GB∕T 28587-2012 移動測量系統(tǒng)慣性測量單元（正式版）

移動測量系統(tǒng)慣性測量單元Inertialmeasurementunitinthemobilema2012-06-29發(fā)布IGB/T28587—2012 Ⅲ 2規(guī)范性引用文件 l3術(shù)語及定義 4產(chǎn)品分級 5基本參數(shù) 26通用技術(shù)要求 36.1外觀檢查 36.2功能檢查 7參數(shù)檢驗 37.1檢驗條件 37.2標準裝置 37.3檢驗項目 48檢驗方法 48.1轉(zhuǎn)臺調(diào)平 48.2已知目標方位角建立 58.3偏航角ψ的精度δ 58.4俯仰角θ的精度δ 58.5側(cè)滾角φ的精度δ 68.6輸出穩(wěn)定性Bs 8.7開機重復性BR 9環(huán)境試驗 10標志 711包裝 812運輸 8 8附錄A(資料性附錄)檢驗記錄計算實例 9圖1轉(zhuǎn)臺調(diào)平示意圖 圖2已知方位角目標示意圖 5表1準確度等級劃分 2表2慣性測量單元(IMU)基本參數(shù) 2表3檢驗用標準裝置 3ⅡGB/T28587—2012表4慣性測量單元(IMU)檢驗項目 表A.1偏航角精度δ檢驗記錄表 表A.2俯仰角精度δ檢驗記錄表 表A.3側(cè)滾角精度δ檢驗記錄表 表A.4輸出穩(wěn)定性Bs檢驗記錄表 表A.5開機重復性Bg檢驗記錄表 Ⅲ本標準依據(jù)GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標準由國家測繪地理信息局提出。本標準由全國地理信息標準化技術(shù)委員會(SAC/TC230)歸口。本標準起草單位：國家光電測距儀檢測中心。1移動測量系統(tǒng)慣性測量單元本標準規(guī)定了移動測量系統(tǒng)中慣性測量單元(IMU)的產(chǎn)品分類、技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則，儀器的包裝、標志、運輸和貯存的方法。本標準適用于移動測量系統(tǒng)(機載、車載和船載等)中慣性測量單元(IMU)的設計、生產(chǎn)試驗和檢驗。下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T191包裝儲運圖示標志GB/T2423.1～2423.10、2423.25～2423.27電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗GB/T15464儀器儀表包裝通用技術(shù)條件下列術(shù)語和定義適用于本文件。移動測量系統(tǒng)mobilemeasurementsystem測繪領域中以飛機、輪船、汽車等為載體，搭載測繪儀器進行測繪作業(yè)的系統(tǒng)。由3個正交安裝的單軸陀螺儀或2個正交安裝的雙軸陀螺、3個正交安裝的加速度計、相關(guān)輔助電路及結(jié)構(gòu)體等部分構(gòu)成，用于測量運動載體的三維角速度和非引力加速度(比力)的裝置。用來復現(xiàn)飛行器姿態(tài)角運動的裝置，有單軸轉(zhuǎn)臺、雙軸轉(zhuǎn)臺和三軸轉(zhuǎn)臺之分。在靜止條件下，衡量IMU輸出量圍繞其均值的離散程度。以規(guī)定時間內(nèi)輸出量的標準偏差來表示，包括IMU三個軸向的輸出量穩(wěn)定性。IMU開機重復性repeatabilityofmeasuringresults在同樣條件及規(guī)定間隔時間內(nèi)，多次通電過程中，IMU輸出量相對其均值的離散程度，以多次測試所得零偏的標準偏差表示，包括IMU三個軸向輸出量的重復性。航向傾角longitudinaltilt2θ載體坐標系X,,軸與水平面的夾角，從水平面起算，向上為正。φ載體坐標系Y,軸與水平面的夾角，從水平面起算，右傾為正。偏航角yawψ在水平面內(nèi)，載體坐標系X,軸與真北方向之間的夾角，從真北方向起算，右偏為正。