移动测量系统惯性测量单元

移动测量系统惯性测量单元

国家标准 GB/T28587一2012 移动测量系统惯性测量单元 nertalmeasurementunmtinthemohlemppingsystemm 2012-06-29发布 2012-10-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/T28587一2012 目 次 前言 范围 规范性引用文件 术语及定义 产品分级 基本参数 通用技术要求 外观检查 6.2功能检查 参数检验 7.1检验条件 7.2标准装置 7.3检验项目 检验方法 8.1转台调平 8.2已知目标方位角建立 8.3偏航角必的精度 俯仰角0的精度 侧滚角9的精度心 8.5 输出稳定性B 8.6 开机重复性B 环境试验 l0 标志 包装 12 运输 l3 贮存 附录A资料性附录检验记录计算实例 图1转台调平示意图 图2已知方位角目标示意图 表1准确度等级划分 表2惯性测量单元(IMU)基本参数 表3检验用标准装置
GB/T28587一2012 表4惯性测量单元(IMU)检验项目 表A.1偏航角精度o，检验记录表 表A.2俯仰角精度,检验记录表 表A.3侧滚角精度心,检验记录表 表A.4输出稳定性B、检验记录表 表A.5开机重复性B检验记录表
GB/T28587一2012 前 言 本标准依据GB/T1.1一2009给出的规则起草 本标准由国家测绘地理信息局提出 本标准由全国地理信息标准化技术委员会(SAC/TC230)归口 本标准起草单位:国家光电测距仪检测中心 本标准主要起草人:方爱平、齐维君、杨俊志、翟清斌、吴秀娟、牟秀珍 m
GB/T28587一2012 移动测量系统惯性测量单元 范围 本标准规定了移动测量系统中惯性测量单元(IMU)的产品分类、技术要求、试验方法、检验规则 仪器的包装、标志、运输和贮存的方法 本标准适用于移动测量系统(机载、车载和船载等)中惯性测量单元(IMU)的设计、生产试验和 检验 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T191 包装储运图示标志 GB/T2423.12423.102423.25一2423.27 电工电子产品环境试验 仪器仪表包装通用技术条件 GB/T15464 术语及定义 下列术语和定义适用于本文件 3.1 移动测量系统mobilemeswrementsystem 测绘领域中以飞机、轮船、汽车等为载体,搭载测绘仪器进行测绘作业的系统 惯性测量单元(IUinertialmeasuringunit 由3个正交安装的单轴陀螺仪或2个正交安装的双轴陀螺、3个正交安装的加速度计、相关辅助电 路及结构体等部分构成,用于测量运动载体的三维角速度和非引力加速度(比力)的装置 3 3. 转台ightturntable 用来复现飞行器姿态角运动的装置,有单轴转台、双轴转台和三轴转台之分 3.4 M稳定性stabltyor measuringresults 在静止条件下,衡量IMU输出量围绕其均值的离散程度 以规定时间内输出量的标准偏差来表 示,包括IMU三个轴向的输出量稳定性 3.5 IU开机重复性repeatabilityofmeasuringresults 在同样条件及规定间隔时间内,多次通电过程中,IMU输出量相对其均值的离散程度,以多次测试 所得零偏的标准偏差表示,包括IMU三个轴向输出量的重复性 3 6 俯仰角 pitch 航向倾角longitudinaliln
GB/T28587一2012 载体坐标系X，轴与水平面的夹角,从水平面起算,向上为正 3.7 rrol 侧滚角 lateraltilt 旁向倾角 载体坐标系Y，轴与水平面的夹角,从水平面起算,右倾为正 3.8 偏航角yaw 真航向 heading true 小 在水平面内,载体坐标系Xx，轴与真北方向之间的夹角,从真北方向起算,右偏为正 产品分级 惯性测量单元(IMU)用来测定运动载体姿态的偏航角必.俯仰角0和侧滚角g,即航向、俯仰横滚 它是由三个陀螺仪及三个加速度计组成,由导航计算机对陀螺仪及加速度计的原始测量数据 的状态 进行处理后输出偏航角乡.俯仰角0和侧滚角等参数 惯性测量单元(IMU)的测量准确度等级以输出参数的标准差来划分,参见表1 表1准确度等级划分 单位为度(" 准确度等级 测角标准差() 00.01 0.01<0.02 0.02< 基本参数 惯性测量单元(IMU)的基本参数参见表2 表2惯性测量单元(IU)基本参数 单位为度(' 仪器等级 序号 项目 偏航角必的精度心 0.02. 