PNT系統的「數位孿生戰場」：建構全鏈路、高對抗、可演化的國防測試與演訓環境

未來國防的虛實交鋒－PNT「數位分身」的戰略價值與迫切需求

在現代國防與非對稱作戰思維下，資訊優勢與電磁頻譜主導權已成為左右戰局的關鍵。其中，定位、導航與授時（PNT）資訊的精確性、可靠性與強韌性，直接關係到武器系統的效能、兵力部署的效率、以及整體作戰體系的生存能力。然而，隨著敵方電子戰（EW）手段的日益複雜化與智能化，傳統的、基於有限實兵演練或簡單場景模擬的PNT系統測試與演訓方法，已難以滿足未來戰場的嚴苛要求。

數位分身（Digital Twin）技術的崛起，為破解這一困境提供了革命性的途徑。一個PNT系統的「數位孿生戰場」，重點在透過高傳真建模與模擬，在數位空間中建構一個能夠精確映射真實戰場電磁環境、多維動態、多樣化威脅以及我方PNT系統全鏈路行為的虛擬副本，這個「數位孿生戰場」不僅可以作為PNT新技術、新裝備研發階段的「虛擬試驗場」，更能成為部隊日常演訓、戰術驗證、以及指揮官決策推演的「沉浸式兵棋台」；本文將深入探討建構此類PNT「數位孿生戰場」的核心技術挑戰、關鍵組成模塊，以及如何利用先進的測試與模擬解決方案來實現這一前瞻性的國防PNT驗證與演訓新範式。

解構「數位孿生戰場」－PNT全鏈路高傳真建模與動態威脅模擬

建構一個有效的PNT「數位孿生戰場」，需要對構成真實戰場PNT攻防的各個核心要素進行精確的數位化建模與模擬。

核心要素一：高傳真GNSS訊號環境的創生

這是所有PNT測試的基礎，尤其在國防應用中，對訊號的細節和動態特性要求極高：

全星系、全頻段、軍民兩用訊號模擬：
利用如XPLORA Pro、CAST 1000可攜式雙頻GNSS模擬器、或CSAT-GNSS射頻訊號建模與模擬系統等先進GNSS模擬器，必須能夠精確產生包括GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou在內的所有主流衛星系統的民用及軍用（需授權）訊號。這包括對現代化訊號結構（如M碼、L1C、L5、E6、B1C等）的碼型、調變、導航電文內容的完全可程式化控制。
精密時空動力學建模：
結合SATGEN衛星軌道建模軟體，對衛星的精密軌道（考慮高階地球引力場、日月引力、太陽光壓等）、星載原子鐘的物理特性（老化、漂移、相位雜訊）、以及相對論效應進行超真實模擬。
高動態載具平台軌跡與姿態模擬：
模擬從地面裝備、水面艦艇到高速戰機、導彈、乃至太空飛行器的複雜六自由度運動軌跡和姿態變化。

利用SATGEN衛星軌道建模軟體對大規模、多軌道衛星星座（包括敵我雙方）進行精密軌道建模，是構建「數位孿生戰場」PNT背景的基礎。

如CSAT-GNSS等高階GNSS射頻訊號建模與模擬系統，能夠提供構建「數位孿生戰場」所需的高傳真、全星座、多頻段GNSS訊號環境。

核心要素二：複雜戰場電磁環境的逼真再現

真實戰場的電磁環境遠比民用場景惡劣和複雜：

多樣化、高強度、動態RF干擾模擬：
利用CAST GNSS導航干擾模擬系統或NavTD-M23導航威脅偵測/模擬器，產生從壓制性寬頻雜訊到靈巧的追蹤式干擾、從單點固定干擾源到多點移動協同干擾的複雜Jamming場景。
高階、協同GNSS欺騙攻擊模擬：
模擬能夠精密同步真實GNSS訊號，並逐漸「拖曳」PNT解的生成式欺騙攻擊，包括針對軍用碼的潛在欺騙向量以及對訊號認證機制的挑戰。
真實戰場RF傳播通道的精確仿真：
透過ACE Client進階通道模擬器或ACE9600（可整合DBM ACE Plugin for STK），模擬訊號在複雜地形（山地、叢林、都市）、海面、以及高空高速飛行時經歷的多路徑、衰落、遮蔽、大氣波導等效應。
背景電磁頻譜的疊加：
考慮在PNT訊號之外，戰場上還存在的其他通訊、雷達等訊號，可以使用如Averna AST-1000這樣的SDR多功能訊號源來模擬這些背景電磁頻譜，以評估PNT系統在真實頻譜擁擠環境下的效能。

