駕馭PNT複雜性風暴
大規模星座與多感測器融合系統
自動化與可擴展測試平台架構

定位、導航與授時（PNT）技術正以前所未有的速度和規模，深度融入全球經濟與日常生活的方方面面；一方面，以低軌道（LEO）衛星為代表的大規模星座（可能包含數百至數萬顆衛星）如雨後春筍般湧現，它們不僅承諾提供更廣泛的通訊覆蓋，更在PNT領域開啟了增強甚至革新傳統GNSS的可能性；另一方面，為了在各種嚴苛環境下（如GNSS訊號受擾、遮蔽或拒止）實現持續、可靠、高精度的PNT服務，多感測器融合（如GNSS、慣性測量單元IMU、視覺、光達、雷達、Wi-Fi、5G/6G網路定位等）已成為自主系統、物聯網終端及個人行動裝置的標準配置。

然而，這場PNT的「大」時代革命——「大規模」的星座與「大融合」的感測器——也為測試與驗證領域帶來了一場「複雜性風暴」，傳統的、手動的、針對單一PNT技術的測試方法，在面對如此龐大的系統規模、如此複雜的數據交互、以及如此多樣化的應用場景時，已顯得力不從心、效率低下且成本高昂；如何駕馭這場風暴，建構能夠應對未來PNT系統驗證需求的高度自動化、可靈活擴展且具備智慧分析能力的測試平台架構，成為產業界和科研界面臨的共同挑戰；本文將深入探討此背景下的核心測試需求、關鍵技術挑戰，以及如何透過先進的測試設備與智能化軟體，打造面向未來的PNT測試解決方案。

複雜性的雙重奏－大規模星座與多感測器融合對PNT測試的具體衝擊

大規模星座（尤其是LEO）帶來的PNT測試新維度

LEO等大規模星座的引入，對PNT測試提出了以下新的維度與挑戰：

• 海量訊號源的同步模擬與管理：
  一個完整的LEO星座可能同時有數十甚至上百顆衛星在待測接收機的可見範圍內，測試平台必須能夠即時、同步地模擬來自所有這些可見衛星的訊號，並精確控制其軌道動力學（可由SATGEN衛星軌道建模軟體進行精密定義與輸入）、時脈特性、訊號功率以及導航電文，這對GNSS模擬器（如具有高達208個即時通道能力的XPLORA Pro，或如CSAT-GNSS射頻訊號建模與模擬系統）的通道容量、運算效能和即時排程演算法提出了極高要求。
• 極高動態特性與快速時變通道：
  LEO衛星相對於地面的高速運動導致了巨大的都卜勒頻移及其快速變化，RF傳播通道（如多路徑、訊號遮蔽）也因此呈現出更劇烈的時變特性，測試平台需要能夠精確模擬這些效應，例如：透過ACE Client進階通道模擬器來實現動態通道條件的再現。
• 複雜的星座管理與維護場景：
  大規模星座的運行涉及頻繁的衛星升空、在軌部署、軌道維持、退役等操作，這些都可能影響PNT服務的連續性與穩定性，需要在測試中予以考慮，這對模擬軟體的場景編輯與管理能力提出要求。
• 與傳統MEO GNSS的互操作與融合測試：
  許多情況下，LEO PNT將作為MEO GNSS的補充或增強，測試兩者之間的時空基準統一性、數據融合演算法的效能至關重要，GNSS模擬器需能同時產生MEO和LEO訊號。

針對大規模星座（包括LEO）的PNT測試，精確的軌道建模是基礎，SATGEN衛星軌道建模軟體等工具在此提供關鍵支援，允許使用者定義和導入高精度的衛星軌道數據。
 

支援大規模星座模擬的GNSS測試解決方案，如基於XPLORA Pro或CSAT-GNSS的平台，其核心能力在於高通道數、多星系多頻率訊號的並行即時產生與精密控制。