心,0.01 0,01GB/T28587一2012 6 通用技术要求 6.1外观检查 外观检查应包括下列几项内容 表面应清洁,无裂纹,碰伤、划痕、毛刺,金属件无锈蚀,涂镀层完好无剥落 a b紧固件,连接件应牢固无松动,并用胶(或漆)固封; 电连接器应完整无损,绝缘层完好; d)至少具有两个相互垂直的基准面; 所有标志,印记应清晰,正确,并位于明显处,无短缺字符现象 6.2功能检查 功能检查应包括下列几项内容: a)先通电检验,查看输出应正常; 各种操作键,按钮或开关应反应灵敏,功能正常; b e 如有显示屏,显示的各种字符应清晰、内容完整,对比度适当; d)数据输出完好 仪器的附件齐全 e 参数检验 7.1检验条件 检验条件包含下列内容; a检验工作应在实验室内常温下进行; b实验室应不受强电场、磁场和震动的影响 环境实验部分应满足相关条件 c 7.2标准装置 检验设备主要是位置转台 检验设备应装有安全限制装置,以免惯性测量单元(IMU)在电、机械、 热等方面过载或输人量过大 检验用标准装置及其技术要求见表3 表3检验用标准装置 单位为秒(" 序号 标准器具名称 技术要求 已知真方位角目标 1.0(标准差 3.0角位置定位误差》 转台(双轴 3.0(两轴垂直度
GB/T28587一2012 7.3检验项目 惯性测量单元(IMU)的检验项目见表4 表4惯性测量单元(IMU)检验项目 检验类型 序号 检验项目 定型鉴定 出厂检验 外观及一般功能检查 偏航角乡的精度o 俯仰角0的精度心 侧滚角p的精度心 输出稳定性B 开机重复性B 注:检验类型中,“十”为应检项目;“一”为可不检项目 检验方法 8.1转台调平 在进行惯性测量单元(IMU)的检测前,首先要精密调平转台,调平的方法是将水平传感器按图1 所示方向安置于工作平台上,传感器输出含有x和Y轴信号,它们是与水平误差角度)成线性关系的 模拟直流电压信号 当X值大于0,Y值小于0,撑腿1为最高点;当X值小于0,Y值小于0,撑腿2为 最高点;当X值小于0,Y值大于0,撑腿3为最高点;当X值大于0,Y值大于0,撑腿4为最高点 图 1转台调平示意图 假设撑腿着地后撑腿1为最高点(其他撑腿为最高点也一样),根据水平传感器的信号,可以分别进 行X轴和Y轴方向的调节 如先进行X轴调节,其过程如下 撑腿1和4不动,撑腿2和3同时上升一定位移,即工作平台绕撑腿1和4为轴线旋转,撑腿2 a 和3同时上升.上升的数值根据水平传感器的X轴反馈值决定,直至x轴呈水平状态 b)撑腿3和4不动,撑腿1和2同时上升一定位移,操作方法与a)类似,进行轴的水平调节; 若工作台的x轴和Y轴都调节成水平状态,则认为工作台处于水平状态 c 转台的调平也可以按照转台使用手册中的方法或其他能满足相应精度要求的方法
GB/T28587一2012 8.2已知目标方位角建立 利用天文测量的方法在室内建立一条接近北方向的已知真方位角的目标,其准确度(标准差)应不 大于1",应至少还有一条与目标方向大致相差90"的检核边,参见图2. 检验之前,应检查目标方向是否发生了变化 目标 转台 图2已知方位角目标示意图 8. 3 偏航角w的精度8, 8.3.1检验方法 IMU的偏航角的精度，的检验方法及步骤如下 a将IMU安装到转台上,转动转台轴使IMU的航向轴对准转台的正北方向 b 读取转台输出ai e) 启动IMU进行测量,得偏航角观测值乡; d 顺时针转动转台a;=10"后,从IMU上得偏航角观测值; e 重复d),共转动转台n(n=36)次后,得IMU上偏航角观测值(i=1,2,,n),转台转动的 角度为a.(i=1,2,,n) 8.3.2数据处理 MU的偏航角必的精度,的数据处理及计算过程如下 a)计算偏航角误差平均值: 歹= 必 -a b)计算偏航角观测值的残差: =(一a) i=l1,2,,n) 偏航角少的精度心, o. 式中: -测量次数; o 应满足表2的要求 计算实例参见表A.1 4 8. 俯仰角0的精度》 8.4.1 检验方法 俯仰角0的精度o，的检验方法及步骤如下 将IMU安装到转台上,使IMU测定俯仰角0的轴与转台的一个轴重合; a
