JJF 1942-2021 导航型卫星接收机校准规范-(高清原版）.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 9 4 22 0 2 1导航型卫星接收机校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rG N S SR e c e i v e r sW o r k i n ga tN a v i g a t i o n 2 0 2 1-1 2-0 8发布2 0 2 2-0 6-0 8实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布市场监管总局市场监管总局导航型卫星接收机校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rG N S SR e c e i v e r sW o r k i n ga tN a v i g a t i o nJ J F1 9 4 22 0 2 1 归 口 单 位:全国振动冲击转速计量技术委员会 主要起草单位:中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 参加起草单位:空军研究院航宇救生装备有限公司北京中兴蓝鼎科技有限公司 本规范由全国振动冲击与转速计量技术委员会负责解释J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局本规范主要起草人:彭 军(中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所)李娜娜(中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所)参加起草人:黎琼炜(空军研究院)何 群(中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所)韩 娟(航宇救生装备有限公司)马 波(北京中兴蓝鼎科技有限公司)J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语(1)4 概述(1)5 计量特性(2)6 校准条件(2)6.1 环境条件(2)6.2 测量标准及其他设备(3)7 校准项目和校准方法(5)7.1 校准项目(5)7.2 校准方法(5)8 校准结果表达(1 2)9 复校时间间隔(1 2)附录A 接收机校准记录表(1 3)附录B 坐标变换(1 4)附录C 火箭橇校准过程及标准弹道建立方法(1 6)附录D 校准不确定度评定示例(1 8)J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局引 言 导航型卫星接收机主要有四个校准参数。本规范采用大地标准点法、仿真法校准静态定位误差;采用仿真法、圆周法、滑轨法校准动态定位误差、速度误差及加速度误差。本规范采用的大地标准点法主要参考J J F1 1 1 82 0 0 4 全球定位系统(G P S)接收机(测地型和导航型)校准规范,在校准结果上增加了高程定位误差;采用仿真法进行定位和速度校准时,与J J F1 4 0 32 0 1 3 全球导航卫星系统(GN S S)接收机(时间测量性)校准规范的主要区别是将定位误差分为静态定位误差和动态定位误差,而且校准方法和数据处理方法也有差异。除此之外,本规范制定了采用圆周测量系统和滑轨测量系统,利用实际卫星信号对接收机进行动态定位、速度和加速度的校准(包括校准方法及数据处理)。本校准规范依据J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则给出的规则和格式编制。测量不确定度依据J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度的评定与表示给出的规则进行评定。本规范为首次发布。J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局导航型卫星接收机校准规范1 范围本规范适用于导航型的卫星接收机的校准。2 引用文件本规范引用了下列文件:G B/T1 8 3 1 42 0 0 9 全球定位系统(G P S)测量规范J J F1 1 1 82 0 0 4 全球定位系统(G P S)接收机(测地型和导航型)校准规范J J F1 4 0 32 0 1 3 全球导航卫星系统(GN S S)接收机(时间测量性)校准规范G B/T1 9 3 9 12 0 0 3 全球定位系统(G P S)术语及定义G J B5 4 0 72 0 0 5 导航定位接收机通用规范G J B6 5 6 42 0 0 8 全球定位(G P S)接收机检定规程凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3 术语3.1 数据更新率 d a t au p d a t er a t e卫星接收机正常工作时,定位、速度等信息输出的频度。注:导航型卫星接收机的数据更新率大于1H z。3.2 静态定位误差 s t a t i cp o s i t i o n i n ge r r o r卫星接收机相对于一个已知标准点之差,一般分为水平定位误差和高程定位误差,其结果分别以水平定位均方根误差和高程定位均方根误差表示。3.3 动态定位误差 d y n a m i cp o s i t i o n i n ge r r o r卫星接收机在运动的条件下,每个时刻接收机解算的位置与标准位置之差。一般分为动态水平定位误差和动态高程定位误差,其结果分别以动态水平定位均方根误差和动态高程定位均方根误差表示。3.4 速度误差 v e l o c i t ye r r o r卫星接收机依据多普勒频移法得到的速度与标准速度之差,其结果以速度均方根误差表示。3.5 加速度误差 a c c e l e r a t i o ne r r o r卫星接收机依据所测得的速度进行一次微分得到的加速度与标准加速度之差,其结果以加速度均方根误差表示。4 概述卫星导航系统由空间部分、地面控制部分和用户部分组成。卫星接收机(简称接收1J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局机)是卫星导航系统的用户终端,导航系统的导航、定位、授时等都是通过终端实现的。图1为一个典型接收机硬件模组原理框图,主要由天线、射频集成电路、数字信号处理器、微处理器等组成,为基带处理和解算软件提供了运行环境和最底层的硬件支持。图1 典型卫星导航接收机硬件模组原理图5 计量特性接收机的主要计量特性见表1。表1 接收机计量特性序号项目名称技术指标1定位误差静态:水平:1.5m,高程:3m动态:水平:2m,高程:5m2速度误差2 m/s3加速度误差2m/s2 注:1上述指标不做合格与否判定,仅供参考。2上述指标以某型接收机为例,其他类推。6 校准条件6.1 环境条件6.1.1 实验室环境环境温度:(2 05)。相对湿度:不大于9 0%。供电电源:电压(2 2 01 0)V,频率(5 01)H z。无影响仪器正常工作的电磁干扰和机械振动。6.1.2 外场环境环境温度:(-2 0+5 0)。2J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局相对湿度:不大于9 0%。供电电源:电压(2 2 01 0)V,频率(5 01)H z。周围应便于安装接收机设备和操作,视野开阔,视场内障碍物的高度角不宜超过1 5。远离大功率无线电发射源,其距离不小于2 0 0m,远离高压输电线和微波无线电信号传送通道,其距离不得小于5 0m。附近不应有强烈反射卫星信号的物件(如大型建筑物等)。6.2 测量标准及其他设备6.2.1 大地标准点通过G P S组网测量得到的已知大地坐标的点位,其中G P S网的布设、选点、埋石、测量仪器、观测作业数据处理等符合G B/T1 8 3 1 42 0 0 1的规定。6.2.2卫星信号模拟器多星座卫星信号模拟器(简称卫星模拟器)可提供卫星导航信号,每频点1 2颗卫星信号,支持任意频点组合的信号仿真输出,提供高稳定度的标准1 P P S脉冲信号和1 0MH z时钟信号输出。主要技术指标:伪距相位控制误差:0.0 5m;伪距变化率误差:0.0 0 5m/s;通道间一致性:0.3n s;速度:(01 60 0 0)m/s;加速度:(09 0 0)m/s2。6.2.3 圆周测量系统圆周测量系统主要由转臂装置、控制系统、测量系统、数据采集与处理系统组成。在控制系统作用下,转臂以一定的角速度绕垂直轴旋转,带动安装在转臂前端的接收机及天线作圆周运动。测量系统使用高精度光栅测量出不同时刻转臂的轴角位置,同步采集接收机和光栅的输出结果,已知转臂长度和轴角位置,即可得到接收机每一采集时刻标准坐标值。主要技术指标:转臂长度:大于1m;光栅测角误差:2;采集卡:采样率4 0k H z。6.2.4 滑轨测量系统滑轨测量系统主要包括滑轨、橇体、霍尔传感器测量系统、遥测系统和时统系统。滑轨全长6k m,沿火箭橇滑轨每1 0m固定安装一套双冗度霍尔开关传感器与转换电路,全程共装有6 0 0套。