車聯網與自動駕駛 GNSS 驗證：基於地圖圖資的虛擬路測策略

在邁向完全自動駕駛（Level 4 / Level 5）的道路上，車輛的「感知能力」是安全的核心，雖然光達（LiDAR）、雷達與攝影機提供了周遭環境的精確輪廓，但它們無法告訴車輛「我在地球上的絕對座標」，這項任務，完全落在全球導航衛星系統（GNSS）的肩上；對於車聯網（V2X）而言，車輛不僅需要知道自己的位置，還必須將這個位置廣播給周圍的車輛（V2V）與基礎設施（V2I），以實現碰撞預警或協同變換車道，如果 GNSS 訊號產生了哪怕只有幾公尺的誤差，都可能導致系統做出致命的錯誤決策。

道路環境對 GNSS 的殘酷考驗

在實驗室的開闊天空下，接收 GNSS 訊號是一件簡單的事，但在真實的道路環境中，訊號的傳播面臨著極度複雜的物理干擾：

• 多路徑效應與城市峽谷：
  當車輛行駛在高樓林立的商業區時，直射的衛星訊號往往被建築物遮擋，接收天線收到的是經過玻璃帷幕或水泥牆面反射的訊號，因為光速行進的路線被「折射拉長」了，這會導致導航電腦計算出的距離過大，使車輛的定位點瞬間「飄移」到相鄰的車道甚至建築物內。
• 動態遮蔽與林蔭大道：
  當車輛駛入茂密的林蔭大道，樹冠的水分會大量吸收並散射微波訊號，更常見的是，當一輛大型聯結車並排行駛時，會形成巨大的「金屬遮蔽牆」，瞬間切斷半邊天空的衛星視野，導致可見衛星數量急遽下降。
• 隧道與地下道：
  這是最極端的「訊號拒止（GNSS Denied）」環境，車輛駛入隧道瞬間，所有衛星訊號歸零，此時車輛必須依賴慣性量測單元（IMU）進行盲行推算，當車輛駛出隧道瞬間，GNSS 接收機必須在最短時間內從雜訊中重新捕捉並鎖定衛星訊號（熱啟動），這對接收機的訊號處理能力是極大考驗。

實車路測的困境與實車路測 (VDT) 的必要性

傳統上，車廠會將測試儀器裝在原型車上，耗費數個月的時間在全球各地進行數百萬公里的實車路測（Drive Testing），然而這種方法存在三個致命缺陷：

1. 無法重複（Non-repeatability）：
   今天在信義區遇到的訊號多路徑干擾，明天再開一次，因為衛星運行的軌道已經改變，天氣也不同，產生的干擾現象絕對不一樣，這使得工程師無法針對特定的「邊角案例（Edge Cases）」進行演算法的除錯與回歸測試。
2. 效率低與成本高：
   要驗證軟體更新後是否影響了導航性能，重新開車上路測試的時間與金錢成本極其高昂。
3. 危險性：
   測試自動駕駛系統在極端定位失效下的反應，在開放道路上進行是非常危險的。

因此，虛擬路測（Virtual Drive Testing, VDT） 成為現代車廠的標準流程，其核心概念是：將真實世界的地圖圖資、車輛動態軌跡以及複雜的電磁環境，「數位化」並搬進實驗室，透過高階的 GNSS 模擬器，直接將虛擬的射頻訊號注入車輛的導航模組，讓車輛「以為」自己正行駛在真實的道路上。

從地圖到射頻的無縫轉換

要實現完美的虛擬路測，您需要一套能夠理解「汽車語言（如軌跡與地圖）」，同時又能精準產生「太空語言（如星曆與射頻）」的跨領域測試平台，我們強烈推薦整合 OHB Digital Solutions 的 XPLORA 系列 GNSS 模擬系統，這是一套專為高階應用場景設計的完整生態系，能夠完美滿足從車廠 OEM 到 Tier-1 供應商在自動駕駛與車聯網驗證上的所有需求。

核心技術一：結合地圖圖資的路線規劃 (Automotive Add-on)

要進行虛擬路測，第一步就是「決定車要開去哪」。

• 直覺的路線生成：
  針對汽車應用的特殊需求，XPLORA Core 模擬軟體提供了專屬的 車用擴充模組（Automotive Add-on），這是一個獨立的網路服務介面，允許工程師直接進行道路交通的路線規劃。
• 從圖資到物理參數：
  測試人員無需手動輸入複雜的經緯度座標點，透過這個工具，您可以在地圖上設定起點與終點，系統會自動沿著真實道路生成包含精確位置、速度與加速度的動態車輛軌跡參數，這些參數將即時驅動模擬器，計算出每一毫秒車輛相對於太空中數十顆衛星的幾何角度與相對速度。