GB/T28587一2012 将转台选择至一20°,读取转台输出量ai; b 启动IMU进行测量,得俯仰角观测值 c) d) 向回转动转台2"后,从IMU上得俯仰角观测值; 重复d),共转动转台n(n=21)次后,得IMU上俯仰角观测值a(i=1,2,,n),读取转台输出 e) 量a,(i=1 1.2n) 8.4.2数据处理 俯仰角0的精度o，的数据处理及计算步骤如下 计算俯仰角误差平均值 0-I@士 " b)计算俯仰角观测值的残差 y=(0士a一0(i=l,2, *-* ,n 5) 俯仰角0的精度o: 式中: 测量次数; o,应满足表2的要求 计算实例参见附录A表A.2 8.5侧滚角仰的精度 8.5.1检验方法 侧滚角e的精度 的检验方法及步骤如下 a)将IMU安装到转台上,使IMU测定侧滚角9的轴与转台的一个轴重合; b) 将转台选择至一20",读取转台输出量a a; e启动IMU进行测量,得侧滚角观测值仰; 向回转动转台?"后,从IMU上得侧滚角观测值 d 9; e 重复d),共转动转台n(=21)次后,得IMU上侧滚角观测值9(i=1,2,,n),转台转动的角 度为a,(i=1,2, *n 8.5.2数据处理 侧滚角9的精度心，数据处理及计算步骤如下 计算侧滚角误差平均值: a 可-S(g士a b计算侧滚角9观测值的残差 y=(9士a i=l,2, 8) 71 侧滚角p的精度o， 一 式中: -测量次数; 计算实例参见表A.s o 应满足表2的要求
GB/T28587一2012 8.6输出稳定性B 8.6.1检验方法 将惯性测量单元(IMU)安装在检测设备上,并使航角指北 检验方法如下: 设定输出量测的采样间隔时间为5min,测试时间不少于60min3 a b 接通电源,记录IMU在测试时间内的输出量 8.6.2数据处理 惯性测量单元(IMU)稳定性检验的数据处理程序如下 计算输出量的平均值w w= 10) 式中: 三个轴向(侧滚角、偏航角少和俯仰角)输出量 wy 计算稳定性 b 计算观测值的残差 认=w一w(i=1,2,,n ( 计算输出量重复性: (12 B 式中: 测量次数 取三个轴向中的最大值为B的最后检验结果,B应满足表2的要求 计算实例参见表A.4 8.7开机重复性 8.7.1检验方法 将惯性测量单元(IMU)安装在测试设备上,并使航角指北 检验方法如下: a)接通电源,记录惯性测量单元(IMU)开机直到输出结果稳定后,记录输出量并关闭电源 b 再开机,重复a),重复次数不少于10次 8.7.2数据处理 惯性测量单元(IMU)开机重复性检验的数据处理参见8.6.2 B 应满足表2的要求 计算实例参见表A.5 环境试验 按GB/T2423.12423.102423.252423.27相关要求进行环境试验 1 标志 10.1仪器上应具有产品型号、名称、商标、仪器制造商和仪器编号等标志 10.2说明书和包装上应标注产品的型号、名称,商标、仪器制造商和详细地址
GB/T28587一2012 11包装 仪器的包装应符合GB/T15464规定 包装储运标志应符合GB/T191的规定 12 运输 仪器搬运和放置按照运输箱的标志进行,应严格遵守仪器搬运和运输的相关规则 12.1 12.2应禁止与易燃、易爆、易腐蚀等物品同车装运 12.3应有防雨、防日晒、防撞击和防跌落的措施 1 贮存 仪器应贮存在通风良好、隔热、保温、排水、具防火措施的场所
GB/T28587一2012 附 录A 资料性附录 检验记录计算实例 表A.1一表A.5分别给出了偏航角精度、俯仰角精度、侧滚角精度.、IMU输出稳定性B、及 开机重复性B的检验记录计算实例 表A.1偏航角精度心 检验记录表 检测编号 仪器型号 仪器编号 观 测 记 录 日 期 单位为度( 序号 残差 转台读数输出值a 偏航角输出值" 0,000 166,894 -0.0032 10.000 176,894 -0.0032 20.000 186.895 -0.0022 30,000 196.896 -0.0012 40.000 206.896 -0.001 -0.001 50.000 216.896 60.000 226.897 -0.0002 70.000 236.898 0.0008 80,000 246,898 0.0008 10 90.000 -0.0002 256.897 1 00.000 266,898 0.0008 12 110.000 276.898 0.0008 0.0008 13 120.000 286.898 14 130.000 296.898 0.0008 40.000 306.898 0.0008 15 16 150.000 316.899 0.001 17 60.000 326.899 0.0018 18 170.000 336.898 0.0008 19 180.000 346.898 0.0008 20 190.000 356.899 0.0018 1 200.000 6.898 0.0008 22 210.000 16.898 0.0008 23 220.000 26.897 -0.0002 224 230.000 36.897 -0.0002 240.000 46.898 25 0.0008 26 250.000 56.897 -0.0002