a)霍尔传感器测量系统滑轨上对橇体运动的测量采用无接触式的霍尔效应传感器测试。橇体上的永磁钢经过霍尔开关传感器,传感器输出电脉冲信号,通过固定铺设的电缆信号线传输,送至室3J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局内信号数据采集系统处理,并完成对信号的采集、记录。每个霍尔传感器的安装位置侧有与其相对应的大地坐标值,系统的结构框图如图2所示。图2 霍尔测速系统的结构框图对霍尔信号的采集则采用一台高速数据采集记录器,其采样率为(1 01 0 0)k H z。数据记录引入了标准的时统系统,统一下发I R I G-B时码信号,采集的每一帧数据均同时记录经解码的时间信息,保证了霍尔测量系统的时标与遥测系统一致。b)遥测系统在滑轨的橇体上,安装被校接收机,将接收机的输出信号通过数据采编/存储器对信号进行数据采集、编码生成数据流,再传给发射机发射出去。在信号发射的同时,还可由数据采编/存储器中容量为1G B的数据存储卡将数据进行同步记录保存。数据存储与遥测系统示意图如图3所示。4J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局图3 遥测系统结构示意图c)时统系统在轨道上设有一可切割导线,当火箭橇运动过该导线时,橇体切断导线,并同时产生一脉冲信号送给时统系统,时统系统下发I R I G-B时码信号,分别送给霍尔传感器信号采集系统和遥测系统的地面采集系统。主要技术指标:霍尔传感器位置误差:0.1mm;时统误差:0.1s。7 校准项目和校准方法7.1 校准项目导航型卫星接收机应校准的项目如表2所示。表2 校准项目表序号校准项目1静态定位误差2动态定位误差3速度误差4加速度误差7.2 校准方法7.2.1 静态定位误差7.2.1.1 大地标准点法a)将接收机天线利用安装芯轴置于大地标准点的中心上,连接接收机与采集设备,并用馈线连接接收机与天线,利用随机软件记录接收机每一时刻输出的经度、纬度和高程等信息。b)待系统工作正常后,每2 0m i n为一组,共记录i组数据,i一般不小于3。c)将每组第j个采样时刻记录得到经度、纬度和高程信息转换成与标准点相同坐标系下的坐标值(xi j,yi j,hi j),转换方法参考附录B。5J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局d)将每个采样时刻记录的坐标值与大地标准点的位置坐标(X0,Y0,H0)进行比较,得到该采样时刻水平和高程定位的误差:Pi j=xi j2+yi j2(1)hi j=hi j-H0(2)式中:xi j=xi j-X0,yi j=yi j-Y0(xi j,yi j,hi j)接收机位置坐标,m;(X0,Y0,H0)大地标准点的位置坐标,m;Pi j 水平定位误差,m;hi j 高程定位误差,m;i 采样组数;j 采样点数。e)静态水平定位误差校准结果可表示为:EP=1nni=11mmj=1(x2i j+y2i j)(3)式中:EP 水平定位误差校准结果,m;m 每组采样个数;n 采集组数,n3。f)静态高程定位误差校准结果可表示为:Eh=1nni=11mmj=1(h2i j)(4)式中:Eh 高程定位误差校准结果,m;m 每组采样个数;n 采集组数,n3。7.2.1.2 仿真法a)将卫星模拟器仿真信号输出端连接到接收机天线输入端口。设置卫星模拟器输出频点与被校接收机可接收的频点相同,在卫星模拟器上输入要仿真的点位坐标值(X0,Y0,H0)及仿真时间。设置仿真机输出功率在接收机标注的灵敏度范围内。b)待系统工作正常后,用接收机的随机软件记录接收机每一时刻输出的经度、纬度和高程等信息,每2 0m i n为一组,共记录i组数据,i一般不小于3。c)数据处理方法参照7.2.1.1的c)、d)、e)、f)。7.2.2 动态定位误差7.2.2.1 仿真法a)将卫星模拟器仿真信号输出端连接到接收机天线输入端口。设置卫星模拟器输出频点与被校接收机可接收的频点相同,在模拟器上输入要仿真的运动轨迹并将输出功6J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局率设置在接收机标注的灵敏度范围内。b)设置采样间隔时间(一般为接收机数据更新率的倒数),用随机软件记录接收机每一时刻输出的经度、纬度和高程等信息。c)接收机将每个采样时刻记录得到经度、纬度和高程信息转换成与卫星模拟器输出相同坐标系下的坐标值(xi,yi,hi)。