JJF 2071-2023 便攜式智能定位計時終端校準規(guī)范

中華人民共和國國家計量技術規(guī)范便攜式智能定位計時終端校準規(guī)范JJF2071—2023便攜式智能定位計時終端校準規(guī)范CalibrationSpecificationforPortableIntelligentPositioningandTimingTerminalsJJF2071—2023歸口單位:全國衛(wèi)星導航應用專用計量測試技術委員會主要起草單位:北京市計量檢測科學研究院中國科學院國家授時中心參加起草單位:北京無線電計量測試研究所遼寧省計量科學研究院中國信息通信研究院本規(guī)范委托全國衛(wèi)星導航應用專用計量測試技術委員會負責解釋本規(guī)范主要起草人:仲崇霞(北京市計量檢測科學研究院)梁煒(北京市計量檢測科學研究院)高春柳(北京市計量檢測科學研究院)李變(中國科學院國家授時中心)參加起草人:閻棟梁(北京無線電計量測試研究所)李諾(遼寧省計量科學研究院)陳曉晨(中國信息通信研究院)Ⅰ引言 (Ⅱ)1范圍 (1)2引用文件 (1)3概述 (1)4計量特性 (1)4.1定位偏差 (1)4.2測速偏差 (1)4.3當前時刻同步誤差 (1)5校準條件 (2)5.1環(huán)境條件 (2)5.2測量標準及其他設備 (2)6校準項目和校準方法 (2)6.1校準項目 (2)6.2校準方法 (3)7校準結果表達 (6)8復校時間間隔 (6)附錄A原始記錄參考格式 (7)附錄B校準證書內頁參考格式 (9)附錄C測量結果的不確定度評定示例 (10)ⅡJJF1071—2010《國家計量校準規(guī)范編寫規(guī)則》、JJF1001—2011《通用計量術語及定義》和JJF1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》共同構成支撐本規(guī)范編制工作的基礎性系列規(guī)范。本規(guī)范包含了對便攜式智能定位計時終端的計量要求和具體校準項目,計量特性主要包括定位偏差、測速偏差和當前時刻同步誤差。本規(guī)范為首次發(fā)布。1便攜式智能定位計時終端校準規(guī)范本規(guī)范適用于具有全球導航衛(wèi)星系統衛(wèi)星導航定位、計JJF1403全球導航衛(wèi)星系統(GNSS)接收機(時間測量型)校準規(guī)范凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。便攜式智能定位計時終端(以下簡稱定位計時終端)通過接收全球導航衛(wèi)星系統(GNSS)信號實現自主定位和計時，主要由主控制器、定位模塊、授時模塊、電池等部分組成，部分終端還包括存儲單元和顯示屏，其組成如圖1所示。定位計時終端被廣天線顯示屏圖1便攜式智能定位計時終端組成原理框圖優(yōu)于15m。JJF2071—20232b)優(yōu)于±1s(無1PPS輸出)。注:1對于有測速功能的定位計時終端可參考計量特性4.2的要求。2以上技術指標不用于合格性判定,僅供參考。5校準條件5.1環(huán)境條件a)環(huán)境溫度:(20±5)℃;b)環(huán)境相對濕度:≤80%;c)電壓:220(1±10%)V,頻率:50(1±2%)Hz;d)周圍無影響儀器正常工作的電磁干擾和機械振動。5.2測量標準及其他設備5.2.1標準時間頻率源a)與UTC(CN)的時間偏差:優(yōu)于±50ns;顯示分辨力:1ms;b)相對頻率偏差:優(yōu)于±1×10-9。5.2.2GNSS信號模擬器a)輸出頻點:支持被校定位計時終端可接收的GNSS信號頻點;b)信號功率:輸出范圍(-150~-110)dBm,絕對功率誤差:優(yōu)于±2dB;c)內部時基相對頻率偏差:優(yōu)于±1×10-8。5.2.3GNSS基準點5.2.:U=0.1m,k=2。a)測量范圍:0°~360°;b)分辨力:0.05°。5.2.5時間間隔測量儀a)具備外頻標輸入功能;b)時間間隔測量分辨力:優(yōu)于0.01μs。5.2.6OTA測試暗室屏蔽效能:>80dB(1GHz~3GHz)。5.2.7高清照相機a)像素:≥4096×1024;b)防抖動。6校準項目和校準方法6.1校準項目校準項目及對應校準方法見表1。31外觀及功能檢查2定位偏差34當前時刻同步誤差6.2校準方法a)儀器連接如圖2所示。