4產(chǎn)品分級慣性測量單元(IMU)用來測定運動載體姿態(tài)的偏航角ψ、俯仰角θ和側(cè)滾角φ,即航向、俯仰、橫滾的狀態(tài)。它是由三個陀螺儀及三個加速度計組成，由導航計算機對陀螺儀及加速度計的原始測量數(shù)據(jù)進行處理后，輸出偏航角ψ、俯仰角θ和側(cè)滾角φ等參數(shù)。慣性測量單元(IMU)的測量準確度等級以輸出參數(shù)的標準差來劃分，參見表1。表1準確度等級劃分準確度等級測角標準差(δ)IⅡⅢ5基本參數(shù)慣性測量單元(IMU)的基本參數(shù)參見表2。表2慣性測量單元(IMU)基本參數(shù)單位為度(°)序號儀器等級IⅡ1偏航角ψ的精度δ,2俯仰角θ的精度δ。0.005<δg≤0.013側(cè)滾角φ的精度δ。0.005<δ,≤0.014輸出穩(wěn)定性BsBs≤0.015開機重復性BRBg≤0.0136通用技術(shù)要求6.1外觀檢查外觀檢查應包括下列幾項內(nèi)容：b)緊固件、連接件應牢固無松動，并用膠(或漆)固封；c)電連接器應完整無損，絕緣層完好；d)至少具有兩個相互垂直的基準面；6.2功能檢查功能檢查應包括下列幾項內(nèi)容：a)先通電檢驗，查看輸出應正常；b)各種操作鍵、按鈕或開關(guān)應反應靈敏、功能正常；c)如有顯示屏，顯示的各種字符應清晰、內(nèi)容完整、對比度適當；d)數(shù)據(jù)輸出完好；e)儀器的附件齊全。7參數(shù)檢驗7.1檢驗條件檢驗條件包含下列內(nèi)容：a)檢驗工作應在實驗室內(nèi)常溫下進行；b)實驗室應不受強電場、磁場和震動的影響；c)環(huán)境實驗部分應滿足相關(guān)條件。7.2標準裝置檢驗設備主要是位置轉(zhuǎn)臺。檢驗設備應裝有安全限制裝置，以免慣性測量單元(IMU)在電、機械、熱等方面過載或輸入量過大。檢驗用標準裝置及其技術(shù)要求見表3。表3檢驗用標準裝置單位為秒(")序號標準器具名稱技術(shù)要求1已知真方位角目標1.0(標準差)2轉(zhuǎn)臺(雙軸)3.0(角位置定位誤差)3.0(兩軸垂直度)4GB/T28587—20127.3檢驗項目慣性測量單元(IMU)的檢驗項目見表4。表4慣性測量單元(IMU)檢驗項目序號檢驗項目檢驗類型定型鑒定出廠檢驗1外觀及一般功能檢查十十2偏航角ψ的精度δ十十3俯仰角θ的精度δ。十十4側(cè)滾角φ的精度δ。十十5輸出穩(wěn)定性Bs十+6開機重復性Bg十十8檢驗方法8.1轉(zhuǎn)臺調(diào)平在進行慣性測量單元(1MU)的檢測前，首先要精密調(diào)平轉(zhuǎn)臺，調(diào)平的方法是將水平傳感器按圖1所示方向安置于工作平臺上，傳感器輸出含有X和Y軸信號，它們是與水平誤差(角度)成線性關(guān)系的模擬直流電壓信號。當X值大于0,Y值小于0,撐腿1為最高點；當X值小于0,Y值小于0,撐腿2為最高點；當X值小于0,Y值大于0,撐腿3為最高點；當X值大于0,Y值大于0,撐腿4為最高點。圖1轉(zhuǎn)臺調(diào)平示意圖假設撐腿著地后撐腿1為最高點(其他撐腿為最高點也一樣),根據(jù)水平傳感器的信號，可以分別進行X軸和Y軸方向的調(diào)節(jié)。如先進行X軸調(diào)節(jié)，其過程如下：a)撐腿1和4不動，撐腿2和3同時上升一定位移，即工作平臺繞撐腿1和4為軸線旋轉(zhuǎn)，撐腿2和3同時上升，上升的數(shù)值根據(jù)水平傳感器的X軸反饋值決定，直至X軸呈水平狀態(tài)；b)撐腿3和4不動，撐腿1和2同時上升一定位移，操作方法與a)類似，進行Y軸的水平調(diào)節(jié)；c)若工作臺的X軸和Y軸都調(diào)節(jié)成水平狀態(tài)，則認為工作臺處于水平狀態(tài)。轉(zhuǎn)臺的調(diào)平也可以按照轉(zhuǎn)臺使用手冊中的方法或其他能滿足相應精度要求的方法。58.2已知目標方位角建立利用天文測量的方法在室內(nèi)建立一條接近北方向的已知真方位角的目標，其準確度(標準差)應不大于1”,應至少還有一條與目標方向大致相差90°的檢核邊，參見圖2。