d)将每个采样时刻接收机记录的点坐标与该时刻卫星模拟器给定的标准点位的坐标(Xi,Yi,Hi)进行比较,得到每个采样时刻动态水平定位的误差:Pi=x2i+y2i(5)hi=hi-Hi(6)式中:xi=xi-Xi,yi=yi-Yi(xi,yi,hi)第i个采样时刻接收机输出的坐标,m;(Xi,Yi,Hi)第i个采样时刻卫星模拟器给出的标准点坐标,m;Pi 第i个采样时刻动态水平定位误差,m;hi 第i个采样时刻高程定位误差,m;i采样点数。e)动态水平定位误差校准结果可以表示为:Ed p=ni(x2i+y2i)n(7)式中:Ed p 动态水平定位误差校准结果,m;n 测量个数。f)动态高程定位误差校准结果可以表示为:Ed h=nih2in(8)式中:Ed h 动态高程定位误差校准结果,m;n 测量个数。7.2.2.2 圆周法a)将接收机天线置于圆周测试系统转臂前端,接收机置于转臂上,如图4所示。启动圆周测试系统,在(1 01 0 0)()/s范围内选定6个速率点控制转臂旋转,以接收机输出的1 P P S信号同步锁存测角信号和接收机的输出信号,将每个采样间隔内记录得到的经度、纬度和高程信息转换成与圆周测试系统给出的标准点位(Xi,Yi,Hi)相同坐标系下的坐标值(xi,yi,hi)。b)数据处理方法参照7.2.2.1中的d)、e)、f)。7J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局图4 圆周测量系统7.2.2.3 滑轨法a)将接收机置于测试舱中,测试舱安装在火箭橇滑车上,天线安装在测试舱顶部,滑车以(1 08 0 0)m/s速度运动,接收机的输出信号用遥测系统采集保存并发射给控制室。测速系统记录滑车经过霍尔传感器时产生的一系列脉冲信号,每一个脉冲信号对应一个标准大地坐标值(Xi,Yi,Hi),利用时统信号,统一时间轴,将接收机某时刻的输出与霍尔测试系统的脉冲输出相对应。图5 霍尔信号与接收机输出信号利用接收机输出信息的等时间性和霍尔信号间的距离可知性,利用插值、递推方法,参见附录C,计算出接收机在霍尔位置处对应的输出坐标值(xi,yi,hi)。b)数据处理方法参照7.2.2.1中的d)、e)、f)。7.2.3 速度误差7.2.3.1 仿真法a)将接收机天线输入端连接到卫星模拟器仿真信号输出端。根据被校接收机可接收的频点要求设置卫星模拟器输出频点,在卫星模拟器上编辑需要仿真的速度曲线,以及设置卫星模拟器输出功率,不低于也不能过饱和被校接收机标注的接收灵敏度。b)在卫星模拟器上设置模拟场景的状态参数,可选择典型的运动场景和弹道仿真场景,其中典型运动状态有:匀速直线运动和匀速圆周运动。1)匀速直线运动时,在卫星模拟器上设置的速度参数Vx、Vy、Vz,卫星模拟器输出仿真信号,接收机开机正常定位后,记录接收机每一采样时刻采集到速度信息vi。采样时间3 0s,接收机每一采样时刻的速度误差:vi=vi-V2x+V2y+V2z(9)式中:vi 第i个测量点下速度误差,m/s;8J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局vi 第i个测量点下接收机的输出速度,m/s;Vx 卫星模拟器在x方向上的给定速度,m/s;Vy 卫星模拟器在y方向上的给定速度,m/s;Vz 卫星模拟器在z方向上的给定速度,m/s。速度误差校准结果可以表示为:Ev=niv2in(1 0)式中:Ev 速度误差校准结果,m/s;n 测量个数。一般用户接收机采用站心坐标系E NU(东北天)(e,n,u),若接收机输出的速度信息是地速,则采用附录B进行坐标转换,将卫星模拟器输出的WG S-8 4坐标系下地心地固坐标系(x,y,z)下的速度,转换到用户站心坐标系(e,n,u)的速度,然后进行东、北向速度合成,得到地速。2)匀速圆周运动时,设定圆心位置和圆周运动的半径,当仿真的速度高时,相应加大圆周半径。卫星模拟器给定的圆周运动速度V0,每一采样时刻接收机测定的速度vi,接收机的每一采样时刻的速度误差:vi=vi-V0(1 1)式中:vi 第i个测量点下速度误差,m/s;vi 第i个测量点下接收机的输出速度,m/s;V0 卫星模拟器给定的圆周运动速度,m/s。速度误差校准结果同公式(1 0)。3)采用弹道仿真时,所设计的标准弹道的速度和加速度应在接收机给定技术指标范围内,卫星模拟器模拟弹道的输出频率大于或等于接收机的接收频率,将接收机接收到的每个采样时刻的速度值vi与卫星模拟器同时刻给出的速度值V0i进行比较,得到每个时刻的速度误差为:vi=vi-V0i(1 2)式中:vi 第i个测量点下速度误差,m/s;vi 第i个测量点下接收机的输出速度,m/s;V0i 第i个测量点下卫星模拟器给定的弹道仿真速度,m/s。速度误差校准结果同公式(1 0)。7.2.3.2 圆周法安装准备与采集同7.2.2.2。