多感測器融合PNT系統的測試複雜性劇增

將GNSS與INS、視覺、光達、雷達、Wi-Fi、5G/6G等多種感測器進行融合，以實現全場景PNT，極大地增加了測試的複雜性：

• 多源異構數據的同步與對齊：
  來自不同感測器的數據具有不同的格式、更新率、時間基準和誤差特性，測試平台必須能夠高精度同步這些數據流的產生或注入，並驗證待測系統（DUT）的數據對齊與時間戳處理能力。
• 融合演算法的全面驗證：
  需要測試融合演算法在各種情況下的效能，例如：
  • 單一感測器失效或效能下降時，系統能否平滑切換並保持PNT輸出。
  • 不同感測器數據存在衝突或不一致時，演算法的容錯與決策能力。
  • 在GNSS/INS緊密耦合（如使用CAST GNSS/INS即時模擬平台進行測試，該平台支援衛星與慣性模擬）等情境下，對IMU誤差的估計與補償效果。
• 真實世界交互作用的模擬：
  例如，車輛的物理運動（可由六軸運動平台Hexapod進行精密物理模擬）會同時影響GNSS天線的姿態、IMU的讀數以及視覺/光達感測器的視場，這些交互作用需要在測試中得到體現。
• 端到端效能與特定應用場景的關聯：
  測試不僅要關注底層感測器的精度，更要評估最終PNT輸出在特定應用場景下的實際效用（如自動駕駛的循跡精度、無人機的懸停穩定性）。
• 大規模測試案例的生成與管理：
  由於感測器組合、環境因素、動態條件的多樣性，多感測器融合PNT的測試案例數量呈指數級增長，對測試案例的自動生成、管理與結果分析提出了很高要求。

多感測器融合PNT系統的核心之一是GNSS與INS的緊密結合，CAST GNSS/INS即時模擬平台明確支援衛星與慣性同步模擬，為此類融合演算法的驗證提供了關鍵工具。
 

駕馭PNT複雜性風暴的測試平台技術需求

構建未來PNT測試基石－自動化與可擴展平台的架構設計理念

面對PNT系統日益增長的複雜性，傳統的「單點式」、「手動式」測試方法已難以為繼，未來的PNT測試平台必須在架構設計上擁抱自動化與可擴展性，才能有效地應對挑戰，並加速創新PNT技術的成熟與部署。

自動化測試：從繁瑣重複到智慧高效的躍遷

測試自動化是應對大規模星座與多感測器融合系統測試複雜性的核心手段，其價值體現在：

• 大幅提升測試效率與覆蓋率：
  自動化腳本可以7x24小時不間斷地執行海量的、參數組合複雜的測試案例，覆蓋人工測試難以企及的邊緣條件。
• 保證測試的可重複性與一致性：
  消除人為操作的差異和不確定性，確保每次測試都在相同的條件下進行，便於結果比較和問題追溯。
• 加速回歸測試與版本迭代：
  在軟體或硬體發生變更後，可以快速執行完整的自動化回歸測試套件，確保修改未引入新的缺陷。
• 無人值守與遠端執行：
  測試任務可以排程執行，並可遠端監控與管理，極大化測試資源的利用率。

實現PNT測試自動化，需要測試平台具備：

• 開放的應用程式介面（API）：
  所有核心儀器（GNSS模擬器、通道模擬器、干擾源、運動平台、數據採集單元等）都應提供完善的API（如SCPI, Python, C++, LabVIEW等環境的介面），允許測試控制軟體對其進行精確的程式化控制，XPLORA Pro 的產品資訊即強調了其支援API進行即時參數修改的能力，這對自動化至關重要。
• 強大的測試序列管理與腳本引擎：
  支援複雜測試邏輯的編排、參數的迴圈與掃描、條件觸發、以及測試結果的自動判讀與記錄。
• 與持續整合/持續交付（CI/CD）流程的集成：
  將PNT測試自動化無縫融入到產品的敏捷開發流程中。

可擴展測試平台架構：從容應對PNT技術的無限演進

PNT技術仍在不斷演進，新的衛星系統、新的訊號、新的感測器、新的融合演算法層出不窮，測試平台必須具備高度的可擴展性，才能避免頻繁的硬體淘汰與重複投資：

• 模組化硬體設計：
  採用如PXIe等業界標準的模組化儀器平台是實現硬體可擴展性的理想途徑，PXIe平台以其高頻寬背板、精密時序同步、豐富的模組選擇（RF、數位、類比、感測器模擬等）以及緊湊的尺寸，允許使用者根據測試需求的變化，靈活地添加、升級或替換功能模組；Averna AST-1000和RP-6500等解決方案的底層架構即常基於此類模組化思想，而XPLORA Pro或CSAT-GNSS等高通道數模擬器也採用可擴展的內部設計以支援更多通道或未來升級。
• 軟體定義的儀器功能：
  軟體定義無線電（SDR）和軟體定義儀器（SDI）的理念是實現功能可擴展性的核心，透過軟體更新或載入新的應用程式，即可在現有硬體平台上實現對新標準、新訊號或新測試演算法的支援。
• 標準化數據介面與通訊協定：
  確保不同廠商、不同類型的測試設備與模擬軟體之間能夠方便地進行數據交換與協同工作。
• 分佈式測試架構的支援：
  對於極大規模的測試（如模擬包含數千顆衛星的完整LEO星座對全球覆蓋的影響），可能需要將多台模擬器或處理單元分佈式部署並協同運作。

