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1、中华人民共和国国家计量技术规范JJF21062024基于导航卫星的陆地定向系统校准规范CalibrationSpecificationforGroundOrientationSystemswithNavigationSatellites2024-02-07发布2024-08-07实施国家市场监督管理总局发布JJF21062024基于导航卫星的陆地定向系统校准规范CalibrationSpecificationforGroundOrientationSystemswithNavigationSatellites归口单位：全国卫星导航应用专用计量测试技术委员会主要起草单位：北京航天计量测试技术研究
2、所中国人民解放军战略支援部队信息工程大学参加起草单位：北京航天发射技术研究所本规范委托全国卫星导航应用专用计量测试技术委员会负责解释本规范主要起草人：赵天承（北京航天计量测试技术研究所）李永刚（北京航天计量测试技术研究所）丛佃伟（中国人民解放军战略支援部队信息工程大学）何绪龙（北京航天计量测试技术研究所）参加起草人：高明杰（北京航天发射技术研究所）目录引言(II)1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语和定义(1)4概述(1)5计量特性(2)1.1 定向误差(2)1.2 定向重复性(2)1.3 定向时间(2)6 校准条件(2)6.1 环境条件(2)6.2 测量标准及设备(2)7 校准项目和校准
3、方法(3)7.1 校准项目(3)7.2 校准方法(3)8校准结果表达(6)9复校时间间隔(7)附录A定向误差测量不确定度评定示例(8)附录B定向重复性测量不确定度评定示例(12)附录C定向时间测量不确定度评定示例(14)附录D大地方位角计算方法(16)附录E校准原始记录格式(18)附录F校准证书内页格式(20)本规范以JJFl071国家计量校准规范编写规则、JJFlOol通用计量术语及定义、JJFlO59.1测量不确定度评定与表示为基础性系列规范进行制定。本规范为首次发布。基于导航卫星的陆地定向系统校准规范1范围本规范适用于基于导航卫星的陆地定向系统的校准。2引用文件本规范引用了下列文件：JJ
4、F1059.1测量不确定度评定与表示GB/T14911测绘基本术语GB/T17159大地测量术语GB/T18314全球定位系统(GPS)测量规范BD420009北斗/全球卫星导航系统(GNSS)测量型接收机通用规范GOST32453全球导航卫星系统坐标系统确定点坐标变换的方法(GlObalnavigationsatellitesystem.Coordinatesystems.Methodsoftransformationsfordeterminatedpointscoordinate)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
5、本规范。3术语和定义GBT1491KGB/T17159界定的及以下术语和定义适用于本规范。3. 1陆地定向系统groundorientationsystem在陆地上工作，基于卫星导航的原理，能够获得大地方位角的系统。3.2 瞄准镜sightmirror表征方向的反光镜，一般为平面反射镜或D11T80直角棱镜。3.3 基准边referenceline椭球面上两个点连线作为一个测量角度的边。3.4 基线向量baselinevector表征GNSS接收机各测点之间的位置关系，指GNSS接收机测点之间的坐标增量。4概述导航卫星的陆地定向系统(以下简称陆地定向系统)主要由卫星导航器件、壳体、显控单元、定
