GB/T 28587-2012 移动测量系统惯性测量单元

ICS07.040

A75

中华人民共和国国彖标准

GB/T28587—2012

移动测量系统惯性测量单元

Inertialmeasurementunitinthemobilemappingsystem

2012-06-29发布2012-10-01实施

GB/T28587—2012

目次

前言m

i范1

2规范性引用文件1

3术语及定义1

4产品分级2

5基本参数2

6通用技术要求3

6.1外观检查3

6.2功能检查3

7参数检验3

7.1检验条件3

7.2标准装置3

7.3检验项目4

8检验方法4

8.1转台调平4

&2已知目标方位角建立5

&3偏航角0的精度讥5

&4俯仰角0的精度几5

&5侧滚角p（的精度厲6

&5输出稳定性Bs7

&7开机重复性Br7

9环境试验7

10标志7

11包装8

12运输8

13贮存8

附录A（资料性附录）检验记录计算实例9

图1转台调平示意图4

图2已知方位角目标示意图5

表1准确度等级划分2

表2惯性测量单元（IMU）基本参数2

表3检验用标准装置3

T

GB/T28587—2012

表4惯性测量单元(IMU)检验项目4

表A.1偏航角精度屯检验记录表9

表A.2俯仰角精度馆检验记录表10

表A.3侧滚角精度①检验记录表11

表A.4输出稳定性虽检验记录表12

表A.5开机重复性坯检验记录表13

n

GB/T28587—2012

■ir■■i

刖吕

本标准依据GB/T1.1-2009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/T230)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—2012

移动测量系统惯性测量单元

1范

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。

2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/T2423.1〜2423.10.2423.25〜2423.27电丁电子产品环境试验

GB/T15464仪器仪表包装通用技术条件

3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mobilemeasurementsystem

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。

3.2

惯性测量单元（IMU）inertialmeasuringunit

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flightturntable

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

IMU稳定性stabilityofmeasuringresults

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

IMU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longiludinaltilt

1

GB/T28587—2012

d

载体坐标系Xb轴与水平面的夹角，从水平面起算，向上为正。

3.7

侧滚角roll

旁向倾角lateraltilt

载体坐标系匕,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trueheading

中

在水平面内，载体坐标系Xb轴与真北方向之间的夹角，从真北方向起算，右偏为正。

4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0、俯仰角0和侧滚角爭，即航向、俯仰、横滚

的状态。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

进行处理后，输出偏航角0、俯仰角6和侧滚角＜p等参数。

惯性测量单元(TMU)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(小

I8s：：：:0.01

n0.OlVdWO.02

皿0.02<d

5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(IMU)基本参数单位为度(°)

仪器等级

序号项目

Tnm

1偏航角e的精度讥必包0.010.01<^X0.020.02<必

2俯仰角0的精度爲&W：；0.0050.005<NW0.010.01<^

3侧滚角卩的精度耳讥W；0.0050.005<^<0.010.01<^

4输出稳定性/3SZ3s<0.010.01</3s<0.10.1<BS

5开机重复性brBR<0.010.01Wo.10.1<Br

2

GB/T28587—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：

a）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；

b）紧固件、连接件应牢固无松动,并用胶（或漆）固封；

c）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；

e）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；

b）各种操作键、按钮或开关应反应灵敏、功能正常；

c）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；

e）仪器的附件齐全。

7参数检验

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；

c）环境实验部分应满足相关条件。

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、

热等方面过载或输入量过大。

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

1已知真方位角目标1.0（标准差）

3.0（角位置定位误差）

2转台（双轴）

3.0（两轴垂直度）

3

GB/T28587—2012

7.3检验项目

惯性测量单元（TMU）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

1外观及一般功能检查++

2偏航角。的精度打++

3俯仰角0的精度几++

4侧滚角＜p的精度片++

5输出稳定性Bs++

6开机重复性Br++

注：检验类型中，“+”为应检项目；“一”为可不检项目。

8检验方法

&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,丫值小于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轴和丫轴方向的调节。如先进行X轴调节，其过程如下：

a）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

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Y轴的水平调节；

c）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。

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。

4

GB/T28587—2012

&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2O

检验之前,应检查目标方向是否发生了变化。

Ilk

O转仃

图2已知方位角目标示意图

&3偏航角护的精度5”

&3.1检验方法

IMU的偏航角0的精度叽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©；

c）启动IMU进行测量，得偏航角观测值妙；

d）顺时针转动转台化=10°后，从IMU上得偏航角观测值中2;

e）重复d）,共转动转台"（”=36）次后，得IMU上偏航角观测值0（=1,2,转台转动的

角度为a,G=l,2,，沁。

8.3.2数据处理

IMU的偏航角0的精度齐的数据处理及计算过程如下：

a）计算偏航角误差平均值：

b）计算偏航角观测值的残差p,:

切=（©—匕）一$（7=1,2,,7）（2）

c）偏航角0的精度讥：

In

—用（3）

式中：

n——测量次数；

心应满足表2的要求。计算实例参见表A.1。

8.4俯仰角。的精度讥

&4.1检验方法

俯仰角0的精度80的检验方法及步骤如下：

a）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；

5

GB/T28587—2012

b)将转台选择至一20°,读取转台输出量5；

c)启动IMU进行测量，得俯仰角观测值久；

d)向回转动转台2°后，从IMU上得俯仰角观测值仇；

e)重复d),共转动转台«(«=21)次后，得IMU上俯仰角观测值0,G=1,2,•••,”)，读取转台输岀

量(7=1,2,…，“)0

&4.2数据处理

俯仰角0的精度九的数据处理及计算步骤如下：

a)计算俯仰角误差平均值：

0=丄£(0,±m)(4)

b)计算俯仰角观测值的残差v,: