一、GNSS模拟器轨迹回放

工程师们通常利用 NMEA报文提取外场采集的轨迹信息，导入GNSS模拟器中进行仿真测试，这种标准的仿真方式基于卫星星历生成标准、纯净的卫星信号，能够提供高精度、可重复的基准测试环境，是验证定位算法逻辑与基础功能的行业标准手段，这种方式对于标准化测试至关重要，因为它排除了环境干扰的随机性。GNSS模拟器通常基于 NMEA 报文（如 $GPGGA 语句）提取运动轨迹。在此过程中，模拟器通过内置的高精度星历算法生成卫星信号，时间也可由GNSS模拟器单独指定。

GNSS模拟器标准NMEA轨迹回放：只读取轨迹，星座频点分布、功率，仿真时间均由GNSS模拟器生成或指定

从技术价值上看：这种方法保证了信号的绝对纯净度与极高的动态精度。对于验证接收机的捕获/跟踪算法、定位解算逻辑而言，这是最科学的基准测试手段。

但从演进需求上讲：虽然模拟器能通过数学建模（如对流层/电离层模型）模拟大气延迟，但难以通过纯数学方式 1:1 复现特定时间、特定路段因植被遮挡或多径效应引起的信噪比波动。

二、 GNSS录制回放方案弊端

为了获得真实测试条件，业内使用射频录制回放设备（Record & Playback）来进行外场射频数据的录制并将其带回实验室，但其也存在一定的不足：

1. 几乎不可编辑：录制后的信号是一段死板的频谱数据。工程师无法在回放中修改星座构型（部分录制回放设备可选择回放频段，但不可指定星座）、无法针对单颗卫星注入故障，也无法单独调整某一频点的功率。
2. 信号保真度：射频采样过程中的量化噪声、本振泄露以及采样损失，往往会导致回放信号的本底噪声远高于模拟器生成的信号。
3. 部署成本：动辄数十万元的硬件投入，仅能解决“复现”问题，无法满足“定制化仿真”的需求。

GNSS录制&回放技术原理图

三、德思特NMEA增强回放插件

为了解决“无法编辑、保真度低、成本高昂”的现存问题，德思特计划基于现有GNSS模拟器产品在2026年推出增强型回放插件。

该插件实质上是在模拟器强大的信号发生能力基础上，通过引入真实卫星数据，对仿真过程进行实时干预。

1. 技术实现原理

用户仅需使用通用的商业级 GNSS 接收机，在目标路段记录完整的 NMEA 数据流（包括 $GPGSV, $GPGSA 等语句）。该插件解析NMEA，获取包含UTC时间、星座频点分布以及接收机端口载噪比（C/N0）数据，并实现以下关键维度的仿真：

• 时空一致性：与标准回放仅关注位置不同，新功能将仿真时间与录制时的UTC时间严格锚定。模拟器会自动调整至当时时刻，并设置真实星座分布，确保仿真过程中的星座分布与历元信息与外场实测时刻保持一致。这使得测试场景在“时间”和“空间”上都具备了历史可追溯性。
• 环境特征耦合：插件提取接收机观测到的卫星信噪比（C/N_0 ）波动，虽然模拟器生成的是标准信号，但通过读取接收机记录的端口信噪比数据，模拟器可以动态调整每颗卫星的发射功率，从而将隧道遮挡、高架阴影等物理环境对信号的影响，精准地叠加在纯净的仿真信号上。当记录数据显示车辆驶入隧道或受高架遮挡导致信噪比下降时，模拟器会实时同步这一衰减变化。借助这一插件，我们巧妙地利用数据驱动，在实验室内还原了隧道效应、多径衰落及城市峡谷环境对信号的影响，而无需进行复杂的3D场景建模。

技术实现流程图

2. 核心技术优势

• 高保真的环境还原：与GNSS模拟器常规通过NMEA文件回放轨迹不同，该方案能够还原真实的信号强度变化。通过对 $$C/N_$$ 的还原，模拟器能够模拟出真实的定位误差分布（PE），使用户在实验室即可观察到接收机在复杂环境下跳点、失锁及重捕获的真实表现。

标准NMEA回放：不包含因环境产生的信号变化信息

增强NMEA回放：会跟随遮挡、干扰产生信号直接变化

• 保留模拟器的“开放性”与“操控感”：由于信号是由模拟器引擎生成的，用户依然拥有完全的控制权。我们可以回放一段穿越隧道的真实 NMEA，但在回放过程中，利用模拟器实现北斗B3i单频测试，或将某颗北斗卫星设置为故障状态，或在现有信号上叠加干扰（Jamming）信号等…….而这是常规录制回放难以实现的s

在增强NMEA回放过程中，模拟GPS 5号卫星故障关闭

在增强NMEA回放过程中添加相关干扰信号

• 链路纯净，成本优化：该插件无需额外购买昂贵的下变频录制硬件，利用现有GNSS模拟器，采用数学生成的方式避免了 R&P 设备的模拟失真，并通过通用接收机即可完成数据采集，极大地降低了场景库的建设成本。

3. 方案现存局限性

当然，该方案也有一些不可避免的不足与缺陷

• 受录制设备特性的耦合： 该方案复现的信噪比数据会受到录制用接收机（天线增益、射频前端性能）的影响。建议录制时尽量使用性能优良的标准接收机，以获得更具代表性的环境数据。
• 时间分辨率的边界： 相比于射频采样，NMEA报文的更新频率通常在1Hz-10Hz。这意味着该方案非常适合复现宏观的环境变化（如进出隧道、持续性遮挡），但对于极高频的微秒级瞬态干扰，可能会因采样率限制而被平滑处理。
• 复现的是“结果”而非“过程”： 该技术通过信噪比还原了信号质量下降这一结果，而非记录干扰源的原始射频波形或大气中的干扰信号。若测试目的是进行底层的抗干扰算法波形级分析或还原当时的射频电磁环境，传统的宽带射频录制可能更为适用。

结语

德思特GNSS模拟器新增的增强型NMEA回放功能，核心是为工程师打造了一款更灵活、轻量化的测试工具。该功能在完整保留模拟器标准仿真性能的前提下，通过解析接收机端的信噪比与时间数据，扩展了模拟器能力，使得GNSSS模拟器可较低成本的还原测试当时的复杂卫星星座状态与信号遮挡场景