6、向系统主机等组成，其壳体上安装有能够代表其方位角的瞄准镜，如图1所示：5计特性5. 1定向误差陆地定向系统的定向误差：优于200”。5.2 定向重复性陆地定向系统的定向重复性：优于60”。5.3 定向时间陆地定向系统定向时间：优于25min。6校准条件6.1 环境条件a)校准工作环境温度：40+50;b)校准工作环境湿度：相对湿度W75%;c)视场设备障碍物的高度角不应超过15;d)其他环境条件应符合GB/T18314相关内容的要求。6.2 测量标准及设备校准用主要设备及技术指标见表1。1校准用标准设备序号校准用设备主要技术要求1GNSS测量型接收机接收机进行静态基线测量时水平标称精度优于土(
7、5mm+10-6D),垂直标称精度优于(10mm+10-D)D为基线长度2电子经纬仪II级及以上3标杆仪标杆仪轴线与竖轴旋转中心不重合度优于0.3mm表1（续）序号校准用设备主要技术要求4电子秒表测量间隔：1h;计时最大允许误差:0.10s7校准项目和校准方法7.1 校准项目a）定向误差；b）定向重复性；c）定向时间。7.2 校准方法7.3 2.1校准前准备的距离不小于200m07.2.1.1如图2所示。在陆地定向系统的瞄准镜前方设立校准点Jl和J2,校准点J靠近陆地定向系统，位于瞄准镜反射面一侧，Jl-J27.2.1.2在校准点Jl的三脚架上架设电子经纬仪、GNSS测量型接收机I天线，按照G
8、NSS测量型接收机操作说明连接GNSS测量型接收机I主机和天线之间的电缆,如图3所示。保证GNSS测量型接收机I天线中心与电子经纬仪竖直轴同轴，经纬仪水准器气泡居中。1一三脚架H;2一标杆仪；3-GNSS测量型接收机11天线；4-GNSS测量型接收机II主机：5一三脚架I;6电子经纬仪：7GNSS测量型接收机I天线：8GNSS测量型接收机I主机7.2.1.3在校准点J2的三脚架11上架设标杆仪、GNSS测量型接收机II天线，使标杆仪的观测面对准JI点,以便于电子经纬仪瞄准，按照GNSS测量型接收机操作说明连接GNSS接收机H主机和天线电缆，如图3所示，保证GNSS测量型接收机11天线中心与标杆
9、仪中心同轴，标杆仪水准器气泡居中。7.2. 1.4架设完成后，陆地定向系统和校准设备开机，按照使用说明书要求进行预热。7.2.2定向误差校准7.2.2.1GNSS接收机定向测量测量步骤如下：a）对两台GNSS接收机进行参数设置，设置卫星截止高度角不大于15,采样间隔不大于15s,通过静态载波相位相对测量方法开始测量作业，两台接收机共同测量时间不少于lh。b）读取GNSS测量型接收机I的伪距单点定位结果，空间直角坐标值为（X,Yji,Z11）,对应大地坐标值为（1.j,Bji,H1）o其中：（XjI,Yi,Zi）校准点Jl的空间直角坐标值，m;1.,校准点JI的大地经度，（”）；Bl校准点Jl的
10、大地纬度，（”）；Hj,校准点JI的高程，m。C）将校准点Jl的空间直角坐标值（Xj,Yi,Z1,）作为已知坐标，利用测量型接收机开展静态基线测量工作，对两台接收机的载波相位观测数据处理后，得到Ji-J2的基线向量（ZVxWz,Yjy2,Zjj2）。其中：W?空间直角坐标下JiJ?基线向量的X分量差，mjY,j-空间直角坐标下工一Jz基线向量的Y分量差，miZ,2一一空间直角坐标下工一Jz基线向量的Z分量差，m。d）按附录D,计算JJ2基线的大地方位角A,（。），将计算结果A,记录到附录E中。7.2,2.2电子经纬仪测量测量步骤如下：a）如图4所示，利用电子经纬仪望远镜对陆地定向系统上的瞄准镜
11、观测，若瞄准镜为三棱镜，调整三脚架的高度，使观测时电子经纬仪的视准轴与大地水平面的夹角不大于0.1。图4瞄准镜测量示意图1一三脚架12电子经纬仪；3T雕镜；4-陆地定向系统b)电子经纬仪以正镜方式分别对准标杆仪和瞄准镜测量。电子经纬仪正镜对准标杆仪测量的水平盘读数为A。，电子经纬仪正镜对准瞄准镜测量的水平盘读数为A。正镜测量、基准边与瞄准镜法线的夹角按公式(1)计算。Ae2-At(A-At)0A1.l.IA1.A“+360*(Arf-Ael)A11(AnAfl)iA1.IAaA11+360(Ao-A11)VO式中：A;一一倒镜测量、基准边与瞄准镜法线的夹角，();An一一倒镜测量、电子经纬仪对
12、准标杆仪的水平盘读数，()；A2一一倒镜测量、电子经纬仪对准瞄准镜的水平盘读数，。按公式(4)计算，Ao(Aj+fi)0*360；(Aj+tf)360*(3)的角度关系见图2。(4)d)基准边与瞄准镜法线的夹角O按公式(3)计算。校准系统测得的被校对象大地方位角A。a=(A*IAj360*式中：AyGNSS接收机定向测量的Jr1.基线大地方位角，()；A9校准系统测得的被校对象大地方位角，();O基准边与瞄准镜法线的夹角，()。7.2.2.3陆地定向系统测量陆地定向系统预热后，按照设备操作步骤实施测量，通过陆地定向系统的显控单元读取其输出的大地方位角，第i次测量输出的大地方位角计为A,;。每次
13、测量过程中，利用电子经纬仪按照7.2.2.2中的步骤对陆地定向系统校准，第i次校准设备获得的大地方位角计为Ag。7.2.2.4定向误差数据处理校准测量不少于6组。定向误差按公式(5)计算。V6;i=l,2,.,n:7.2.3 定向重复性校准定向重复性s,由陆地定向系统定向数据统计得到，按公式（6）计算。M-I式中：Ani第i次测量，陆地定向系统获得的大地方位角，（）A1一一n次测量，陆地定向系统获得的大地方位角A.;的平均值：n一一陆地定向系统测量数据组数，n26;i=l,2,.,n:7.2.4 定向时间自陆地定向系统开机始、至系统输出大地方位角止，利用电子秒表计时，得到测量结果T;,取多次测
14、量结果中的最大值作为定向时间T,按公式（7）计算。T=Max（T1,T2,T,）（7）式中：T1第1次测量量，（min,s）T2第2次测量量，（min,s）;T,第n次测量量，（min,s）8校准结果表达经校准的陆地定向系统，应出具校准证书，校准结果应在校准证书上反映，校准证书内页格式参见附录Fo校准证书应至少包含的信息如下：a）标题：“校准证书”；b）实验室名称和地址；c）进行校准的地点（如果与实验室的地址不同）；d）证书的唯一性标识（如编号），每页及总页数的标识；e）客户的名称和地址；f）被校对象的描述和明确标识；g）进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象的接收
15、日期；h）如果与校准结果的有效性和应用有关时，应对被校样品的抽样程序进行说明;i）校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；JJF21062024j）本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;k）校准环境的描述；1）校准结果及其测量不确定度的说明；m）对校准规范的偏离的说明；n）校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识；0）校准结果仅对被校对象有效的声明；p）未经实验室书面批准，不得部分复制证书的声明。经校准的陆地定向系统，发给校准证书或校准报告，加盖校准印章。9复校时间间隔由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定的，因此送校单位可根据实际使用情况自
16、主决定复校时间间隔。建议复校时间间隔不超过1年。附录A定向误差测不确定度评定示例A.1概述依据JJFlo59.1的要求，根据本规范规定的原理、条件和方法，以对标称定向误差为120”的某陆地定向系统进行校准为例，给出定向误差测量不确定度评定示例。A.2测量模型校准定向误差按公式(A.1)计算。A=A1-(Aj+0)(A.1)式中：定向误差，()；A1陆地定向系统测得的目标方位角，();A;J1-J2基线的大地方位角，()；0基准边与瞄准镜法线的夹角，()。A.3不确定度来源定向误差测量不确定度来源及说明见表A.Io表A.1定向误的瞄果标准不确定度分来源和说明序号符号标准不确定度分量名称说明1u(