控制圆周测试系统转动,转动角速度为,则运动圆周速度为V0,每一采样时刻接收机测定的速度vi,接收机的每一采样时刻的速度误差同公式9J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局(1 2),速度误差校准结果同公式(1 0)。7.2.3.3 滑轨法安装准备及采集同7.2.2.3。依据霍尔传感器得到的时间和位移的关系,通过微分得到标准的速度曲线V0(t);标准速度曲线的获得可参考附录C,接收机测得的速度曲线为vi(t),在每一采样时刻的速度差:vi(t)=vi(t)-V0i(t)(1 3)式中:vi(t)第i个测量点下速度误差,m/s;vi(t)第i个测量点下接收机的输出速度,m/s;V0i(t)第i个测量点下标准速度,m/s。速度误差校准结果可以表示为:Ev(t)=niv2i(t)n(1 4)式中:Ev(t)速度误差校准结果,m/s;n 测量个数。7.2.4 加速度误差7.2.4.1 仿真法a)将接收机天线输入端连接到卫星模拟器仿真信号输出端。根据被校接收机可接收的频点要求设置卫星模拟器输出频点,在卫星模拟器上编辑需要仿真的加速度曲线,设置卫星模拟器输出功率,不低于也不过饱和被校接收机标注的灵敏度。b)在卫星模拟器上选择模拟场景的状态参数,典型的运动状态有:匀加速直线和匀速圆周。1)匀加速直线运动时,在卫星模拟器上设置x、y、z方向上的加速度参数Ax,Ay,Az,卫星模拟器输出仿真信号,接收机开机正常定位后,记录接收机每一采样时刻采集到加速度信息ai。采样时间3 0s,接收机的每一采样时刻的加速度误差:ai=ai-A2x+A2y+A2z(1 5)式中:ai 第i个测量点下加速度误差,m/s2;ai 第i个测量点下接收机输出的加速度,m/s2;Ax 卫星模拟器在x方向上的给定加速度,m/s2;Ay 卫星模拟器在y方向上的给定加速度,m/s2;Az 卫星模拟器在z方向上的给定加速度,m/s2。加速度误差校准结果可以表示为:Ea=nia2in(1 6)01J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局 式中:Ea 加速度均方根误差,m/s2;n 测量个数。2)匀速圆周运动时,设定圆心位置和圆周运动的半径,当需要提高仿真的加速度时,相应加大圆周半径R。卫星模拟器给定的圆周运动速度V0,产生的向心加速度:A0=V20R(1 7)式中:A0 卫星模拟器输出的标准加速度,m/s2;V0 卫星模拟器给定的圆周运动角速度,m/s;R 模拟器给定的圆周运动半径,m。每一采样时刻接收机测定的加速度ai,接收机的加速度误差:ai=ai-A0(1 8)式中:ai 第i个测量点下加速度误差,m/s2;ai 第i个测量点下接收机输出加速度,m/s2;A0 卫星模拟器输出的标准加速度,m/s2。加速度误差校准结果同公式(1 6)。同样,若用户接收机采用站心坐标系,接收机输出的加速度信息是地表加速度,则采用附录B进行坐标转换,将模拟器输出的WG S-8 4坐标系下地心地固坐标系(x,y,z)下的加速度,转换到用户站心坐标系(e,n,u)的加速度,然后进行东、北向加速度合成,得到地表加速度。7.2.4.2 圆周法安装准备与采集同7.2.2.2。控制圆周测试系统转动,转动角速度为,则运动的圆周角速度为V0,产生的向心加速度计算参照公式(1 7),每一采样时刻接收机测定的加速度ai,接收机的每一采样时刻的加速度误差计算参照公式(1 8),加速度误差校准结果参照公式(1 6)。7.2.4.3滑轨法a)安装准备及采集同7.2.2.3。依据霍尔传感器得到的时间和位移的关系,通过二次微分得到标准的加速度曲线a0(t);依据接收机测得的时间和速度的关系,通过一次微分得到接收机测得的加速度曲线ai(t),在i时刻的加速度误差:ai(t)=ai(t)-a0i(t)(1 9)式中:ai(t)第i个测量点下加速度误差,m/s2;ai(t)第i个测量点下接收机输出加速度,m/s2;a0i(t)第i个测量点下标准加速度,m/s2。b)加速度误差校准结果可表示为:11J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局Ea(t)=nia2i(t)n(2 0)式中:ai(t)第i个测量点下加速度误差,m/s2;Ea(t)加速度误差校准结果,m/s2;n 测量个数。8 校准结果表达校准结束后出具校准证书。校准证书应准确、客观的报告校准结果,校准结果以校准数据、校准曲线等形式给出。校准证书应包含委托方的要求、说明校准结果所必需的和所用方法要求的全部信息。