b)GNSS信號模擬器仿真標準位置靜態(tài)場景可見衛(wèi)星不少于6顆，暗室轉臺接收c)啟動GNSS信號模擬器靜態(tài)場景仿真，待被校定位計時終端顯示或輸出第一個定位值后，等待3min進行收斂(或按儀器廠家說明書規(guī)定的收斂時間)。再連續(xù)運行15min,期間采集被校定位計時終端輸出數據(采樣時間間隔推薦為1s)或每30s記d)GNSS信號模擬器仿真標準位置值為(x?,yo,zo),被校定位計時終端定位值為(x;,y;,z;)。計算GNSS信號模擬器仿真標準值與被校定位計時終端測量平均值之差△x、△y、△z,由式(1)計算被校定位計時終端的定位偏差。△GNSS信號模擬器仿真標準值與被校定位計時終端測量平均值基準點法JJF2071—20234a)將被校定位計時終端固定在GNSS觀測墩中心位置,觀測墩坐標值為(x0,y0,z0)。b)待被校定位計時終端顯示或輸出第一個定位值后,等待3min進行收斂(或按儀器廠家說明書規(guī)定的收斂時間)。再連續(xù)運行15min,期間采集被校定位計時終端輸出數據(采樣時間間隔推薦為1s)或每30s記錄一次顯示定位數據值(xi,yi,zi)。c)計算觀測墩坐標值與被校定位計時終端測量平均值之差Δx、Δy、Δz,由式(1)計算被校定位計時終端的定位偏差。注:被測定位計時終端解算的坐標多為大地坐標系坐標,需轉換為地心地固坐標系坐標,再做進一步計算。6.2.3測速偏差a)儀器連接如圖2所示。b)將GNSS信號模擬器測試場景設為勻速直線運動場景,可見衛(wèi)星不少于6顆,暗室轉臺接收信號功率電平推薦為-120dBm或按廠家說明書要求,場景速度分別為2km/h、5km/h、10km/h和20km/h。c)啟動GNSS信號模擬器動態(tài)場景仿真,設定場景速度值為2km/h,待被校定位計時終端顯示或輸出第一個速度值后,等待3min進行收斂(或按儀器廠家說明書規(guī)定的收斂時間)。再連續(xù)運行15min,期間采集被校定位計時終端輸出數據(采樣時間間隔推薦為1s)或每30s記錄一次顯示速度值。d)GNSS信號模擬器仿真標準速度值為v0,被校定位計時終端速度值為vi,其平均值為vi。由式(2)計算定位計時終端的測速偏差。式中:Δv—被校定位計時終端的測速偏差式中:Δv—被校定位計時終端的測速偏差,km/h;v0—GNSS信號模擬器仿真標準速度值,km/h;vi—被校定位計時終端速度測量值的平均值,km/h。e)設定其他的場景速度值,重復步驟c)進行校準。6.2.4當前時刻同步誤差6.2.4.1拍照法a)通過轉發(fā)天線將室外天線接收的導航衛(wèi)星信號轉發(fā)到實驗室內,或確保實驗室內可接收到導航衛(wèi)星信號,確認被校定位計時終端處于鎖定衛(wèi)星信號的狀態(tài)。場內。c)將高清照相機置于被校定位計時終端正前方,并確保拍攝角度與被校定位計時終端顯示屏幕垂直,設置自動拍照模式并拍照獲取當前時刻被校定位計時終端與標準時間的圖像。d)記錄標準時間當前時刻的顯示值T0i和被校定位計時終端當前時刻顯示值或指示值Txi。e)對于指針式顯示屏,需先讀出其時針和分針所指示的讀數,然后用數顯角度尺5時間間隔測量儀f)同樣的方法測量10次，取10次測量的標準時間與被校定位計時終端當前時刻值差值的平均值作為當前時刻同步誤差的校準結果，由式(3)計算。T——被校定位計時終端第i次的顯示值或指示值，hh:mm:ss.ms;T?;——標準時間第i次的顯示值，hh:mm:ss.ms。6.2.4.2時間間隔測量儀法a)儀器連接如圖3所示，圖a)為用真實導航衛(wèi)星信號測試的測量儀器連接示意圖，圖b)為用GNSS信號模擬器測試的測量儀器連接示意圖。標準時間頻率源輸出的標準頻率加載到時間間隔測量儀和GNSS信號模擬器的外參考輸入端。器b)時間間隔測量儀暗室b)用真實導航衛(wèi)星信號測試時，通過轉發(fā)天線將室外天線接收的導航衛(wèi)星信號轉發(fā)到實驗室內，或確保實驗室內可接收到導航衛(wèi)星信號，確認被校定位計時終端處于鎖定衛(wèi)星信號的狀態(tài)；用GNSS信號模擬器測試時，將GNSS信號模擬器發(fā)出的射頻信號接入暗室內，通過暗室內的發(fā)射天線發(fā)射信號，被測定位計時終端置于暗室內接收GNSS信號模擬器的信號，并保持信號鎖定狀態(tài)。