精準駕馭未來：GNSS模擬技術在L2自駕電動物流車測試中的工程實踐與挑戰

導論：自動駕駛L2的感測融合 – GNSS的角色與試煉

自動駕駛技術的發展正以前所未有的速度重塑交通運輸的未來，其中，L2級別（部分駕駛自動化）的自動駕駛系統，如先進駕駛輔助系統（ADAS），已在許多量產車型中普及，特別是在尋求高效率與低運營成本的電動物流車領域，L2級別的自動駕駛功能更顯重要。這些系統通常整合了多種感測器，包括攝影機、雷達、光學雷達（LiDAR）、慣性測量單元（IMU）以及不可或缺的全球導航衛星系統（GNSS）。

在L2系統中，GNSS不僅提供車輛的絕對地理位置、速度與精確時間，為路線導航、車道級定位提供基礎，更常作為其他相對定位感測器（如視覺或雷達）的參考基準，協助校準與融合多方數據，提升整體環境感知的準確性；然而，L2系統的核心特徵是駕駛員仍需時刻監控駕駛環境並隨時準備接管。這意味著，儘管系統提供轉向或加減速輔助，但GNSS訊號的品質，如在都市峽谷中的多路徑效應、隧道中的訊號遮蔽、或潛在的射頻干擾，都可能直接影響ADAS功能（如車道維持輔助、主動巡航控制）的穩定性與可靠性，對駕駛體驗乃至行車安全構成嚴峻試煉。

為何L2自駕車測試需要高傳真GNSS模擬？

對於L2級自動駕駛系統（尤其是整合GNSS的ADAS功能）的研發與驗證，傳統的實車道路測試雖然不可或缺，卻面臨諸多挑戰：

• 成本與時間效益：
  大規模、長週期的實路測試成本高昂，且難以覆蓋所有邊緣情況。
• 安全性考量：
  在公共道路上測試潛在不穩定的ADAS功能，尤其是在GNSS訊號受擾動的狀況下，存在安全風險。
• 可重複性差：
   真實世界的交通、天氣及GNSS訊號環境瞬息萬變，難以精確重現特定測試條件，不利於問題定位與演算法迭代。
• 特定場景難以復現：
  某些關鍵的GNSS訊號退化場景（如特定類型的干擾、罕見的多路徑組合）在實路測試中可能極難遇到，但對系統強韌性驗證卻至關重要。

因此，高傳真的GNSS訊號模擬技術成為了彌補實路測試不足、加速研發流程的關鍵手段，透過GNSS模擬器，工程師可以在實驗室環境中，精確控制並重複生成各種GNSS訊號條件，進行硬體迴路（Hardware-in-the-Loop, HIL）或車輛迴路（Vehicle-in-the-Loop, VIL）測試，系統性地評估L2自駕系統在不同GNSS情境下的行為反應與性能邊界。

OHB XPLORA One：為L2自駕測試打造的精密GNSS訊號源

在L2級自動駕駛電動車的測試中，由於車輛依賴多種感測器（不僅限於GNSS），因此真實的訊號生成對於測試這些系統如何在真實條件下反應至關重要；針對這些測試需求，如 OHB XPLORA One 這樣的成本效益型GNSS訊號模擬器，便提供了一個理想的解決方案，它曾被成功應用於L2級自動駕駛電動車的測試專案中，透過將 XPLORA One 整合到完整的測試平台中，為L2自駕車模擬了不同的導航場景，確保了測試中GNSS條件的精確性與可重複性，從而有效地評估了車輛在受控條件下的反應及其自動駕駛性能。

OHB XPLORA One 衛星訊號模擬器（右側硬體為Ettus USRP N200）可透過標準商規（COTS）筆記型電腦（左側）進行操作，其XPLORA Core軟體介面能讓研發工程師便捷地規劃、設定與執行複雜的GNSS模擬場景，高效部署於實驗室或初期車輛整合測試環境。
 

核心架構與關鍵規格剖析

XPLORA One 靈活地結合了XPLORA Core軟體與National Instruments的USRP（Universal Software Radio Peripheral）硬體，專為精確的GNSS訊號模擬而設計。對於L2自駕車測試的工程師而言，其多項關鍵規格特性提供了實質的技術助力：