GB/T28587一2012 表A.1续 单位为度(") 序号 偏航角输出值必 残差以 转台读数输出值a 27 260.000 66.897 -0.0002 28 270.000 76.898 0.0008 29 280.000 86.898 0.0008 30 290.000 96.898 0.0008 31 一0.0002 300.000 106.897 116,897 3 310.000 -0.0002 33 320.000 126.897 -0.0002 34 330.000 136,897 -0.0002 340.000 146.896 -0.001 35 36 350.000 56.896 -0,001 2 偏航角必的精度,=0.0o12 表A.2俯仰角精度》，检验记录表 检测编号 仪器型号 仪器编号 观 测 日 期 录; 单位为度(") 序号 转台读数输出值a 俯仰角输出值0 残差必 20.0000 19.981 -0.0022 18.0000 -17.981 -0.0022 16.0000 一15,980 -0.001 -0.001 4.0000 13.980 -11.979 12.0000 -0.0002 10,0000 -9.979 -0.0002 8.0000 -7.979 -0.0002 6.0000 -5.979 -0.0002 4.0000 -3.978 0.0008 10 2.0000 -1.978 0.0008 0.0000 0,021 -0.0002 12 2.021 -2.0000 -0.0002 -4.0000 4.021 -0,0002 13 14 -6.0000 6.022 0.0008 15 -8.0000 8.022 0.0008 16 -10.0000 10.022 0.0008 17 -12.0000 12.022 0.0008 10o
GB/T28587一2012 表A.2(续) 单位为度(") 序号 俯仰角输出值0. 残差以 转台读数输出值a 18 -14.0000 14.022 0.0008 19 --16.0000 16.023 0.0018 0 -18.0000 18.022 0.0008 221 -20.0000 20.022 0.0008 俯仰角0的精度, =0.0010 表A.3侧滚角精度》 检验记录表 检测编号， 仪器型号 仪器编号: 观 测 记 录 日 期 单位为度(e 序号 转台读数输出值a 残差以 侧滚角输出值? -20.0000 -20,047 0.0006 -18.0000 -18.047 0.0006 0.0006 -16.0000 -16.047 -14.047 一14.0000 0.0006 -12.000o 12.047 0.0006 -10.0000 一10.047 0.0006 -8.0000 -8.047 0.0006 -6.0000 -6.047 0.0006 一4.0000 -4,047 0.0006 -2.047 10 2.0000 0.0006 1 一0.047 0.0000 0.0006 12 2.0000 1.952 -0.0004 13 4.0000 3.952 -0.0004 14 6.0000 -0.0004 5.952 15 8.0000 7.952 -0.0004 16 10.0000 9.951 -0.001 17 12.0000 l1.951 -0.001 13,952 18 14.0000 一0.0004 19 16.0000 15,952 -0.0004 20 18.0000 17,952 -0.0004 21 20.0000 19,952 -0.0004 侧滚角9的精度，=0.0067 11
