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(yàn) 37.1檢驗(yàn)條件 37.2標(biāo)準(zhǔn)裝置 37.3檢驗(yàn)項(xiàng)目 48檢驗(yàn)方法 48.1轉(zhuǎn)臺調(diào)平 48.2已知目標(biāo)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(jī)重復(fù)性BR 9環(huán)境試驗(yàn) 10標(biāo)志 711包裝 812運(yùn)輸 8 8附錄A(資料性附錄)檢驗(yàn)記錄計(jì)算實(shí)例 9圖1轉(zhuǎn)臺調(diào)平示意圖 圖2已知方位角目標(biāo)示意圖 5表1準(zhǔn)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(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)裝置 3ⅡGB/T28587—2012表4慣性測量單元(IMU)檢驗(yàn)項(xiàng)目 表A.1偏航角精度δ檢驗(yàn)記錄表 表A.2俯仰角精度δ檢驗(yàn)記錄表 表A.3側(cè)滾角精度δ檢驗(yàn)記錄表 表A.4輸出穩(wěn)定性Bs檢驗(yàn)記錄表 表A.5開機(jī)重復(fù)性Bg檢驗(yàn)記錄表 Ⅲ本標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由國家測繪地理信息局提出。本標(biāo)準(zhǔn)由全國地理信息標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC230)歸口。本標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則，儀器的包裝、標(biāo)志、運(yùn)輸和貯存的方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于移動測量系統(tǒng)(機(jī)載、車載和船載等)中慣性測量單元(IMU)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)試驗(yàn)和檢驗(yàn)。下列文件對于本文件的應(yīng)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(yùn)圖示標(biāo)志GB/T2423.1～2423.10、2423.25～2423.27電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)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(lǐng)域中以飛機(jī)、輪船、汽車等為載體，搭載測繪儀器進(jìn)行測繪作業(yè)的系統(tǒng)。由3個(gè)正交安裝的單軸陀螺儀或2個(gè)正交安裝的雙軸陀螺、3個(gè)正交安裝的加速度計(jì)、相關(guān)輔助電路及結(jié)構(gòu)體等部分構(gòu)成，用于測量運(yùn)動載體的三維角速度和非引力加速度(比力)的裝置。用來復(fù)現(xiàn)飛行器姿態(tài)角運(yùn)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(shí)間內(nèi)輸出量的標(biāo)準(zhǔn)偏差來表示，包括IMU三個(gè)軸向的輸出量穩(wěn)定性。IMU開機(jī)重復(fù)性repeatabilityofmeasuringresults在同樣條件及規(guī)定間隔時(shí)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(biāo)準(zhǔn)偏差表示，包括IMU三個(gè)軸向輸出量的重復(fù)性。航向傾角longitudinaltilt2θ載體坐標(biāo)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(biāo)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(biāo)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(yùn)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(gè)陀螺儀及三個(gè)加速度計(jì)組成，由導(dǎo)航計(jì)算機(jī)對陀螺儀及加速度計(jì)的原始測量數(shù)據(jù)進(jìn)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(zhǔn)確度等級以輸出參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差來劃分，參見表1。表1準(zhǔn)確度等級劃分準(zhǔn)確度等級測角標(biāo)準(zhǔn)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(jī)重復(fù)性BRBg≤0.0136通用技術(shù)要求6.1外觀檢查外觀檢查應(yīng)包括下列幾項(xiàng)內(nèi)容：b)緊固件、連接件應(yīng)牢固無松動，并用膠(或漆)固封；c)電連接器應(yīng)完整無損，絕緣層完好；d)至少具有兩個(gè)相互垂直的基準(zhǔn)面；6.2功能檢查功能檢查應(yīng)包括下列幾項(xiàng)內(nèi)容：a)先通電檢驗(yàn)，查看輸出應(yīng)正常；b)各種操作鍵、按鈕或開關(guān)應(yīng)反應(yīng)靈敏、功能正常；c)如有顯示屏，顯示的各種字符應(yīng)清晰、內(nèi)容完整、對比度適當(dāng)；d)數(shù)據(jù)輸出完好；e)儀器的附件齊全。7參數(shù)檢驗(yàn)7.1檢驗(yàn)條件檢驗(yàn)條件包含下列內(nèi)容：a)檢驗(yàn)工作應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常溫下進(jìn)行；b)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)不受強(qiáng)電場、磁場和震動的影響；c)環(huán)境實(shí)驗(yàn)部分應(yīng)滿足相關(guān)條件。7.2標(biāo)準(zhǔn)裝置檢驗(yàn)設(shè)備主要是位置轉(zhuǎn)臺。檢驗(yàn)設(shè)備應(yīng)裝有安全限制裝置，以免慣性測量單元(IMU)在電、機(jī)械、熱等方面過載或輸入量過大。檢驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)裝置及其技術(shù)要求見表3。表3檢驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)裝置單位為秒(")序號標(biāo)準(zhǔn)器具名稱技術(shù)要求1已知真方位角目標(biāo)1.0(標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)項(xiàng)目慣性測量單元(IMU)的檢驗(yàn)項(xiàng)目見表4。