飛行汽車｜HiL與GNSS技術在低空經濟中的崛起？

根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，到2026年，中國低空經濟市場規(guī)模預計將突破萬億，到2035年將達到3.5萬億元。這一龐大的市場規(guī)模為高精度導航和定位技術帶來了巨大的機遇。在如此龐大的市場環(huán)境下，eVTOL和無人機等技術載體的廣泛應用，將極大地依賴精準的定位和導航技術，以確保飛行安全、效率和經濟性。

1.3 定位與導航技術的需求挑戰(zhàn)

低空經濟中飛行器需要在復雜的空中環(huán)境進行精準飛行，這對導航系統(tǒng)提出了嚴峻的技術挑戰(zhàn)。城市空域中存在高樓密集、電磁干擾以及頻繁的飛行器操作，傳統(tǒng)GNSS在此類環(huán)境中可能會出現(xiàn)信號多路徑效應和遮擋問題。為此，亟需對現(xiàn)有GNSS系統(tǒng)進行技術革新，同時引入如地基增強系統(tǒng)（SBAS）和多傳感器融合等先進技術，以確保導航精度和可靠性。

GNSS技術的創(chuàng)新與應用

2.1 GNSS技術的原理與發(fā)展

GNSS是一種通過衛(wèi)星信號提供全球定位、導航和授時服務的技術，目前主流的GNSS系統(tǒng)包括美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐洲的Galileo和中國的北斗。GNSS的工作原理是通過接收多個衛(wèi)星的信號，通過三角測量法來確定接收端的精確位置。然而，城市高密度環(huán)境中多路徑效應的影響，導致信號易受干擾，影響導航的準確性。

2.2 GNSS技術在低空經濟中的應用

在低空經濟中，無人機和eVTOL等飛行器的廣泛使用對導航精度的要求極為苛刻。GNSS通過差分定位技術（RTK）可以將定位精度提升至厘米級。此外，GNSS與慣性導航系統(tǒng)（INS）的結合能夠進一步彌補信號丟失時的定位缺失問題，從而確保飛行器在城市復雜環(huán)境中的安全飛行。例如，RTK技術通過接收地面基站的修正信息，使無人機在精密農業(yè)和城市物流配送中實現(xiàn)高精度的定位與導航。

2.3 GNSS技術的革新與未來

隨著技術的不斷進步，GNSS系統(tǒng)的精度和可靠性也在逐步提升。例如，多頻段信號的應用能夠有效提高信號穿透能力，減少多路徑效應的影響；而抗干擾技術則顯著增強了系統(tǒng)在復雜電磁環(huán)境中的穩(wěn)定性。此外，地基增強系統(tǒng)（SBAS）和高精度差分定位系統(tǒng)（如PPP，精密單點定位）也正在逐步推廣應用，進一步提升了GNSS系統(tǒng)的精度。

HiL技術：虛擬與現(xiàn)實的橋梁

3.1 HiL技術的工作原理

HiL技術是一種通過模擬現(xiàn)實世界中的運行環(huán)境，測試物理硬件反應能力的技術。在HiL系統(tǒng)中，物理硬件與虛擬環(huán)境實時互動，能夠進行多種復雜條件下的場景測試，例如天氣變化、信號干擾以及復雜飛行軌跡的模擬。該技術特別適用于自動駕駛、無人機及eVTOL等領域的導航和控制系統(tǒng)測試，因為它能夠模擬復雜的城市飛行環(huán)境，避免在早期開發(fā)中進行昂貴且危險的實地測試。

3.2 HiL技術在飛行器開發(fā)中的應用

HiL技術的優(yōu)勢體現(xiàn)在其高效的開發(fā)驗證能力。在飛行器研發(fā)中，系統(tǒng)通過HiL技術能夠在仿真環(huán)境中運行多種測試情景，例如模擬低空飛行中的導航、傳感器反應等場景。這種方法能夠在產品研發(fā)早期階段，驗證硬件系統(tǒng)的適應性與穩(wěn)定性，極大地縮短了產品測試周期，降低了成本，并且確保了在投入實際使用前，系統(tǒng)已經過全面測試。例如，某些飛行汽車制造商使用HiL技術在其飛行器的電動推進和飛控系統(tǒng)上，模擬實際城市空中環(huán)境中的挑戰(zhàn)。