17、A1.)陆地定向系统定向测量引入的标准不确定度分量陆地定向系统定向重复性引入的标准不确定度分量Ul(A1)用A类方法评定温度变化对定向测量引入的标准不确定度分量U2(A,)用B类方法评定2u(Aj)GNSS测量型接收机定向测量引入的标准不确定度分量GNSS测量型接收机定向重复性引入的标准不确定度分量5(Aj)用A类方法评定GNSS测量型接收机测量误差引入的标准不确定度分量W(Aj)用B类方法评定3u()电子经纬仪测量引入的标准不确定度分量电子经纬仪测角重复性引入的标准不确定度分量W()用A类方法评定电子经纬仪水平测角误差引入的标准不确定度分量th()用B类方法评定标杆仪轴线与竖轴旋转中心不重合
18、度误差引入的标准不确定度分量S(0)用B类方法评定陆地定向系统定向测量引入的标准不确定度分量U(Al)、GNSS测量型接收机定向测量引入的标准不确定度分量U(A,)、电子经纬仪测量引入的标准不确定度分量u()等3项不确定度互不相关。A.4合成标准不确定度计算公式和灵敏系数由公式(A.1)依据不确定度传播公式：u2()=ciu2(Al)+c2u2(Aj)+c)u2(0)(A.2)对应的灵敏系数为3AlffA1A.5标准不确定度评定(A3)依据本校准规范的校准方法，对陆地定向系统的定向误差进行10次校准，校准结果见表A.2o表A.2定向误差校准结果次数J厂Jz基线的大地方位角A,()基准边与瞄准镜
19、法线的夹角6/()陆地定向系统测量的大地方位角A,()202.218455.0876257.3082202.214055.0879257.30563202.216355.0873257.31034202.216755.0879257.30475202.217355.0877257.30786202.216155.0882257.3097202.215755.0877257.31138202.214655.0888257.3079202.214755.0885257.307710202.213955.0871257.3067对原始数据依据格拉布斯准则剔除异常值后，以平均值作为校准结果的最佳估计值
20、，有Z=15.0，实验标准差s=8.2.A.5.1陆地定向系统定向测量引入的标准不确定度分量u(A1)A.5.1.1陆地定向系统测量重复性引入的标准不确定度分量th(A1.)根据表A.1的试验数据，在相同条件下，定向系统进行了10次定向测量，10次数据按照贝塞尔公式计算其重复性s=7.2测量重复性引入的标准不确定度分量可用A类评定方法计算，为：w(A)假T上JnJIOA.5.1.2温度变化对定向测量引入的标准不确定度分量u2(A1)通过试验，在不同温度环境条件下，高低温环境对定向测量具有一定影响，环境温度使定向测量数据离散度变大，通过在一40C和+50C等极端温度环境下进行试验测量数据分析，温
21、度环境对系统定向测量影响引入的标准不确定度分量估计为：U2(A,)=3.0陆地定向系统定向测量引入的标准不确定度由以上两项标准不确定度分量合成得到，该两项不确定度分量互不相关，则：u(Aj)=7.2*定向重复性标准不确定度来源及说明见表B.2o表R2定向重复性原准不确定度分来源和说明序号符号标准不确定度分量名称说明u1器件漂移引入的标准不确定度分量用B类方法评定2UZ温度变化引入的标准不确定度分量用B类方法评定8.3 标准不确定度分量分析8.3.1 器件漂移引入的标准不确定度分量U1根据陆地定向系统的特性，陆地定向系统的器件随时间具有一定的漂移，该漂移具有随机性，会引起使得定向测量数据离散度变
22、大。通过对标称定向重复性60”的陆地定向系统进行实验测量数据分析，器件漂移对系统定向测量影响引入的标准不确定度分量估计为：U1=258.3.2 温度变化引入的标准不确定度分量B通过试验，在温度变化的环境条件下，温度变化对定向测量重复性具有一定影响，温度变化使定向测量数据离散度变大。通过在一40C和+50C等极端温度环境下进行实验测量数据分析，温度环境对系统定向测量影响引入的标准不确定度分量估计为：u2=3.0”8.4 合成标准不确定度以上两项标准不确定度分量互不相关，因此定向重复性的合成标准不确定度u。按公式(B.1)计算：ue=ui+u?(BJ)合成标准不确定度为：u=4252+3()239