如CSAT-GNSS這樣的系統，其設計通常會考慮到硬體和軟體的擴展性，以應對未來更大規模星座的模擬需求或新訊號的支援。

 

GIDAS系列產品提供多種形態（從可攜式到機架式、嵌入式），體現了測試解決方案在部署上的靈活性與針對不同應用規模的可擴展性，能夠適應從單點監測到大規模網路化監測的需求。
 

 智能化測試：AI/ML在PNT測試自動化與數據分析中的潛力

人工智慧（AI）與機器學習（ML）技術的引入，為PNT測試的自動化與智能化開闢了新的可能性：

• 智慧化測試案例生成：
  利用AI演算法分析產品規格、歷史缺陷數據和真實世界使用場景（例如從XPLORA-Trace或GIDAS記錄的數據中學習），自動生成更具針對性、更能暴露潛在問題的測試案例。
• 異常PNT行為的自動檢測與根因分析：
  透過對海量測試數據進行機器學習，訓練模型自動識別PNT輸出的微小異常或特定干擾模式。
• 測試參數的自適應優化：
  例如，在進行抗干擾測試時，AI可以根據DUT的即時反應，自動調整干擾訊號的參數，以最高效的方式找到其失效邊界。
• 預測性維護與測試設備健康管理。

PNT測試的智慧進化－以自動化與可擴展性迎接未來時空服務的星辰大海

駕馭PNT技術的「複雜性風暴」，無論是源於大規模星座的挑戰，還是多感測器融合的精密，其核心都在於構建一個能夠與之共同進化、持續適應的測試驗證體系；自動化是提升測試效率、擴大測試覆蓋、確保測試質量的必然途徑；而可擴展性則是保障測試投資、從容應對未來技術迭代的關鍵。

從基於模組化硬體平台（如PXIe）構建可靈活配置的測試系統，到利用軟體定義無線電（SDR）賦予儀器隨需應變的功能，再到透過開放API與腳本引擎實現端到端的測試流程自動化，以及未來AI/ML技術在測試智慧化方面的深度賦能——這一系列技術的融合與應用，共同塑造了現代PNT測試平台的嶄新面貌；無論是驗證由XPLORA Pro或CSAT-GNSS所模擬的龐大LEO星座下的接收機效能，還是考驗CAST GNSS/INS平台與Hexapod六軸運動平台協同運作下的多感測器融合演算法，亦或是評估在ACE Client通道模擬器和GNSS導航干擾模擬系統所營造的極端惡劣環境下的PNT韌性，一個高度自動化且易於擴展的測試平台都是不可或缺的。

展望未來，隨著PNT服務的應用邊界不斷拓展至深空、水下、複雜室內環境以及新興的LEO星座應用，其測試的複雜性與挑戰性也將同步攀升，唯有持續投入於測試技術的創新，擁抱自動化、智能化、平台化與生態化的發展趨勢，才能確保我們始終能夠精準地度量和保障PNT系統的效能與可靠性。

奧創系統深耕PNT測試領域，深刻理解大規模星座與多感測器融合時代對測試自動化與可擴展性的迫切需求。我們不僅提供如XPLORA系列、CAST系列、ACE Client、GIDAS、Hexapod等具備高度自動化潛力與良好擴展性的核心測試組件，更致力於運用自身的系統整合專長與軟體開發能力，為客戶量身打造符合其特定需求的、高效、可靠且面向未來的自動化PNT測試解決方案。

若您正致力於應對PNT複雜性的挑戰，或對構建下一代自動化、可擴展測試平台有任何構想與需求，歡迎隨時與奧創系統 (Ultrontek) 的專家團隊交流，讓我們共同駕馭PNT的未來，駛向更廣闊的時空服務星辰大海。