檢驗之前，應檢查目標方向是否發(fā)生了變化。圖2已知方位角目標示意圖8.3偏航角y的精度δ8.3.1檢驗方法IMU的偏航角ψ的精度δ的檢驗方法及步驟如下：a)將IMU安裝到轉(zhuǎn)臺上，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺軸使IMU的航向軸對準轉(zhuǎn)臺的正北方向；b)讀取轉(zhuǎn)臺輸出a?;c)啟動IMU進行測量，得偏航角觀測值ψ;e)重復d),共轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺n(n=36)次后，得IMU上偏航角觀測值ψ(i=1,2,……,n),轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的8.3.2數(shù)據(jù)處理IMU的偏航角ψ的精度δ。的數(shù)據(jù)處理及計算過程如下：a)計算偏航角誤差平均值： (1)b)計算偏航角觀測值的殘差v;:v;=(ψ;-a;)-ψ(i=1,2, ,n)…………(2)c)偏航角ψ的精度δ: (3)n——測量次數(shù)；δ。應滿足表2的要求。計算實例參見表A.1。8.4俯仰角θ的精度δ。8.4.1檢驗方法俯仰角θ的精度δ。的檢驗方法及步驟如下：a)將IMU安裝到轉(zhuǎn)臺上，使IMU測定俯仰角θ的軸與轉(zhuǎn)臺的一個軸重合；6b)將轉(zhuǎn)臺選擇至—20°,讀取轉(zhuǎn)臺輸出量α?;c)啟動IMU進行測量，得俯仰角觀測值θ;d)向回轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺2°后，從IMU上得俯仰角觀測值θ?;e)重復d),共轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺n(n=21)次后，得IMU上俯仰角觀測值θ(i=1,2,…,n),讀取轉(zhuǎn)臺輸出量a;(i=1,2,…,n)。8.4.2數(shù)據(jù)處理俯仰角θ的精度δ。的數(shù)據(jù)處理及計算步驟如下：a)計算俯仰角誤差平均值：b)計算俯仰角觀測值的殘差v;: ,n)…………(5) (6)δ。應滿足表2的要求。計算實例參見附錄A表A.2。8.5側(cè)滾角φ的精度δ。8.5.1檢驗方法側(cè)滾角φ的精度δ。的檢驗方法及步驟如下：a)將IMU安裝到轉(zhuǎn)臺上，使IMU測定側(cè)滾角φ的軸與轉(zhuǎn)臺的一個軸重合b)將轉(zhuǎn)臺選擇至一20°,讀取轉(zhuǎn)臺輸出量α?;c)啟動IMU進行測量，得側(cè)滾角觀測值φ?;d)向回轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺2°后，從IMU上得側(cè)滾角觀測值φ?;e)重復d),共轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺n(n=21)次后，得IMU上側(cè)滾角觀測值φ;(i=1,2,…,n),轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的角8.5.2數(shù)據(jù)處理a)計算側(cè)滾角誤差平均值：b)計算側(cè)滾角φ觀測值的殘差v;:)n——測量次數(shù)；δ。應滿足表2的要求。計算實例參見表A.3。78.6輸出穩(wěn)定性Bs8.6.1檢驗方法將慣性測量單元(IMU)安裝在檢測設備上，并使航角指北。檢驗方法如下：a)設定輸出量測的采樣間隔時間為5min,測試時間不少于60min;b)接通電源，記錄IMU在測試時間內(nèi)的輸出量。