一個典型的GNSS干擾與欺騙模擬系統架構，是「數位孿生戰場」中構建電磁威脅環境的核心，用以驗證PNT系統的電子戰防護能力。

透過干擾模擬系統的範本或自訂義腳本，可以快速生成符合特定作戰想定或情報分析的複雜干擾與欺騙場景，提升演訓的真實性。

核心要素三：多平台、多感測器PNT系統的整合行為模擬

現代國防與航太任務往往涉及多個平台（陸、海、空、天、網）的協同，以及單一平台上多種PNT感測器（GNSS、INS、星光、雷達、視覺等）的融合：

GNSS/INS深度融合的動態驗證：
利用CAST GNSS/INS即時模擬平台模擬IMU的動態輸出（含誤差）並與GNSS RF訊號同步，是驗證在GNSS受擾時INS能否可靠接續的基礎。
硬體在環（HIL）與物理運動的整合：
將待測的PNT硬體單元（如導彈的導引頭、戰機的導航計算機、衛星的姿控系統）置於Hexapod六軸運動平台（如250kg以下負載或250KG以上負載型號）上，使其經歷真實的物理運動與振動，同時接收來自模擬器的RF訊號（GNSS、干擾、通道效應），構成最高傳真度的HIL測試環境。
網路中心PNT與協同導航測試：
模擬多個平台之間透過數據鏈進行PNT資訊共享、協同定位或相對導航的場景。

PNT系統的「數位孿生戰場」驗證流程，通常包含從SIL（演算法級）、HIL（訊號級）到結合Hexapod的物理運動HIL（實物級）的多層次、逐步逼近真實的測試。

將GNSS/INS待測單元安裝於六軸運動平台上，並同步注入模擬的GNSS RF與干擾訊號，是驗證其在複雜動態與電磁對抗環境下PNT效能的終極手段。

核心要素四：真實世界數據反哺與模型的持續演化

「數位孿生戰場」並非一成不變，它需要不斷從真實世界中汲取數據，進行校準、驗證和演化：

實場電磁環境的情報級監測與記錄：
利用GIDAS系列干擾偵測與分析系統（包括固定式、可攜式及嵌入式版本）和Averna RP-6500寬頻記錄回放系統或XPLORA-Trace GNSS記錄與分析方案，在真實演習、部署區域或潛在衝突熱點，捕捉實際的RF頻譜特徵、干擾事件以及敵我雙方的電磁活動。
威脅模型庫的更新與演化：
將實場採集到的新型干擾或欺騙訊號特徵，用於更新實驗室中干擾模擬器的威脅波形庫，使模擬更貼近實戰。
PNT系統行為模型的校準：
利用實測數據校準和優化PNT系統在數位分身中的數學模型，提高模擬的準確性。

