鏈路韌性：解構 6+2 軸動態模擬在低軌衛星通訊與自駕車聯網中的全域驗證革命

 

當「移動」成為通訊與導航的最大變數

在萬物聯網（IoE）與低軌衛星（LEO）通訊爆發的年代，我們正目睹一場關於「連結」的物理學挑戰，過去通訊基站是固定的，車輛的導航容許公尺級誤差；然而，隨著自動駕駛 Level 4/5 的推進以及星鏈（Starlink）、Oneweb 等非靜止軌道衛星（NGSO）成為軍民兩用的通訊骨幹，系統運作的場景已從靜止轉變為極端動態。

想像一輛裝甲指揮車在崎嶇的非鋪裝路面以時速 80 公里行駛，同時試圖透過相控陣列天線鎖定一顆以時速 27,000 公里飛越天頂的低軌衛星；或者一輛自駕車在暴雨積水的路面發生「水漂效應」（Hydroplaning），車身橫移的同時，GPS 訊號因高樓遮蔽而產生多路徑干擾。在這些場景中，物理運動（Mechanical Dynamics） 與 電磁訊號（Electromagnetic Signals） 的劇烈變化是同時發生的。

傳統的測試方法將兩者割裂：在震動台上測試天線結構，在暗室中測試訊號收發，這種「分治法」無法重現兩者耦合時的災難性失效——例如，車體震動導致天線伺服馬達頻寬飽和，進而跟丟衛星訊號，為了填補這一驗證缺口，工程界正導入一種具備 8 自由度（8-DOF） 的高階驗證架構：「6+2 軸複合運動模擬系統」，本文將探討此系統如何結合即時通道模擬（Channel Emulation），為下一代移動通訊（SATCOM-on-the-Move, SOTM）與自駕導航提供終極的「動態生存率」驗證。

系統工程核心：重新定義物理模擬的邊界

要模擬真實世界的複雜運動，單一的運動機構往往捉襟見肘，標準的六軸史都華平台（Stewart Platform）雖然擅長模擬高頻振動與姿態，但其水平位移範圍極小（通常 < 400mm）；而長行程滑軌雖然位移大，卻無法產生複雜的傾角，「6+2」架構的工程哲學在於「頻率與空間的解耦」（Decoupling of Frequency and Space），透過兩層異質機構的串聯，創造出實驗室內的虛擬戰場或虛擬道路。

底層：XY 平移平台 (The Excursion Layer) —— 模擬軌跡與 G 力

位於系統基座的是行程可達 ±1 公尺（總行程 2 公尺）的高剛性 XY 平移台，這層結構打破了傳統模擬器的空間限制。

• 持續性加速度模擬：
  當車輛高速過彎或閃避障礙物時，會產生持續數秒的側向 G 力，XY 平台透過長距離的加速位移，能物理性地重現這種離心力感受。
• 低頻大位移：
  模擬船艦在湧浪中的大幅度橫移（Sway）或車輛在泥濘路面的側滑（Skid），這對於驗證自駕車的「防滑控制系統」或衛星天線的「粗追蹤」（Coarse Tracking）馬達至關重要。

上層：六軸史都華平台 (The High-Frequency Layer) —— 模擬姿態與紋理

疊加於 XY 平台之上的是高頻響應的六軸並聯機構。這層結構負責處理高頻譜的運動細節。

• 路面紋理與振動：模擬輪胎壓過碎石路、減速帶傳遞到車體的 50Hz 以上高頻振動。
• 載台姿態：精確複製車輛的側傾（Roll）、俯仰（Pitch）以及船艦的搖晃。對於安裝在其上的光電感測器或相控陣列天線而言，這是測試其「穩定補償演算法」的核心輸入。

這種複合運動不僅是位移的疊加，更是對科氏力（Coriolis Force）與陀螺效應的真實重現，這是單軸測試無法達到的物理傳真度。

SANLAB SMotion 系列重型運動平台，具備高剛性與高頻寬特性，為複合運動模擬系統的核心物理層。

關鍵應用一：移動中的衛星通訊 (SATCOM-on-the-Move)

隨著星鏈（Starlink）與軍用低軌衛星通訊系統的普及，通訊終端（Terminal）不再固定於地面，而是安裝在劇烈晃動的卡車、船舶甚至飛機上，這產生了極大的技術挑戰：天線必須在載台劇烈運動的同時，精確追蹤一顆快速飛越天際的衛星。

機械與射頻的雙重動態耦合

在 SOTM（SATCOM-on-the-Move）場景中，失效往往來自兩個維度：

• 機械脫鎖：
  車輛撞擊坑洞的瞬間，角加速度超過了天線穩定雲台（Gimbal）的馬達扭力極限，導致天線指向偏離衛星，鏈路中斷（Link Loss）。
• 多普勒效應與多路徑：
  載台與衛星的高速相對運動會產生劇烈的都普勒頻移（Doppler Shift），而周遭地形（如隧道、峽谷）會造成訊號反射（Multipath）。