3.3 HiL與GNSS結合的優(yōu)勢

在低空經濟場景下，GNSS與HiL的結合為導航與控制系統(tǒng)提供了一個高效的驗證平臺。通過模擬復雜的衛(wèi)星信號傳輸條件，如城市高層建筑遮擋、電磁干擾等場景，HiL可以提前檢測系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中的表現(xiàn)，并通過不斷優(yōu)化，確保GNSS與其他傳感器系統(tǒng)在復雜環(huán)境下的精確導航，這使得開發(fā)團隊能夠更早發(fā)現(xiàn)問題并加以解決，提升產品的最終穩(wěn)定性。

低空經濟中的HiL與GNSS應用場景

4.1 城市空中交通中的應用

隨著飛行汽車商業(yè)化的推進，HiL技術與GNSS系統(tǒng)在城市空中交通中的應用顯得尤為重要。飛行汽車需要在高度復雜且動態(tài)的城市環(huán)境中進行飛行，HiL技術可以在開發(fā)過程中模擬城市中的建筑障礙、交通流量等復雜場景，驗證飛行器的導航和控制系統(tǒng)的可靠性。而GNSS則通過與其他傳感器（如視覺傳感器、激光雷達等）融合，確保飛行器在各種環(huán)境中的精準定位和安全飛行。

4.2 無人機在物流中的應用

智能物流是低空經濟的重要組成部分，而無人機作為物流配送的重要工具，其導航系統(tǒng)的精度直接關系到配送效率和安全性。GNSS通過精確的差分定位技術，可以保障無人機在城市環(huán)境中高效、精準地完成配送任務。而HiL系統(tǒng)可以模擬不同的物流配送路線和環(huán)境條件，如復雜的氣候和信號干擾等，提前驗證無人機的適應能力和反應速度。

4.3 應急救援中的應用

在應急救援場景中，時間和精度至關重要。HiL技術能夠提前模擬各種復雜的救援場景，并通過虛擬測試驗證飛行器的穩(wěn)定性和導航精度。而GNSS則確保了飛行器在災難現(xiàn)場或偏遠地區(qū)的精確定位。通過這些技術的結合，低空飛行器能夠在應急救援中快速響應，并確保救援任務的精準高效。

未來挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢

5.1 GNSS技術的挑戰(zhàn)

盡管GNSS技術在低空經濟中有著廣泛的應用前景，但其在高密度城市環(huán)境中的多路徑效應問題仍然是一個重大挑戰(zhàn)。未來，如何通過多頻段技術、天線設計優(yōu)化以及地面增強系統(tǒng)來提升信號穩(wěn)定性和抗干擾能力，是GNSS技術需要解決的關鍵問題。此外，針對城市低空交通的精密導航需求，GNSS需要與其他傳感器（如慣性導航、視覺傳感器等）實現(xiàn)更加高效的融合，以確保飛行器在信號缺失時仍能保持穩(wěn)定的導航。

5.2 HiL技術的未來發(fā)展

HiL技術作為虛擬與現(xiàn)實的橋梁，未來需要更加精確的虛擬仿真能力以及更強的計算處理能力。隨著低空經濟的快速發(fā)展，未來飛行器的操作場景將更加復雜，HiL系統(tǒng)需要能夠模擬更加多樣化的現(xiàn)實條件，如不同類型的天氣、建筑物遮擋、電磁干擾等。此外，隨著飛行器自動化程度的提高，HiL技術還需支持更復雜的多傳感器融合和自動控制系統(tǒng)測試，以應對未來智能飛行器的開發(fā)需求。

結論

HiL和GNSS技術作為推動低空經濟和未來交通發(fā)展的核心力量，正在逐步改變現(xiàn)代交通的面貌。通過精準的虛擬測試與實時導航技術的結合，飛行汽車、無人機等新型交通工具將能夠安全、高效地在復雜的城市空中環(huán)境中運行。未來，隨著技術的進一步發(fā)展和標準化的推進，HiL與GNSS技術將在低空經濟和未來交通中發(fā)揮更加重要的作用，助力全球低空交通系統(tǒng)的全面升級。

隨著自動駕駛、無人機、智能物流等行業(yè)的飛速發(fā)展，對高精度、高可靠性的定位導航及系統(tǒng)測試需求日益迫切。HIL技術作為連接虛擬與現(xiàn)實世界的橋梁，正逐步成為產品開發(fā)驗證的關鍵環(huán)節(jié)；而GNSS技術的不斷革新，則為精準定位導航提供了無限可能。