GIDAS系列提供的多形態解決方案，能夠對戰場電磁環境進行全時域、全頻段的監測與分析，為「數位孿生戰場」的威脅模型提供真實數據輸入。

PNT「數位孿生戰場」的構建與驗證核心技術

「數位孿生戰場」構建域	核心技術挑戰	關鍵實現技術/方法	主要驗證目標/演訓價值	對應測試技術
高傳真GNSS環境模擬	全星座軍/民用訊號精確產生；精密軌道/時脈/大氣模型；極端動態與弱訊號。	多通道、多頻段GNSS訊號模擬器；精密軌道動力學建模軟體（如SATGEN）；可程式化導航電文與訊號參數。	PNT接收機在各種想定下的基本效能（擷取、追蹤、定位/授時精度）；對現代化軍/民訊號的處理能力。	XPLORA Pro/CSAT-GNSS（旗艦級模擬）；CAST 1000（可攜式）；SATGEN（軌道建模）。
複雜電磁威脅環境建構	多類型、多方向、動態、協同的Jamming/Spoofing模擬；未知與進化型威脅的探索性模擬。	寬頻、多通道、可程式化干擾/欺騙訊號產生器；威脅場景編輯與腳本控制；與GNSS模擬器/通道模擬器的精密同步；SDR平台支援新型威脅波形。	PNT系統的抗干擾（AJ）與抗欺騙（AS）能力；威脅偵測、告警、緩解與恢復機制；在極端電磁壓制下的作戰效能。	GNSS導航干擾模擬系統；NavTD-M23導航威脅偵測/模擬器；Averna AST-1000（SDR平台，可模擬特定通訊干擾或客製化EW波形）。
真實戰場RF傳播通道仿真	複雜地形、海面、大氣（包括電離層閃爍、大氣波導）以及載具自身結構對RF訊號的多路徑、衰落、遮蔽、繞射等效應的精確再現。	高傳真動態RF通道模擬器；支援基於物理（如光線追蹤）或統計的通道模型；可導入3D地理環境數據；與運動軌跡同步的即時通道參數更新。	PNT系統在真實傳播條件下的訊號接收品質（C/N₀）；多路徑抑制演算法效能；在訊號遮蔽或快速衰落環境下的PNT連續性。	ACE Client進階通道模擬器/ACE9600；DBM ACE Plugin for STK（場景建模與通道整合）。
多平台/多感測器協同PNT模擬	模擬多個作戰平台（陸海空天）之間的PNT資訊共享、相對導航、協同定位；單一平台上GNSS/INS/視覺/雷達等多感測器的數據融合與故障轉移。	多個GNSS/INS模擬器的同步聯網；IMU數位數據流/物理運動（Hexapod）的同步注入；其他感測器數據的模擬或半實物接入；統一的HIL測試控制與數據採集平台。	協同PNT精度與時效性；多感測器融合演算法的穩健性與精度增益；在部分感測器失效或受擾時的系統整體PNT效能。	CAST GNSS/INS即時模擬平台；Hexapod六軸平台；（多模擬器聯網需專業系統整合）。
數位分身的演化與閉環驗證	如何利用實場演訓或真實衝突中採集的數據，持續校驗、更新和演進「數位孿生戰場」的模型與威脅庫，形成有效的驗證閉環。	寬頻RF環境數據記錄與回放；頻譜監測與干擾特徵資料庫；AI/ML輔助的實場數據分析與模型優化；測試結果與實戰數據的自動比對與偏差分析。	「數位孿生戰場」與真實戰場環境的逼近度；對新型未知威脅的快速建模與模擬能力；測試驗證結果對實戰效能的預測準確性。	Averna RP-6500寬頻記錄回放系統；GIDAS系列干擾偵測與分析系統；XPLORA-Trace GNSS記錄與分析方案；（AI/ML分析需客製化軟體開發）。

從數位藍圖到實戰推演－PNT「數位孿生戰場」的構建與應用實踐

構建PNT「數位孿生戰場」的核心目標，是在實驗室中創造一個與真實作戰環境高度一致、參數完全可控、場景可無限重複、且能夠對PNT系統施加極限壓力與未知探索的「超級試煉空間」，這需要將多種尖端模擬與測試技術進行深度整合與協同運作。

搭建「數位孿生戰場」的技術支柱：高傳真模擬技術的融合

全維度GNSS環境模擬：
利用如XPLORA Pro、CAST 1000、CSAT-GNSS等頂級GNSS模擬器，並結合SATGEN精密軌道建模，可以產生覆蓋全球、多星系、多頻段、包含軍民用訊號的基礎GNSS訊號環境，關鍵在於對訊號功率、相位、都卜勒、碼型、導航電文內容（包括加密資訊的抽象模擬或直接注入）的精確控制，以及對衛星軌道動力學、時脈物理特性和相對論效應的忠實模擬。
複雜電磁頻譜與傳播通道的精確塑造：
將上述「乾淨」的GNSS訊號，通過ACE Client進階通道模擬器或ACE9600（可整合DBM ACE Plugin for STK），疊加複雜的RF傳播效應（多路徑、衰落、遮蔽、大氣影響等）。同時，利用GNSS導航干擾模擬系統和NavTD-M23導航威脅偵測/模擬器，注入多樣化、動態可控的Jamming與Spoofing訊號，甚至可以利用Averna AST-1000等SDR平台產生特定的背景通訊訊號或其他RF威脅，共同構成高對抗性的戰場電磁頻譜。
多感測器融合與物理運動的HIL整合：
對於搭載GNSS/INS融合系統的武器平台（如導彈、無人機、戰機），利用CAST GNSS/INS即時模擬平台同步模擬GNSS RF與IMU數位數據。更進一步，將PNT硬體單元安裝於Hexapod六軸運動平台上，使其經歷與模擬戰場機動完全一致的物理運動和振動，實現最高傳真度的硬體在環（HIL）測試。