• 真實環境模擬能力 (Realistic Simulation Capabilities)：
  這是評估ADAS系統在真實世界中表現的基礎。XPLORA One 能夠模擬基於星曆或軌道積分的衛星軌道、衛星時鐘誤差模型、電離層和對流層延遲效應、複雜的多路徑反射，以及車輛天線的增益方向圖和訊號遮擋罩；焦點規格助力： 工程師可以利用這些功能，在實驗室中精確再現都市峽谷、林蔭道、隧道口等典型L2系統易受挑戰的GNSS訊號環境，從而驗證其感測器融合演算法在訊號品質下降時的魯棒性。
• 多星座支援 (Multi-Constellation Support)：
  現代車載GNSS接收器通常支援多個衛星系統以提高定位的可用性和精度。XPLORA One 支援GPS (L1 C/A, L2C, L5)、Galileo (E1 B/C, E5a-I/Q, E5b-I/Q)、GLONASS (G1 C/A, G2 C/A)、BeiDou (B1, B2)及QZSS、NavIC、SBAS等多種民用系統；焦點規格助力： 這使得工程師能夠測試車輛在不同區域（對應不同星座組合）的定位性能，並驗證其多系統融合定位演算法的正確性。
• 高精度時間參考 (High-Precision Time Reference)：
  L2系統中的感測器融合（如GNSS與IMU的緊耦合）高度依賴精確的時間同步，XPLORA One 配備了GPS馴服振盪器（GPSDO）作為參考時鐘；焦點規格助力： 其參考時鐘與UTC的時間偏差可達±50奈秒RMS (1-Sigma)，為驗證車輛內部各感測器數據的時間戳對齊精度、以及評估整個ADAS系統的時間同步性能提供了可靠基準。
• 可選配的威脅場景模擬 (Optional Jamming/Spoofing Simulation)：
  雖然L2系統仍由駕駛員監控，但驗證其在GNSS受惡意攻擊時的反應（例如，是否能安全地將控制權交還駕駛員，或發出明確警示）對於提升系統安全性非常重要，XPLORA One 提供可選配的干擾及欺騙訊號生成功能；焦點規格助力： 工程師可以模擬不同類型和強度的干擾或欺騙攻擊，評估L2系統中GNSS模組的抗干擾能力，以及整個ADAS系統在定位資訊不可信時的故障弱化（Fail-safe/Fail-operational）行為。
• 動態性能與更新率 (Dynamic Performance & Update Rate)：
  車輛是動態平台，模擬器必須能準確反映其運動特性，XPLORA One 支援高達50 Hz的模擬更新率，並可選配高動態性能模擬；焦點規格助力： 這足以模擬L2自駕車在正常行駛、加減速、轉彎等工況下的GNSS訊號變化，有助於測試導航濾波器和運動估計算法的動態追蹤性能。

OHB XPLORA One 的硬體單元（如圖Ettus USRP N200所示）提供了1個RF輸出（或選配USRP X300實現2個RF輸出）和必要的參考時脈輸入（REF IN, PPS IN），其高達25 MHz或2x100 MHz的訊號頻寬確保了高傳真度的GNSS訊號模擬。
 

在L2自駕電動物流車測試中的整合與應用實例

在一個典型的L2自駕電動物流車測試案例中，XPLORA One 可以被整合到HIL（硬體迴路）測試平台中，模擬器產生的RF訊號可以透過同軸電纜直接饋入到車輛的GNSS天線接口，或者注入到ADAS系統的電子控制單元（ECU）中負責處理GNSS訊號的部分。
工程師可以利用XPLORA Core軟體預先設計多種測試腳本，模擬不同的駕駛路徑與GNSS環境條件：

• 都市峽谷場景：
  模擬高樓林立造成的訊號遮擋與強烈多路徑效應，觀察車輛定位精度的變化以及ADAS功能（如車道維持）是否受到影響。
• 隧道進出場景：
  模擬GNSS訊號的快速丟失與重獲過程，測試系統從GNSS定位切換到IMU慣性導航（或視覺里程計）的平滑性，以及重新鎖定衛星後的定位收斂速度。
• 特定路線重複測試：
  模擬一段包含多種典型路況的固定路線，進行多次重複測試，以評估演算法修改前後的性能改進，或在不同軟體版本間進行基準比較。
• GNSS受擾動場景：
  逐步引入模擬的干擾或欺騙訊號，觀察L2系統的GNSS品質監測機制是否能偵測異常，以及ADAS功能是否會發出警告或安全降級。