XPLORA One衛星訊號模擬器 結合 XPLORA Core 軟體與 Ettus USRP，提供精準 GNSS 衛星訊號模擬，支援 GPS、Galileo、GLONASS、BeiDou 等星座系統，1 或 2 個 RF 雙通道輸出，輕巧便攜設計，輕鬆高效部署。

核心技術二：XPLORA Pro 的硬體迴路 (HIL) 即時模擬

對於自動駕駛系統的驗證，導航數據必須與車輛的煞車、轉向等控制單元即時連動，這就是硬體迴路（HIL）測試。

• 極低延遲與高更新率：
  XPLORA Pro 搭載了高效能的硬體平台（如 IZT S1000 GNSS 韌體），專為 HIL 場景打造，它支援高達 250 Hz 的軌跡與星座更新率，並將射頻輸出的延遲控制在極低水準。
• 應對高速動態：
  這表示當自動駕駛模擬電腦發出「緊急切換車道」的指令時，XPLORA Pro 能在幾毫秒內重新計算並調整輸出的 GNSS 射頻訊號（包含劇烈變化的都卜勒頻移與多路徑延遲），確保導航模組與車輛控制系統之間的時間同步完美無瑕。

XPLORA Pro 高階 GNSS 訊號模擬解決方案支援產生所有公共 GNSS 訊號與頻率，包含 GPS、Galileo、GLONASS、BeiDou 等，具備即時 RF 播放、數位中頻訊號產生、干擾與欺騙模擬能力，並可模擬接收器的運動、天線特性及導航訊息；靈活的 API 或 GUI 操作介面，實現參數的即時修改，提升干擾應對策略並進行標準化驗證。

核心技術三：XPLORA Trace 的真實環境錄製與重放

雖然電腦生成的虛擬場景很完美，但有時候，工程師需要重現現實世界中最混亂、最不可預測的訊號環境。

• 捕捉真實的不完美：
  為了解決這個需求，我們提供 XPLORA Trace 錄製與重放系統，與理想化的理論模型不同，XPLORA Trace 能夠透過主動式天線與強大的 SDR 硬體，將車輛在真實道路上接收到的「原汁原味」GNSS 訊號（包含特定地點與時間固有的訊號不完美、雜訊與干擾）完整錄製下來。
• 實驗室內的 100% 重現：
  將錄製好的資料帶回實驗室後，XPLORA Trace 能夠精確地將這些訊號轉化為射頻重新播放，這對於先進駕駛輔助系統（ADAS）的測試極具價值，因為您可以讓不同的接收機或不同版本的演算法，反覆經歷「同一條真實且充滿干擾的街道」，進行最客觀的效能評比。

OHB XPLORA Trace 紀錄器可精準捕捉真實世界 GNSS 訊號，支援所有 GNSS 星座、頻段與訊號，適用於 ADAS 測試、GNSS 接收器驗證及研發專案；提供 25 MHz 或 2×100 MHz 頻寬、無限制記錄長度；並可無縫整合 COTS SDR 硬體與 XPLORA Core，滿足記錄、回放與模擬需求。

關鍵應用：從 ADAS 到 eCall 驗證

OHB XPLORA 系統 的應用範圍涵蓋了車聯網的各個層面：

• 自動駕駛系統測試：
  驗證感測器融合（Sensor Fusion）演算法在 GNSS 訊號劣化時的可靠性。
• 緊急呼叫系統 (eCall) 驗證：
  當車輛發生嚴重碰撞時，eCall 系統必須自動撥打救援電話並傳送精確座標，XPLORA 系統廣泛應用於 OEM 與 Tier-1 供應商，確保在最危急的時刻，定位資訊的解算與發送絕對準確。
• 車載資訊娛樂系統 (Infotainment)：
  確保車載導航地圖在複雜交流道或高架橋下的圖資匹配（Map Matching）精準度。

實際系統配置將因應您的測試階段（軟體開發、硬體整合或整車驗證）、所需的衛星星系（GPS, Galileo, BeiDou 等）及 HIL 系統架構而有所不同，如需深入規劃與系統搭配建議，請聯繫「奧創團隊」，我們擁有豐富的車電測試與系統整合經驗，隨時準備為您提供最專業的配置建議與技術支援。

立即聯繫奧創系統，讓我們協助您將全球的道路網搬進您的實驗室，透過頂尖的虛擬路測解決方案，賦予您的自動駕駛車輛一雙看透迷霧、無懼干擾的銳利之眼，安全駛向未來出行的每一段旅程。