23、8.5 扩展不确定度工程应用中，扩展不确定度U按正态分布计算，取包含因子k=2,则扩展不确定度按公式(B2)计算。U=ku,(B.2)扩展不确定度为：U=23.9,=7.811附录C定向时间测不确定度评定示例C.1概述依据JJFlO59.1的要求，根据本规范规定的原理、条件和方法，以对标称定向时间为25min的某陆地定向系统进行校准为例，给出定向时间测量不确定度评定示例。C.2不确定度来源依据本规范规定的方法，对陆地定向系统的定向时间进行10次测量，定向时间测量结果见表C.1表Cl定向时间记录表序号定向时间T,序号定向时间T；21min05S621min10s220min48s721min02
24、s320min55s820min53s420min57s921min19s521min16s1020min43s陆地定向系统定向时间为：T=Max(T1,T2,T)=21min19依据表C.1,10次测量定向时间按照贝塞尔公式计算其重复性s=11.8s定向时间不确定度来源及说明见表C.2o表C2定向时间物蟒果标准不确定度分*1嗨和说明序号符号标准不确定度分量名称说明u1(T)定向时间重复性引入的标准不确定度分量用A类方法评定2u2(T)电子秒表计时误差引入的标准不确定度分量用B类方法评定C.3标准不确定度分量分析C.3.1定向时间重复性引入的标准不确定度分量u1(T)在利用电子秒表对陆地定向系
25、统进行计时过程中，计时重复性为s=11.8s,在该范围内为正态分布，k取2,该标准不确定度分量可用A类评定方法计算，则计时重复性引入的标准不确定度分量为：u1(T)=I1.8s2=5.9sC.3.2电子秒表计时误差引入的标准不确定度分量u2(T)电子秒表经检定合格，1h内计时误差优于0.10s,在该范围内为均匀分布，k取J3,该标准不确定度分量可用B类评定方法计算，则秒表计时误差引入的标准不确定度分量为:u2(T)=0.ls30.06sC.4合成标准不确定度以上两项标准不确定度分量互不相关，因此定向时间的合成标准不确定度u.按公式(C.1)计算。Ue=0,则A,=90;式中：AiJ1-J2基线
26、的大地方位角，(o)o如果4N=0,ZE(),ZE0,则Aj=Aj。;如果4N0,ZE0,则A,=360o+Aj。；如果N(),A,=18O0+Ajo附录E校准原始记录格式证书编号：表El陆地定向系统校准原始记录校准时间校准地点：型号规格：设备编号：制造商：送检/校单位：温度：C相对湿度：%校准依据：校准仪器1.电子经纬仪型号：序列号：仪器证书号：标准有效期：2.标杆仪型号：序列号：仪器证书号：标准有效期：3.GNSS测量型接收机型号：序列号：仪器证书号：标准有效期：校准员(日期)：审核(日期)：备注表E2定向误差校准原始记录序号大地方位角A,(。)经纬仪正镜对准标杆仪的读数A()经纬仪倒镜对
27、准标杆仪读数An()经纬仪正镜对准瞄准镜的读数A2(o)经纬仪倒镜对准瞄准镜的读数Ag(O)陆地定向系统读数A1.()校准结果定向误差234扩展不确定度：567衰E.3定向重复性校准原始记录序号陆地定向系统读数An(“)校准结果1定向重复性：2345扩展不确定度：6-衰E.4定向时间校准原始记录序号定向时间/(h,min,s)校准结果1定向时间：扩展不确定度：23456TE附录F校准证书内页格式校准结果RESU1.TSOFCA1.IBRATION大地方位角测量值：A,=大地方位角标准值：A=定向误差：Z3=”，扩展不确定度：U=(k=2)定向重登性S=，扩展不确定度：U=(k=2)定向时间：T=，扩展不确定度：U=(k=2)备注1 .电子经纬仪：2 .GNSS测量型接收机：3 .标杆仪：4 .秒表：5 .下次送校时须携带此证书或其免印件。
