发射：接收 IQ 数据，通过 SDR 将数字信号转为模拟信号，同时还有功率放大等校正过程，最终定位信号被无人机接收到。

3. 无人机飞行测试

目标：在室内开展多种场景的飞行模拟，采集评估所需的原始测量数据。

测试类型

• 悬停续航与定位精度测试：无人机悬停 30 分钟后降落，评估定点稳定性。
• 抗风条件悬停测试：室内部署风场，悬停 10 分钟，评估环境适应性。
• 虚拟航点飞行测试：预设正方形等航点，无人机自主按航线飞行，评估路径跟踪能力。

四、方案优势

✓ 室内外无缝导航性能评估

激光SLAM厘米级定位+GNSS/RTK信号模拟，让无人机在室内依赖自身卫星系统飞行，彻底解决室内导航性能评估的长期痛点。

✓ 全面量化评估体系

覆盖飞控与导航核心指标（定位偏差、避障响应等），评估结果客观可靠，适用各类测试场景。

✓ 提升教学与研发效率

一致化的信号与定位流程保证实验高度可重复性，便于多轮对比验证；简化教学演示环节，学生可专注飞控算法验证与参数优化，而非受限于环境变量干扰。

✓ 提降低测试门槛与成本

无需室外飞行场地，节省场地租赁与安全监管开支；室内可控环境免除对外部空域和气象条件的依赖，测试计划不受天气制约。