9 复校时间间隔导航型接收机的复校时间间隔一般为1年。由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等因素决定的,因此,送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。21J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局附录A接收机校准记录表委托方名称委托方地址被测设备制造者型号编号计量标准名称证书号测量范围测量不确定度所依据的技术文件温度湿度文件号标准输出XmYm高程m速度/m/s接收机输出XmYm高程m速度/m/s123n水平定位误差/m高程误差/m速度误差/(m/s)加速度误差/(m/s2)校准不确定度:校准人:核验人:31J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局附录B坐标变换B.1 大地坐标(,h)到地心地固(x,y,z)转换x=(N+h)c o sc o s(B.1)y=(N+h)c o ss i n(B.2)z=N(1-e2)+hs i n(B.3)其中,N是基准椭球的卯酉圈曲率半径,e为椭球偏心率,它们与基准椭球的长半径a和短半径b存在如下关系:e2=a2-b2a2(B.4)N=a1-e2s i n2(B.5)基准椭球体的极扁率f定义为:f=a-ba(B.6)式中:a 基准椭球体的长半径,a=63 7 81 3 7.0m;f 基准椭球体的极扁率,f=1/2 9 8.2 5 72 2 35 6 3。B.2 地心地固坐标系(x,y,z)与站心坐标(e,n,u)转换一般用户接收机采用站心坐标系E NU(东北天),表示为(e,n,u)。站心坐标系(e,n,u)与地心地固坐标系(x,y,z)之间的关系:enu =Sxyz (B.7)变换矩阵:S=-s i nc o s0-s i nc o s-s i ns i nc o sc o sc o sc o ss i ns i n (B.8)将(B.7)展开,则有:e=-xs i n+yc o s (B.9)n=-xs i nc o s-ys i ns i n+zc o s (B.1 0)u=-xc o sc o s+yc o ss i n+zs i n (B.1 1)合成位移:L=e2+n2(B.1 2)41J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局方向角:t a n=en(B.1 3)速度、加速度算法同上。51J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局附录C火箭橇校准过程及标准弹道建立方法C.1 火箭橇校准过程利用火箭橇(滑轨法)校准导航型接收机过程中最重要的是建立火箭橇试验标准弹道,是评定导航型接收机动态定位、速度、加速度误差的关键,火箭橇试验校准时以霍尔传感器测量系统作为标准进行溯源,其测量得到的数据特点为等距不等时,接收机输出数据特点为等时不等距,如图C.1所示。图C.1 被测接收机定位信息与霍尔传感器测量的信息时间序列对不准示意图为了实现对接收机的校准,采用三次样条插值法、微商等方法建立火箭橇试验标准弹道。具体校准过程如图C.2所示。图C.2 火箭橇试验校准过程a)图C.2中,校准前测量各霍尔传感器响应位置坐标、各点位置补偿量、响应时间补偿量和天线相对于橇体位置(用于计算当触发霍尔传感器时各天线的位置坐标);试验中采集霍尔传感器响应时间,并计算经过补偿后的响应时间,作出橇体运动过程中位置-时间曲线。根据接收机的采样间隔,利用三次样条插值建立标准位移弹道,再通过一次微分得到标准速度弹道,将标准速度弹道一次微分得到标准加速度弹道。b)将接收机采集得到的定位信息转换至标准位移弹道的坐标系,得到接收机定位曲线,根据速度信息得到接收机速度曲线,将速度曲线一次微分得到接收机的加速度曲线。61J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局c)在同一时间坐标轴下,利用公式(5)公式(8)计算动态定位误差;利用公式(1 3)和公式(1 4)计算速度误差;利用公式(1 9)和公式(2 0)计算加速度误差。C.2 火箭橇试验标准弹道建立方法a)火箭橇标准位移弹道将位置-时间关系曲线利用三次样条插值进行处理,得到标准位移曲线。b)火箭橇标准速度弹道通过对标准位移弹道微商得到标准速度弹道。计算过程如下:各霍尔坐标点为yi,i=1,2,n,n为响应的霍尔点个数。相应的响应时间为ti,i=1,2,n,两个端点y1和yn的二阶导数为加速度g1和gn。