透過自動化API，Hexapod六軸平台的精密物理運動能夠與GNSS、干擾及通道模擬器的數位訊號環境實現緊密同步，構成PNT「數位孿生戰場」中關鍵的物理層驗證環節。

「數位孿生戰場」的應用價值：從裝備研發到作戰演訓的全覆蓋

新一代PNT裝備的研發與定型（DT&E, OT&E）：
在裝備研發的早期階段，即可利用數位孿生環境對設計方案進行快速迭代和效能評估，大幅縮短研發週期，降低實物試驗風險與成本。
電子戰戰術與反制措施的驗證（T&E）：
模擬各種已知的和假定外的PNT攻擊手段，驗證我方PNT系統的防護能力和反制措施的有效性，優化電子戰戰術。
操作人員與指揮員的沉浸式演訓：
為飛行員、導航員、電子戰操作員等提供一個高度逼真、零風險、低成本的PNT攻防演練環境，提升其在複雜電磁環境下的應變能力和決策水平。
作戰效能評估與任務規劃：
在特定作戰想定下，評估PNT系統對整體作戰效能的貢獻度，或在任務規劃階段，預演PNT系統在預期戰場環境下的表現，識別潛在風險。
新概念武器PNT需求的探索性研究。

數據閉環與持續進化：「活」的數位孿生戰場

一個真正強大的PNT「數位孿生戰場」並非靜態的，而是能夠透過與真實世界的數據交互來持續「進化」的，利用GIDAS系列干擾偵測與分析系統、XPLORA-Trace GNSS記錄與分析方案以及Averna RP-6500寬頻記錄回放系統等工具，從實場演習、部署環境或情報收集中獲取的真實RF數據和威脅特徵，可以不斷反饋到實驗室的模擬模型中，提升數位孿生環境的逼真度和時效性，形成一個數據驅動的測試驗證與模型優化閉環。

PNT「數位孿生」引領國防未來－科技制勝的時空資訊新賽道

在日益強調多域精確打擊、智能化無人作戰和資訊化體系對抗的未來國防格局中，PNT系統的強韌性與可靠性已上升到前所未有的戰略高度。PNT「數位孿生戰場」的構建與應用，正是應對這一挑戰、實現科技制勝的關鍵途徑。它透過在實驗室中對真實戰場PNT攻防全鏈路、多維度、高傳真的精確映射與模擬推演，為我們提供了一個能夠在「硝煙」真正燃起之前，就洞察先機、磨礪利劍、修補軟肋的「超級演兵場」。

從利用XPLORA Pro、CSAT-GNSS等頂級GNSS模擬器和SATGEN軟體構建的「數位星空」，到由ACE Client模擬的「電磁迷霧」，再到CAST GNSS導航干擾模擬系統和NavTD-M23製造的「無形火力網」，結合CAST GNSS/INS平台與Hexapod六軸平台的「真實動態注入」，並以GIDAS和RP-6500的「戰場情報」反哺，這一整套技術的融合，使得PNT「數位孿生戰場」不僅僅是一個測試平台，更是一個知識積累、戰術創新和能力生成的「智慧引擎」。

展望未來，AI技術將深度滲透到「數位孿生戰場」的每一個環節，從智慧化的威脅場景自動生成、PNT系統脆弱性自主發掘，到作戰演訓效果的智慧評估與優化，網路化、分佈式的數位孿生也將使得跨地域、跨軍種的聯合作戰PNT演練成為可能。

奧創系統 (Ultrontek) 深知PNT技術在現代國防與航太領域的戰略核心地位，我們致力於提供全球領先的PNT測試、模擬與驗證解決方案，助力客戶構建面向未來的「數位孿生戰場」。憑藉我們全面的產品組合（涵蓋從GNSS訊號產生、RF環境與威脅模擬、多感測器融合測試到物理運動模擬的全鏈路核心設備）以及頂尖的系統整合與客製化服務能力，奧創系統是您在PNT攻防最前線最值得信賴的技術夥伴。若您對建構PNT「數位孿生戰場」、提升國防PNT系統強韌性與作戰效能有任何需求，歡迎隨時與奧創系統 (Ultrontek) 的專家團隊聯繫，共同擘劃PNT科技制勝的未來。

最新消息

技術文章

PNT數位孿生戰場：國防測試與演訓高傳真模擬技術