透過這些受控且可重複的測試，研發團隊能夠在產品開發的早期階段，就發現並修正演算法缺陷、優化感測器融合策略、並驗證系統的整體強韌性，從而顯著提升L2自動駕駛車輛的性能與安全性。

運用GNSS模擬器優化L2系統的關鍵考量

對於L2自駕系統的研發工程師而言，有效運用GNSS模擬器，不僅僅是執行測試，更是一種系統優化的方法論：

• 精準的場景定義與建模：
  測試的有效性高度依賴於模擬場景的真實性與針對性；工程師需要根據目標ODD（Operational Design Domain，設計運行域）仔細定義GNSS訊號的退化模型（如多路徑參數、遮蔽角、大氣延遲特性）。
• 與其他感測器模擬的同步：
  在更高級的HIL或VIL測試中，GNSS模擬需要與雷達、光學雷達、攝影機等其他感測器的模擬訊號在時間上精確同步，以全面評估感測器融合系統。
• 全面的數據記錄與分析：
  測試過程中，不僅要記錄模擬器產生的GNSS數據，還需要同步記錄車輛ADAS系統的內部狀態、決策輸出、以及其他感測器的數據，以便進行深入的關聯分析與問題定位。
• 成本效益與模擬傳真度的平衡：
  雖然追求極致的模擬傳真度很重要，但工程師也需要在測試需求、設備成本與操作複雜性之間找到平衡點；XPLORA One 正是針對此類需求，提供了一個具備高性價比的專業級解決方案。
• 實驗室到實車的平滑過渡：
  實驗室模擬測試的結果，最終需要透過實車測試進行驗證；模擬器所使用的模型和參數應盡可能與真實世界對應，以便更好地指導實車調試。

技術規格總覽：XPLORA One於自駕車測試之規格助力

以下表格概述了XPLORA One的關鍵特性及其在L2自動駕駛車輛測試中的具體工程價值：

超越L2：GNSS模擬在未來自動駕駛發展中的角色

隨著自動駕駛技術向L3（有條件自動化）乃至L4/L5（高度/完全自動化）級別演進，對PNT系統的可靠性、可用性、連續性和完整性（Integrity）要求將呈指數級增長。GNSS模擬技術在其中扮演的角色也將更加關鍵：

• 更高完整性需求的測試：
  L3以上系統需要極高的定位完整性（如車道級精度下的保護級別），GNSS模擬器需要能精確模擬各種故障模式（如衛星故障、星曆錯誤）以驗證系統的完好性監控演算法（如RAIM/ARAIM）。
• V2X通訊與協同定位的驗證：
  未來的自動駕駛將大量依賴V2X通訊實現協同感知與協同決策，其中精確的時間同步與相對定位至關重要，GNSS模擬器可與網路模擬器結合，測試V2X應用在不同GNSS條件下的性能。
• 新興PNT技術的早期驗證：
  對於如LEO PNT星座、5G地面定位等新興PNT技術，GNSS模擬器（或更廣義的PNT訊號模擬器）將是其接收機演算法早期研發與性能評估的重要工具。
• 持續的開發、驗證與認證循環：
  自動駕駛系統的軟體將不斷迭代更新，每一次更新都需要經過嚴格的迴歸測試，GNSS模擬器提供了一個高效、標準化的測試環境。

結論：以精準模擬，加速自動駕駛技術的成熟與落地

L2級自動駕駛系統的普及，對GNSS的依賴日益加深，同時也使其面臨著更複雜的訊號環境挑戰；高傳真的GNSS訊號模擬，如透過OHB XPLORA One這樣的專業工具所實現的，為研發工程師提供了一個在實驗室環境下安全、高效、可重複地驗證和優化ADAS功能與感測器融合演算法的關鍵平台；其全面的模擬能力、精確的時間基準、以及針對性的威脅場景生成，使得工程師能夠深入洞察系統在各種GNSS條件下的行為，從而在產品開發早期識別潛在問題，加速技術的成熟與市場化落地。隨著自動駕駛技術的持續演進，GNSS模擬在確保未來出行安全、高效與可靠方面，將扮演越來越不可或缺的角色。

您在L2級或更高級別自動駕駛系統的GNSS測試與驗證過程中，遇到了哪些棘手的工程問題？您認為GNSS模擬技術在哪些方面仍有提升空間？

想了解OHB XPLORA One如何以其焦點規格助力您的自動駕駛研發專案，實現更精準、更高效的測試驗證？立即聯繫OHB技術專家，獲取針對性的解決方案。