c)被校定位計時終端輸出的1PPS接入時間間隔測量儀的啟動輸入端。d)標準時間頻率源的1PPS(圖a)]或GNSS信號模擬器的1PPS(圖b)]接入到時間間隔測量儀的停止輸入端。e)將時間間隔測量儀的閘門時間設為1s,連續(xù)測量300s,計算測量結果的平均值z作為被校定位計時終端當前時刻同步誤差的校準結果。JJF2071—202367校準結果表達經校準的定位計時終端出具校準證書。校準證書應至少包括以下信息:a)標題:“校準證書”;b)實驗室名稱和地址;c)進行校準的地點(如果與實驗室的地址不同);d)證書的唯一性標識(如編號),每頁及總頁數的標識;e)客戶的名稱和地址;f)被校對象的描述和明確標識;g)進行校準的日期,如果與校準結果的有效性和應用有關時,應說明被校對象的接收日期;h)如果與校準結果的有效性或應用有關時,應對被校樣品的抽樣程序進行說明;i)校準所依據的技術規(guī)范的標識,包括名稱及代號;j)本次校準所用測量標準的溯源性及有效性說明;k)校準環(huán)境的描述;l)校準結果及其測量不確定度的說明;m)對校準規(guī)范的偏離的說明;n)校準證書簽發(fā)人的簽名、職務或等效標識;o)校準結果僅對被校對象有效的說明;p)未經實驗室書面批準,不得部分復制證書的聲明。8復校時間間隔由于復校時間間隔的長短是由儀器的使用情況、使用者、儀器本身質量等諸因素所決定,送校單位可根據實際使用情況確定復校時間間隔。建議復校時間間隔為1年。JJF2071—20237附錄A原始記錄參考格式委托單位被校設備校準地點環(huán)境條件校準時間校準人員校準儀器校準項目□定位偏差□測速偏差□當前時刻同步誤差1.外觀和工作正常性檢查外觀:□完好□損壞工作正常性檢查:□正?！醍惓?.定位偏差樣品編號標準點坐標值定位計時終端實測坐標值測量不確定度U/m3.測速偏差樣品編號標準速度值km/h定位計時終端實測速度值km/h測量不確定度Ukm/h84.當前時刻同步誤差(拍照法)序號標準時間當前時刻值hh:mm:ss.ms定位計時終端當前時刻值顯示或指示值/hh:mm:ss.ms測量不確定度Ums5.當前時刻同步誤差(時間間隔測量儀法)序號當前時刻同步誤差測量值μs當前時刻同步誤差校準結果μs測量不確定度Uμs9附錄B校準證書內頁參考格式1.定位偏差標準點坐標值實測坐標值定位偏差δp/m測量不確定度U/m2.測速偏差標準速度值/(km/h)實測速度值/(km/h)速度偏差/(km/h)測量不確定度U/(km/h)3.當前時刻同步誤差(拍照法)標準時間當前時刻值hh:mm:ss.ms實測當前時刻值hh:mm:ss.ms當前時刻同步誤差ms測量不確定度Ums4.當前時刻同步誤差(時間間隔測量儀法)當前時刻同步誤差μs測量不確定度Uμs10附錄C測量結果的不確定度評定示例C.1定位偏差測量結果不確定度評定本示例用GNSS信號模擬器法對定位偏差進行校準,并對定位偏差測量結果的不確定度進行評定。C.1.1測量模型式中:δp=(C.1)δp—被校定位計時終端的定位偏差,m;Δx、Δy、Δz—GNSS信號模擬器仿真標準值與被校定位計時終端測量值平均值之差,m。C.1.2標準不確定度的來源及評定定位偏差的不確定度來源有以下幾個分量:由GNSS信號模擬器偽距控制精度引入的標準不確定度,定位計時終端顯示分辯力引入的標準不確定度,測量重復性引入的標準不確定度。C.1.2.1GNSS信號模擬器偽距控制精度引入的標準不確定度u1根據GNSS信號模擬器的說明書以及GNSS信號模擬器校準結果可知,GNSS信號模擬器模擬單顆衛(wèi)星的偽距控制精度為0.01m,根據衛(wèi)星定位原理,至少需要觀測到4顆衛(wèi)星才能定位,一般情況最多可見星位8~9個,取6顆星計算,采用B類評定方法,取k=2,由GNSS信號模擬器偽距控制精度引入的標準不確定度:u10.03m(C.2)C.1.2.2定位計時終端顯示分辨力引入的標準不確定度u2定位計時終端顯示分辯力有多種,現以分辨力為1m的定位計時終端為例進行分析。采用B類評定方法,包含因子k=,則u2=δx=0.29×1m=0.29m(C.3)C.1.2.3測量重復性引入的標準不確定度u3表C.1給出了定位偏差的測量結果。