表4慣性測量單元(IMU)檢驗(yàn)項(xiàng)目序號檢驗(yàn)項(xiàng)目檢驗(yàn)類型定型鑒定出廠檢驗(yàn)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(jī)重復(fù)性Bg十十8檢驗(yàn)方法8.1轉(zhuǎn)臺調(diào)平在進(jìn)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(dāng)X值大于0,Y值小于0,撐腿1為最高點(diǎn)；當(dāng)X值小于0,Y值小于0,撐腿2為最高點(diǎn)；當(dāng)X值小于0,Y值大于0,撐腿3為最高點(diǎn)；當(dāng)X值大于0,Y值大于0,撐腿4為最高點(diǎn)。圖1轉(zhuǎn)臺調(diào)平示意圖假設(shè)撐腿著地后撐腿1為最高點(diǎn)(其他撐腿為最高點(diǎn)也一樣),根據(jù)水平傳感器的信號，可以分別進(jìn)行X軸和Y軸方向的調(diào)節(jié)。如先進(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)上升一定位移，操作方法與a)類似，進(jìn)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(rèn)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(yīng)精度要求的方法。58.2已知目標(biāo)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(biāo)，其準(zhǔn)確度(標(biāo)準(zhǔn)差)應(yīng)不大于1”,應(yīng)至少還有一條與目標(biāo)方向大致相差90°的檢核邊，參見圖2。檢驗(yàn)之前，應(yīng)檢查目標(biāo)方向是否發(fā)生了變化。圖2已知方位角目標(biāo)示意圖8.3偏航角y的精度δ8.3.1檢驗(yàn)方法IMU的偏航角ψ的精度δ的檢驗(yàn)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(zhǔn)轉(zhuǎn)臺的正北方向；b)讀取轉(zhuǎn)臺輸出a?;c)啟動IMU進(jìn)行測量，得偏航角觀測值ψ;e)重復(fù)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(jì)算過程如下：a)計(jì)算偏航角誤差平均值： (1)b)計(jì)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(yīng)滿足表2的要求。計(jì)算實(shí)例參見表A.1。8.4俯仰角θ的精度δ。8.4.1檢驗(yàn)方法俯仰角θ的精度δ。的檢驗(yàn)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(gè)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(jìn)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(fù)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(jì)算步驟如下：a)計(jì)算俯仰角誤差平均值：b)計(jì)算俯仰角觀測值的殘差v;: ,n)…………(5) (6)δ。應(yīng)滿足表2的要求。計(jì)算實(shí)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(yàn)方法側(cè)滾角φ的精度δ。的檢驗(yàn)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(gè)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(jìn)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(fù)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(jì)算側(cè)滾角誤差平均值：b)計(jì)算側(cè)滾角φ觀測值的殘差v;:)n——測量次數(shù)；δ。應(yīng)滿足表2的要求。計(jì)算實(shí)例參見表A.3。78.6輸出穩(wěn)定性Bs8.6.1檢驗(yàn)方法將慣性測量單元(IMU)安裝在檢測設(shè)備上，并使航角指北。檢驗(yàn)方法如下：a)設(shè)定輸出量測的采樣間隔時(shí)間為5min,測試時(shí)間不少于60min;b)接通電源，記錄IMU在測試時(shí)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(yàn)的數(shù)據(jù)處理程序如下：a)計(jì)算輸出量的平均值w式中：……b)計(jì)算穩(wěn)定性計(jì)算觀測值的殘差v;:v;=w;一w(i=1,2, ,n)………………(11)計(jì)算輸出量重復(fù)性： (12)n——測量次數(shù)；取三個(gè)軸向中的最大值為Bs的最后檢驗(yàn)結(jié)果，Bs應(yīng)滿足表2的要求。計(jì)算實(shí)例參見表A.4。8.7開機(jī)重復(fù)性Bg8.7.1檢驗(yàn)方法將慣性測量單元(IMU)安裝在測試設(shè)備上，并使航角指北。檢驗(yàn)方法如下：a)接通電源，記錄慣性測量單元(IMU)開機(jī)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(jī)，重復(fù)a),重復(fù)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(jī)重復(fù)性檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理參見8.6.2。Bg應(yīng)滿足表2的要求。計(jì)算實(shí)例參見表A.5。9環(huán)境試驗(yàn)按GB/T2423.1～2423.10、2423.25～2423.27相關(guān)要求進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)。10.1儀器上應(yīng)具有產(chǎn)品型號、名稱、商標(biāo)、儀器制造商和儀器編號等標(biāo)志。10.2說明書和包裝上應(yīng)標(biāo)注產(chǎn)品的型號、名稱、商標(biāo)、儀器制造商和詳細(xì)地址。8儀器的包裝應(yīng)符合GB/T15464規(guī)定。包裝儲運(yùn)標(biāo)志應(yīng)符合GB/T191的規(guī)定。12.1儀器搬運(yùn)和放置按照運(yùn)輸箱的標(biāo)志進(jìn)行，應(yīng)嚴(yán)格遵守儀器搬運(yùn)和運(yùn)輸?shù)南嚓P(guān)規(guī)則。12.2應(yīng)禁止與易燃、易爆、易腐蝕等物品同車裝運(yùn)。12.3應(yīng)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(yàn)記錄計(jì)算實(shí)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(jī)重復(fù)性BR的檢驗(yàn)記錄計(jì)算實(shí)例。表A.1偏航角精度δ檢驗(yàn)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(shí)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