从无人机配送到空管新规：低空经济规模化背后的软件验证课题

低空经济正在从示范应用逐步走向常态化运行。8月4日，一架载着包裹的无人机从杭州萧山区钱江世纪城公共起降场起飞，跨越钱塘江后，约13分钟抵达上城区采荷一处起降点。这条全长约9公里的航线，是杭州首条低空即时配送跨江航线。目前，杭州已接入多个低空起降场（点），开通多条常态化运营航线，无人机配送正在从局部试点逐渐融入城市物流体系。

就在一周后，低空领域又迎来一项重要政策动态。8月11日，中国民用航空局发布关于《民用航空空中交通管理规则（征求意见稿）》公开征求意见的通知。本次修订后的规章专门增加“民用无人驾驶航空器”章节，围绕信息报告要求、设备和能力要求、安全责任等内容作出规定。

民用无人驾驶航空器章节内容如下：

此次修订旨在进一步适应我国民航业发展、国际民航组织相关要求以及低空经济等新业态的发展。随着无人驾驶航空器成为低空经济的重要运行主体，相关管理要求正逐步纳入民航空中交通管理体系，也反映出低空经济正由应用探索走向规模化运行，行业关注重点正在转向如何保障飞行器在复杂环境下长期、稳定和安全运行。

无人机实际上是一套精密、复杂的嵌入式系统。飞控计算机、任务计算机、导航设备、传感器、通信设备、总线和执行机构等硬件，需要与操作系统、驱动软件、飞行控制软件和任务软件协同运行。在实际飞行过程中，软件不仅需要完成导航、控制和任务处理，还需要持续处理来自传感器、通信链路以及其他机载设备的大量实时数据。

随着无人机从单机试验走向规模化应用，系统需要面对的运行情况也会更加复杂。例如，传感器数据出现异常、通信链路发生延迟或中断、某个机载设备突然失效、数据传输出现错误，甚至不同设备同时发生异常，都可能进一步影响飞控和任务软件的运行。

因此，无人机安全验证不能只关注某一个功能是否正常，而需要更加系统地考察软硬件之间的交互行为。例如，当导航信息异常时，飞控软件能否正确识别并采取相应措施；当某个外设失效后，系统能否进入预定的降级状态；当软件版本更新以后，原有功能是否受到影响。这些问题都需要在飞行器真正进入长期运营之前得到充分验证。

传统无人机软件研发高度依赖真实飞控计算机、传感器和通信设备等硬件，但在装备研制早期，实物设备往往尚未完全到位，软件开发和系统联调容易受到硬件进度制约；进入实飞阶段后，又会受到天气、场地、空域和试验成本等因素限制，一些极端故障场景也难以在真实环境中反复构造。随着低空飞行器走向常态化运行，软件版本、任务场景和异常状态不断增加，仅依靠实机和飞行试验已难以满足测试覆盖和快速迭代需求，因此需要建立虚拟仿真、软件测试、半实物测试和真实飞行试验相结合的分层验证体系，将更多软件功能、接口和异常场景验证前移至数字环境中完成。

嵌入式数字样机为这种研发方式提供了重要技术基础。与主要针对产品外形和机械结构的三维数字模型不同，嵌入式数字样机重点面向装备内部计算系统，通过对处理器、存储器、总线、控制器以及各种外设进行软件化建模，在通用计算平台上构建能够运行真实嵌入式软件的虚拟硬件环境。

以无人机飞控系统为例，在真实飞控计算机尚未完全具备的情况下，可以首先构建对应的虚拟飞控计算机，将操作系统、驱动程序以及飞控软件提前加载到虚拟环境中运行，使软件研发人员能够在硬件到位之前开展功能调试、接口验证和软件测试。这样可以减少软件研发对真实硬件研制进度的依赖，使软件开发和硬件开发在一定程度上并行推进。

虚拟环境具有可控、可重复的优势，可以反复复现真实飞行中偶发的问题，并主动注入导航异常、通信延迟、设备掉线等故障，在软件升级后还可通过自动化回归测试验证不同版本的运行结果。虚拟验证并非取代实物试验和真实飞行，而是将更多软件功能、接口及异常场景验证前移至数字环境中完成，使后续有限的实物测试资源更集中于真实硬件特性、飞行动力学和复杂环境下的综合性能验证。

由迪捷软件自主研发的天目全数字实时仿真软件SkyEye，面向复杂嵌入式系统提供全数字虚拟运行环境。通过对处理器、存储器、总线和各类外设进行软件化建模，SkyEye能够在通用计算平台上构建与真实目标设备相对应的虚拟硬件环境，使嵌入式软件能够在脱离真实硬件的条件下提前开展开发、调试和测试。

面向无人机等低空飞行器，可以基于SkyEye构建飞控计算机、任务计算机等关键设备的嵌入式数字样机，在实物设备尚未完全就绪的阶段加载操作系统、驱动程序和应用软件。研发人员可以观察软件运行状态以及不同设备之间的数据交互，并通过故障注入、自动化测试等方式，对正常运行状态和异常场景进行重复验证。

SkyEye还可与多领域分布式协同仿真平台DigiThread 联动，实现飞行动力学模型、姿轨控模型等等与计算机模型的协同运行，大幅提升无人机系统的设计精度与工程落地效率，部分原本需要等待实物设备甚至实际飞行才能进行的软件验证工作，可以提前至研发阶段开展，从而推动软件开发、系统集成和测试验证工作整体前移。