1)计算n个响应位置点的一阶导数y1,即vi:a1=-0.5(C.1)b1=3(y2-y1)2(t2-t1)-(t2-t1)4g1(C.2)hi=ti+1-t1,i=1,2,n-1(C.3)i=hi-1/(hi-1+hi),i=2,3,n-1(C.4)i=3(1-i)(yi-yi-1)/hi-1+i(yi+1-yi)/hi,i=2,3,n-1(C.5)ai=-i/2+(1-i)ai-1,i=2,3,n-1(C.6)bi=i-(1-i)bi-1/2+(1-i)ai-1,i=2,3,n-1(C.7)vn=3(yn-yn-1)/hn-1+gnhn-1/2-bn-1/(2+an-1)(C.8)vi=aivi+1+bi,i=n-1,n-2,1(C.9)2)计算霍尔坐标点插值点处的速度值vj,j=1,2,N,N为插值点数。vj=6hi1h2i(ti+1-tj)2-1hi(ti+1-tj)yi-6hi1h2i(tj-ti)2-1hi(tj-ti)yi+1+3h2i(ti+1-tj)2-2hi(ti+1-tj)vi+3h2i(tj-ti)2-2hi(tj-ti)vi+1(C.1 0)其中,tixi,xi+1。最终通过上述方法建立的标准位移弹道和标准速度弹道如图C.3所示。图C.3 标准位移和标准速度弹道71J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局附录D校准不确定度评定示例导航型卫星接收机校准结果可分为静态定位校准结果(大地标准点法、仿真法)、动态定位校准结果(仿真法、圆周法、滑轨法)、速度校准结果(仿真法、圆周法、滑轨法)、加速度校准结果(仿真法、圆周法、滑轨法)。D.1 静态定位校准不确定度评定a)静态水平定位水平定位误差为:Pi=x2i+y2i(D.1)式中:xi=xi-X0,yi=yi-Y0;xi、yi 接收机在第i个采样时刻的测量值,m;X0、Y0 标准位置坐标,m。根据公式(D.1)有:uc(Pi)=c2(xi)u2(xi)+c2(yi)u2(yi)(D.2)其中:c(xi)=-xix2i+y2i,c(yi)=-yix2i+y2i式中:u(xi)、u(yi)xi、yi的标准不确定度,m;u(X0)、u(Y0)X0、Y0的标准不确定度,m。假设u(xi)=u(yi),u(X0)=u(Y0),则u(xi)=u(yi),代入公式(D.2)。uc(Pi)=xix2i+y2i 2+yix2i+y2i 2 u2(xi)=u(xi)=u2(xi)+u2(X0)(D.3)合成标准不确定度为:uc p=u2c(Pi)+u2(p)=u2(xi)+u2(X0)+u2(p)(D.4)式中:u(p)水平定位的测量重复性引入的不确定度,m。b)静态高程定位第i个采样时刻,高程定位误差为:hi=hi-H0(D.5)则:uc(hi)=u2(hi)+u2(H0)(D.6)81J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局 式中:u(hi)、u(H0)分别为hi、H0的标准不确定度,m。合成标准不确定度为:uc h=u2c(hi)+u2(h)=u2(hi)+u2(H0)+u2(h)(D.7)式中:u(h)高程定位的测量重复性引入的不确定度,m。D.1.1 大地标准点法某接收机大地标准法校准结果见表D.1。表D.1 静态定位(大地标准点法)校准结果采样率/H z1 0每组采样点1 20 0 0测量结果第一组第二组第三组水平定位/m2.5 24.4 13.6 3高程/m4.3 44.9 32.6 5重复性/m水平定位:1.1 2;高程:1.3 5 a)水平定位校准不确定度大地标准点法水平定位校准主要不确定度来源见表D.2。表D.2 水平定位(大地标准点法)主要不确定度来源不确定度来源类型值/m分布包含因子标准不确定度/m标准点坐标误差u(X0)B3.01 0-3矩形31.71 0-3接收机测量引入的不确定度u(xi)接收机分辨率坐标转换BB3.51 0-41.01 0-3矩形矩形332.01 0-45.81 0-4测量重复性u(p)A 1.1 2 参考以上主要不确定度来源表D.2及校准结果表D.1,大地标准法水平定位合成标准不确定度为1.1 3m,扩展不确定度为2.2 6m(k=2)。b)高程定位校准不确定度大地标准点法校准高程定位不确定度分析见表D.3。