8.6.2數(shù)據(jù)處理慣性測量單元(IMU)穩(wěn)定性檢驗的數(shù)據(jù)處理程序如下：a)計算輸出量的平均值w式中：……b)計算穩(wěn)定性計算觀測值的殘差v;:v;=w;一w(i=1,2, ,n)………………(11)計算輸出量重復性： (12)n——測量次數(shù)；取三個軸向中的最大值為Bs的最后檢驗結(jié)果，Bs應滿足表2的要求。計算實例參見表A.4。8.7開機重復性Bg8.7.1檢驗方法將慣性測量單元(IMU)安裝在測試設備上，并使航角指北。檢驗方法如下：a)接通電源，記錄慣性測量單元(IMU)開機直到輸出結(jié)果穩(wěn)定后，記錄輸出量并關(guān)閉電源；b)再開機，重復a),重復次數(shù)不少于10次。8.7.2數(shù)據(jù)處理慣性測量單元(IMU)開機重復性檢驗的數(shù)據(jù)處理參見8.6.2。Bg應滿足表2的要求。計算實例參見表A.5。9環(huán)境試驗按GB/T2423.1～2423.10、2423.25～2423.27相關(guān)要求進行環(huán)境試驗。10.1儀器上應具有產(chǎn)品型號、名稱、商標、儀器制造商和儀器編號等標志。10.2說明書和包裝上應標注產(chǎn)品的型號、名稱、商標、儀器制造商和詳細地址。8儀器的包裝應符合GB/T15464規(guī)定。包裝儲運標志應符合GB/T191的規(guī)定。12.1儀器搬運和放置按照運輸箱的標志進行，應嚴格遵守儀器搬運和運輸?shù)南嚓P(guān)規(guī)則。12.2應禁止與易燃、易爆、易腐蝕等物品同車裝運。12.3應有防雨、防日曬、防撞擊和防跌落的措施。13貯存9(資料性附錄)檢驗記錄計算實例表A.1～表A.5分別給出了偏航角精度δ、俯仰角精度δ、側(cè)滾角精度δ、IMU輸出穩(wěn)定性Bs及開機重復性BR的檢驗記錄計算實例。表A.1偏航角精度δ檢驗記錄表儀器編號：儀器編號：序號轉(zhuǎn)臺讀數(shù)輸出值α,偏航角輸出值ψ殘差v;1—0.00322—0.00323一0.00224—0.0012540.000—0.00126—0.00127—0.000289—0.0002—0.0002—0.000246.898—0.0002序號轉(zhuǎn)臺讀數(shù)輸出值α;偏航角輸出值ψ殘差v;一0.0002—0.0002—0.0002—0.0002—0.0002—0.0012—0.0012偏航角ψ的精度δ=0.0012儀器編號：序號轉(zhuǎn)臺讀數(shù)輸出值α;俯仰角輸出值0;1—19.981—0.00222-17.981—0.00223—15.980—0.00124—13.980—0.00125—11.979—0.00026—9.979—0.00027—7.979—0.00028—5.979—0.000294.0000—3.978-1.978—0.0002—2.0000—0.0002—4.0000—0.0002—6.0000—8.0000—10.0000—12.0000序號轉(zhuǎn)臺讀數(shù)輸出值α;俯仰角輸出值θ;殘差v;俯仰角θ的精度δ=0.0010單位為度(°)序號轉(zhuǎn)臺讀數(shù)輸出值α;側(cè)滾角輸出值φ;殘差v;1—20.0000—20.0472—18.0000-18.0473—16.0000—16.0474—14.0000—14.0475—12.0000—12.0476—10.0000—10.0477—8.0000—8.0478—6.0000—6.0479—4.0000—4.047—2.0000—2.047—0.00044.0000—0.0004—0.0004—0.0004—0.0014—0.0014—0.0004—0.0004—0.0004—0.0004側(cè)滾角φ的精度δ。=0.0067序號時間minIMU輸出量/(°)側(cè)滾角φ偏航角ψ俯仰角θ觀測值殘差觀測值殘差觀測值殘差10—0.002225—0.050—0.00123—0.051—0.00124一0.051—0.00025-0.051—0.00026—0.052—0.001—0.0002—0.00167一0.0018