6+2 軸系統的驗證方案

利用 6+2 系統結合射頻通道模擬器，我們可以構建一個「物理-電磁雙重迴路」測試場：

• 物理層：
  6+2 平台模擬載台在越野路況下的顛簸（六軸）與戰術規避動作（XY 軸），這考驗天線底座的 SANLAB 穩定平台 技術是否能有效隔離載台運動。
• 訊號層：
  利用 ACE9600 通道模擬器，根據平台的位置與速度，即時計算並注入對應的都普勒頻移、傳輸延遲與雨衰（Rain Fade）模型。

這種測試能驗證通訊數據機（Modem）的適應性演算法：當天線因震動而輕微偏離時，數據機是否能快速調整調變編碼策略（ACM）以維持連線，而非直接斷線。這是確保戰場通訊韌性的關鍵。

針對移動衛星通訊 (SOTM)，穩定平台需補償載台的劇烈姿態變化，確保天線波束鎖定衛星。

關鍵應用二：自駕車的極限邊界測試 (V2X & Sensor Fusion)

自動駕駛技術已進入深水區，Level 4/5 的關鍵在於處理「長尾效應」（Long-tail Cases），即那些極少發生但一旦發生就可能致命的邊界情況。

側滑與「迷航」 (The "Lost Robot" Scenario)

當自駕車在結冰或積水路面上高速轉彎時，可能會發生側滑（Skid），此時，車輪在轉動（里程計有讀數），但車輛實際運動軌跡與車輪方向不符，這種數據衝突極易導致感測器融合演算法（Sensor Fusion EKF）崩潰，使車輛「迷航」，利用 6+2 系統的 XY 平移平台，我們可以物理性地模擬這種「車身橫移但車頭未轉」的側滑運動，同時利用 CAST 或 XPLORA GNSS 模擬器 產生與運動同步的 GPS 訊號。

複雜電磁環境下的感知

未來的車聯網（V2X）極度依賴 GNSS 定位，如果車輛行經干擾源（如機場附近或惡意干擾車），GPS 訊號可能會被壓制或欺騙（Spoofing），透過整合 XPLORA Pro 與 GIDAS 干擾偵測系統，測試系統可以在平台執行劇烈閃避動作的同時，注入強烈的射頻干擾。這能驗證自駕車的慣性導航單元（IMU）是否能在 GPS 失效的瞬間，無縫接手導航任務，確保車輛安全停靠。

XPLORA Pro 模擬軟體可即時生成複雜的 GNSS 星座與干擾訊號，與運動平台同步進行導航強韌性測試。

全域動態生態系：硬體迴路 (HIL) 的深度整合

上述應用的核心在於「同步」，如果運動平台往左晃，但模擬的 GPS 訊號顯示往右，待測系統會立即判定感測器故障，因此必須建立一個微秒級（<1ms）同步的 硬體迴路（Hardware-in-the-Loop, HIL） 生態系。

EtherCAT 實時通訊骨幹

為了達成這種極致的同步，系統採用 EtherCAT 作為神經網路。

1. 實時控制器 (Real-time Controller)：作為大腦，以 1000Hz (1ms) 的頻率更新載台的運動軌跡。
2. 運動指令：透過 EtherCAT 驅動 6+2 平台的伺服馬達，產生物理運動。
3. 訊號指令：同步發送位置數據給 CAST/XPLORA 模擬器 與 ACE9600，確保 RF 訊號的相位中心（Phase Center）與物理平台的位置完全重合,。

這種架構不僅驗證了單一設備，更驗證了整個系統在「物理-資訊」交互作用下的動態行為，是目前國際高階實驗室的標準配置。

建構未來的動態驗證標準

綜上所述，建置「6+2 軸複合運動模擬系統」不僅是硬體設備的升級，更是科研與產業界從「靜態規格」邁向「動態生存率」驗證的關鍵里程碑，它填補了傳統震動機（缺乏大位移）與駕駛模擬器（頻寬不足）之間的技術缺口，提供了獨有的複合運動線索；面對未來通訊與自駕技術的複雜性，唯有透過這種結合機械力學、電磁頻譜與數位孿生的全維度測試場域，才能確保我們的衛星終端、自駕車與無人載具，在部署前已通過最嚴苛的物理環境考驗。

針對上述高科技測試需求，奧創系統科技（Ultrontek） 提供了完整的整合解決方案。

奧創不僅提供 SANLAB 的高階運動模擬平台（涵蓋從 50kg 到 14 噸的 SMotion 系列，以及專用的穩定平台技術），更具備深度整合 OHB XPLORA / CAST Navigation 衛星導航模擬器、Maury/dBm ACE9600 通道模擬器的工程能力，透過奧創的 Real-time HIL 整合架構，客戶可以獲得一套完整的 6+2 軸動態驗證實驗室，從無人機的甲板起降到低軌衛星通訊的動態連結，提供一站式的技術支援與客製化服務，協助客戶在下一代通訊與載具技術競賽中取得領先地位。