GB/T28587一2012 表A.4输出稳定性从、检验记录表 检测编号 仪器型号: 仪器编号 日 观 测 记 录; 期 IMU输出量/()y 时间 序号 侧滚角" 偏航角少 俯仰角0 mln 观测值 残差 观测他 残差 观测值 残差 -0.050 0.001 3.187 -0.0022 0.014 0.0054 -0.050 0.001 3.188 -0.0012 0.012 0.0034 10 -0.051 0.000 3，188 -0.0012 0.01 0.0024 15 -0.051 0.000 3.189 -0.0002 0.009 0,0004 20 -0.051 0.000 3.189 -0.0002" 0.008 -0.0006 25 -0.052 -0.001 3.189 0.007 -0.0016 -0.0002 30 0.007 -0.0016 0.052 一0.001 3.190 0.0008 35 -0.052 -0.001 3.190 0.0008 0.007 -0.0016 -0.052 -0.001 3.190 0.0008 0.007 -0.0016 40 10 45 -0.052 0.001 3，190 0.0008 0.007 -0.0016 11 -0.001 0.0008 -0.0016 50 -0.052 3.190 0.007 12 55 -0.052 -0.001 3.190 0.0008 0.008 -0.0006 13 -0.052 -0.001 3.190 60 0.0008 0.008 -0.0006 输出量平均值 -0.051 3.1892 0.0086 输出量标准差 0.0008 0.0010 0.0022 最后检验结果 B=0.002 12
GB/T28587一2012 表A.5开机重复性B，检验记录表 检测编号 仪器型号: 仪器编号 日 观 测 记 录; 期 IMU输出量/() 开桃 侧滚角安 序号 偏航角必 俯仰角0 次数 残差 观测值 观测值 残差 观测值 残差 -0.049 0.0005 2.082 -0.0915 0.014 -0.0006 -0.050 -0.0005 2.094 -0.0795 0.014 -0.0006 0.0005 -0.0006 0.049 2.069 -0.1045 0.014 121 -0.0525 -0.050 0.0005 0.014 -0.0006 2， -0.049 0.0005 2.108 -0.0655 0.015 0.000 -0.050 -0.0005 1.991 -0.1825 0.015 0.000 0.049 0.0005 2.080 -0.0935 0.014 -0.0006 -0.050 0.0005 2.248 0.0745 0.015 0,0004 -0.049 0.0005 2.350 0.1765 0.016 0.001 10 一0.050 0.0004 10 一0.0005 2.592 0.4185 0,o15 0.0495 2.1735 输出量平均值 0.0146 输出量标准差 0.0005 0.1784 0.0007 最后检验结果 B=0.178

移动测量系统惯性测量单元GB/T28587-2012

GB/T28587-2012标准主要从以下几个方面对于移动测量系统惯性测量单元进行规范：

1. 产品分类

GB/T28587-2012标准根据测量单元的技术特点和用途将其分为两类：六自由度惯性测量单元和三自由度惯性测量单元。其中，六自由度惯性测量单元可用于飞行器、车辆等多种移动平台的姿态控制和导航；而三自由度惯性测量单元则主要应用于人体运动分析和姿态估计等方面。

2. 性能指标

GB/T28587-2012标准对于惯性测量单元的性能指标做了详细的规定。其中包括线性加速度测量误差、角速度测量误差、温度影响等方面，以及对于不同工作状态下的性能要求。

3. 测试方法

GB/T28587-2012标准对于惯性测量单元的测试方法也做了详细规定。其中包括：静态标定方法、动态标定方法、温度影响测试方法等，确保惯性测量单元在使用时具有精准的测量性能。

总之，GB/T28587-2012标准为移动测量系统惯性测量单元的使用、性能及测试提供了明确的规范，可以帮助企业选择合适的设备，并且保证其在使用中能够具有精准的测量性能，提高移动测量系统的应用效率。

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2022/10/29 10:31:42 现行