表C.1定位偏差測量結果m次數ix定位誤差平均值y定位誤差平均值z定位誤差平均值定位偏差Di10.8471.2091.0761.8311表C.1(續(xù))次數ix定位誤差平均值y定位誤差平均值z定位誤差平均值定位偏差Di20.7961.2651.0281.8130.5951.2591.0271.7340.6311.2221.1071.7750.6961.3271.0361.8260.6321.0971.0171.6270.7881.1041.0291.7080.6251.2571.0341.7490.8171.2071.0561.80100.5921.1881.1131.73C.1.2.4u3=標準不確定度一覽表(Di-D)2i=110-1≈0.1m(C.4)標準不確定度一覽表見表C.2。表C.2標準不確定度一覽表不確定度來源類型值/m分布因子標準不確定度/mGNSS信號模擬器偽距控制精度B0.06—20.03定位計時終端顯示分辨力B1均勻0.29測量重復性A0.1—0.1C.1.2.5不確定度分量之間相關性估計各不確定度分量之間無相關性。C.1.3合成標準不確定度(C.5)uc(δp(C.5)uc(δp)=≈0.3m被校定位計時偏差的分辯力為1m時,擴展不確定度C.2測速偏差測量結果不確定度評定C.2.1測量模型式中:U(δp)=kuc(δp)=C.2測速偏差測量結果不確定度評定C.2.1測量模型式中:Δv=v0-viΔv—被校定位計時終端的測速偏差,km/h;v0—GNSS信號模擬器仿真標準速度值,km/h;(C.6)(C.7)JJF2071—202312 vi—被校定位計時終端速度測量值的平均值,km/h。C.2.2測量不確定度來源測速誤差的不確定度來源于以下幾個分量:GNSS信號模擬器偽距變化率誤差引入的標準不確定度,定位計時終端測速信息分辨力引入的標準不確定度,測量重復性引入的標準不確定度。C.2.3標準不確定評定C.2.3.1GNSS信號模擬器偽距變化率誤差引入的標準不確定度u1根據GNSS信號模擬器的說明書以及GNSS信號模擬器校準結果可知,GNSS信號模擬器單星信號偽距變化率誤差為0.001m/s,與定位誤差評定相似,取6顆星參與定B類評定方法,取k=2,由GNSS信號模擬器偽距變化率誤差引入的標u1s=0.003m/s(C.8)C.2.3.2定位計時終端測速信息分辨力引入的標準不確定度u2定位計時終端測速分辨力為0.1km/h(即0.028m/s),其不確定服從矩形分布,采用B類評定方法,包含因子k=,則u2=s≈0.01m/s(C.9)C.2.3.3測量重復性引入的標準不確定度u3設定測試場景的標準速度值為5km/h,測量10次,記錄測速結果見表C.3。表C.3測速結果記錄表次數i定位計時終端測速均值vi/(km/h)次數i定位計時終端測速均值vi/(km/h)15.165.025.075.135.185.145.095.155.0105.0 u3=i-1v)2≈0.05m/s(C.10)C.2.3.4標準不確定度一覽表標準不確定度一覽表見表C.4。JJF2071—202313表C.4標準不確定度一覽表不確定度來源類型值/(m/s)分布因子標準不確定度/(m/s)GNSS信號模擬器偽距變化率誤差B0.006—20.003定位計時終端測速信息分辨力B0.03均勻0.01測量重復性A0.05——0.05C.2.3.5不確定度分量之間相關性估計各不確定度分量之間無相關性。C.2.4合成標準不確定度uc=≈0.uc=≈0.05m/s被校定位計時終端的分辯力為0.1km/h時,擴展不確定度C.3當前時刻同步誤差測量結果不確定度評定(拍照法)C.3.1測量模型U=kuc=2×0.05m/s≈0.1m/sC.3當前時刻同步誤差測量結果不確定度評定(拍照法)C.3.1測量模型δT=(Txi-T0i)式中:δT—當前時刻同步誤差,ms;Txi—被校定位計時終端第i次的顯示值或指示值,hh:mm:ss.ms;T0i—標準時間第i次的顯示值,hh:mm:ss.ms。C.3.2測量不確定度來源(C.11)(C.12)(C.13)測量不確定度來源主要有4方面:參考標準時間引入的標準不確定度、定位計時終端時間顯示分辨力(數顯角度尺分辨力)引入的標準不確定度和測量重復性引入的標準不確定度。注:數顯式定位計時終端不確定度來源為時間顯示分辨力引入的不確定度,指針式定位計時終端不確定度來源為校準所用數顯角度尺分辨力引入的不確定度。本示例以數顯式定位計時終端為例進行評定,指針式定位計時終端的當前時刻同步誤差不確定度可參照JJF1901—2