表D.3 高程定位(大地标准点法)主要不确定度来源不确定度来源类型值/m分布包含因子标准不确定度/m标准点坐标误差u(H0)B3.01 0-3矩形31.71 0-3接收机分辨率u(hi)B3.51 0-4矩形32.01 0-4测量重复性u(h)A 1.3 591J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局 参考以上主要不确定度来源表D.3及校准结果表D.1,高程定位合成标准不确定度为1.3 6m,扩展不确定度为2.7 2m(k=2)。D.1.2 仿真法仿真法校准结果见表D.4。表D.4 静态定位(仿真法)校准结果采样率/H z1 0每组采样点1 20 0 0测量结果第一组第二组第三组水平定位/m2.4 12.1 12.3 6高程/m3.0 73.3 43.2 2重复性/m水平定位:0.1 8;高程:0.3 0 a)水平定位校准不确定度仿真法水平定位校准不确定度来源见表D.5。表D.5 水平定位(仿真法)主要不确定度来源不确定度来源类型值/m分布包含因子标准不确定度/m卫星模拟器距离测量不确定度u(X0)B0.0 2 20.0 1接收机测量引入的不确定度u(xi)接收机分辨率坐标转换BB3.51 0-41.01 0-3矩形矩形332.01 0-45.81 0-4测量重复性u(p)A 0.1 8 参考以上主要不确定度来源和实际校准结果,仿真法校准的水平定位合成标准不确定度为0.1 9m,扩展不确定度为0.3 8m(k=2)。b)高程定位校准不确定度仿真法校准高程定位主要不确定度来源见表D.6。表D.6 高程定位(仿真法)主要不确定度来源不确定度来源类型值/m分布包含因子标准不确定度/m卫星模拟器距离测量不确定度u(H0)B0.0 2 20.0 1接收机分辨率u(hi)B3.51 0-4矩形32.01 0-4测量重复性u(h)A 0.3 0 参考以上主要不确定度来源和实际校准结果,高程定位合成标准不确定度为0.3 1m,扩展不确定度为0.6 2m(k=2)。02J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局D.2 动态定位校准不确定度评定a)动态水平定位第i采样时刻动态水平定位误差为:Pi=x2i+y2i(D.8)式中:xi=xi-Xi,yi=yi-Yi;xi、yi 接收机在第i个采样时刻的测量值,m;Xi、Yi 第i个采样时刻标准位置值,m。根据公式(D.2)公式(D.3),动态水平定位合成标准不确定度可以表示为:uc p=u2(xi)+u2(Xi)+u2(pd)(D.9)式中:u(pd)动态水平定位的测量重复性引入的不确定度。动态水平定位测量重复性引入的不确定度计算方法如下:u(pd)=ni=1(x2i+y2i)n(n-1)(D.1 0)式中:n 测量次数。b)动态高程定位第i采样时刻高程定位误差为:hi=hi-Hi(D.1 1)则:uc(hi)=u2(hi)+u2(Hi)(D.1 2)式中:u(hi)、u(Hi)Hi和hi标准不确定度,m。合成标准不确定度可以表示为:uc h=u2c(hi)+u2(h)=u2(hi)+u2(Hi)+u2(hd)(D.1 3)式中:u(hd)动态高程定位的测量重复性引入的不确定度,m。动态高程定位测量重复性引入的不确定度计算方法如下:u(hd)=ni=1h2in(n-1)(D.1 4)式中:n 测量次数。D.2.1 仿真法某接收机仿真法校准动态定位结果见表D.7。12J J F1 9 4 22 0 2 1市场监管总局市场监管总局表D.7 动态定位(仿真法)校准结果采样率/H z1 0仿真时间/s3 0校准结果水平定位高程误差/m重复性/m误差/m重复性/m4.2 20.4 00.5 90.2 1 a)动态水平定位校准不确定度仿真法校准动态水平定位不确定度来源见表D.8。表D.8 水平定位(仿真法)主要不确定度来源不确定度来源类型值/m分布包含因子标准不确定度/m卫星模拟器距离测量不确定度u(X0)B0.0 2 20.0 1接收机测量引入的不确定度u(xi)接收机分辨率坐标转换动态数据处理BBB3.51 0-41.01 0-38.01 0-3矩形矩形矩形3332.01 0-45.81 0-44.61 0-3测量重复性u(p)A 0.4 0 参考以上主要不确定度来源和实际校准结果,仿真法校准的动态水平定位合成标准不确定度为0.4 1m,扩展不确定度为0.8 2m(k=2)。b)动态高程定位校准不确定度仿真法校准动态高程定位的不确定度来源见表D.9。表D.9 高程定位(仿真法)主要不确定度来源不确定度来源类型值/m分布包含因子标准不确定度/m卫星模拟器距离测量不确定度u(H0)B0.0 2 20.0 1接收机测量引入的不确定度u(hi)接收机分辨率动态数据处理BB3.51 0-48.01 0-3矩形矩形332.01 0-44.61 0-3测量重复性u(h)A 0.2 1 参考以