JJF 2128-2024 船用陀螺罗经校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范JJF2128—2024船用陀螺罗经校准规范CalibrationSpecificationforMarineGyroCompasses2024-06-14发布2024-12-14实施国家市场监督管理总局发布JJF2128—2024船用陀螺罗经校准规范CalibrationSpecificationforMarineGyroCompasses→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→JJF2128—2024 →→→→→→→→→→→→→→→→归口单位:全国惯性技术计量技术委员会主要起草单位:上海市计量测试技术研究院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:中国人民解放军海军九○二工厂上海辉格科技发展有限公司上海泛康船舶电子设备有限公司上海埃威航空电子有限公司本规范由全国惯性技术计量技术委员会负责解释JJF2128—2024本规范主要起草人:马建敏(上海市计量测试技术研究院)董雪明(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:董莲(上海市计量测试技术研究院)吴永明(中国人民解放军海军九○二工厂)郭圣楠(上海辉格科技发展有限公司)杨波(上海泛康船舶电子设备有限公司)陈涤非(上海埃威航空电子有限公司)JJF2128—2024Ⅰ1范围 (1)2引用文件 (1)3概述 (1)4计量特性 (2)4.1开机对准时间 (2)4.2静态航向角示值误差 (2)4.3静态航向角示值漂移 (2)4.4动态航向角随动误差 (2)4.5动态真航向角示值漂移 (2)4.6陀螺罗经安装定位误差 (2)5校准条件 (2)5.1环境条件 (2)5.2主要标准器及配套设备 (3)6校准方法 (3)6.1开机对准时间 (3)6.2静态航向示值误差 (3)6.3静态航向示值漂移 (5)6.4静态航向角随动误差 (5)6.5动态航向角示值漂移 (6)6.6陀螺罗经安装定位误差 (6)7校准结果的表达 (6)8复校时间间隔 (6)附录A船用陀螺罗经(静态)方位角示值误差测量结果不确定度评定 (7)附录B船体艏艉线方位角测量 (9)附录C岸基方位角基线测量 (10)1船用陀螺罗经校准规范1范围本规范适用于方位角(也称:航向角)测量范围为0°~360°,示值最大允许误差为±0.25°的舰船导航用途的船用陀螺罗经校准。2引用文件本规范引用了下列文件:JJF1001—2011通用计量术语及定义JJF1059.1—2012测量不确定度评定与表示JJF国家计量校准规范编写规则JJF陀螺经纬仪校准规范JJF惯性技术计量术语及定义GB/T17943—2000大地测量天文规范GB/T24955.1—2010船舶和海上技术艏向发送设备(THDs)第1部分:陀螺罗经GB/T42176海浪等级GJB1723—93舰船陀螺罗经通用规范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概述船用陀螺罗经是一种指示船舶航向和测定船舶方位用的精密导航仪器,被广泛地应用在各类舰艇和海洋运输船、港船、海洋工程船和考察船等船舶上,既能满足导航的要求,又能适应其他各种航向信息的装备和系统的要求。陀螺罗经依靠陀螺仪的空间定轴性,借助其控制设备和阻尼设备,能自动指北并精确跟踪地球子午面,并且始终准确地指向地理北极。无论船舶航行到哪里,都可以依此确定航向。船用陀螺罗经最初采用的是机械陀螺原理的罗经,随着科学技术进步,发展为电罗经、光纤罗经及激光罗经,体积和质量大为减小,且仪器示值误差和示值漂移越来越小,动态性能得到很大提高。仪器典型结构电罗经如图1、光纤罗经如图2所示。JJF2128—20242图1船用陀螺罗经(电罗经)图2船用陀螺罗经(光纤罗经)4计量特性4.1开机对准时间在规定的工作条件下,仪器开机预热,稳定显示方位角,达到正常工作状态所需要的最大时间。对准时间需符合其出厂说明书要求。4.2静态航向角示值误差仪器示值与标准方位角比较,方位角示值最大允许误差:±0.25°。4.3静态航向角示值漂移在转台静态锁定时,10min内仪器示值漂移的最大允许误差:±0.05°(±3')。4.4动态航向角随动误差在转台回转速度小于10(°)/s时,仪器示值最大允许误差:±0.5°。在回转速度10(°)/s~20(°)/s时,仪器示值最大允许误差:±1.5°。4.5动态真航向角示值漂移运动平台模拟5级海况环境输出,当航向角方向转动输出为0时,仪器示值变化量的最大允许误差:±0.08°(±5')。4.6陀螺罗经安装定位误差船用陀螺罗经安装正北零位最大允许误差:±1'。注:校准工作不判断合格与否,上述计量特性要求仅供参考。船用陀螺罗经安装采用的标准方位角,其量值溯源的两种方法分别见:附录B船体艏艉线方位角测量。附录C岸基方位角基线测量。5校准条件5.1环境条件实验室温度为(20±5)℃;相对湿度不大于85%,被检陀螺罗经及其附件应在室JJF2128—20243内作温度平衡,时间不少于2h;实验现场处于正常地磁环境,基线标定及船体艏艉线测量一般处于野外作业,正常天气(非雨雪或其他灾害性天气)。5.2主要标准器及配套设备主要标准器及配套设备见表1。表1校准项目和校准设备序号校准项目校准设备1开机对准时间秒表,日差±0.5s2静态航向角示值误差转台、经纬仪、方位角基线场,方位角标定测量结果优于U=0.005°(k=2)3静态航向角示值漂移转台最大示值误差±0.01°4动态航向角随动误差速度转台最大示值误差±0.05°速度转台回转速度小于10(°)/s时,仪器示值最大允许误差:±0.5°在回转速度10(°)/s~20(°)/s时,仪器示值最大允许误差:±1.5°5动态真航向角示值漂移六自由度运动平台(或三轴速度转台),仪器最大允许误差:±0.02°(±1.2')6陀螺罗经安装定位误差艏艉线方位角,方位角标定测量结果优于U=0.005°(k=2)6校准方法检查外观,确定没有影响校准计量特性的因素。6.1开机对准时间平稳放置陀螺罗经在静止的实验平台上,从通电开机的时间点开始计时,以仪器方位角显示值稳定输出为截止时间点,即:从输出值漂移到稳定所需要的最大时间。6.2静态航向示值误差图3静态航向角校准装置的结构组合1—经纬仪;2—光学瞄准系统;3—船用陀螺罗经;4—升降回转台;5—平行光管JJF2128—20244静态航向角校准装置是方位角基线场的一种实物标准器形式。如图3所示:方位角基线场由仪器回转台和平行光管两部分组成。如图4所示:仪器转台与经纬仪同轴连接,共同组成静态航向角校准回转系统。将被校仪器定位夹紧在竖轴转台上,转台顶部同轴联接经纬仪作为方位角瞄准设备,溯源标准器为方位角基线场,方位角基线场数据由天文经纬仪或陀螺经纬仪进行标定。图4静态航向角校准回转系统1—经纬仪;2—船用陀螺罗经;3—升降回转台精确控制转台的微调装置,将转台调整至受校仪器的示值的整数,通过经纬仪前后两次瞄准平行光管,经纬仪转动角度即为实测值。将当地纬度信息输入受校仪器,经过预热过程,待仪器正常工作状态后,读取被校仪器示值与经纬仪实测值进行差值计算,从而得到静态示值误差。测量数据记录见表2。表2静态航向角示值误差记录表测量位置编号受校仪器示值/(°)实测值/(°)静态示值误差/(°)00.000115.000230.000345.000460.000575.000690.0007105.000JJF2128—20245表2静态航向角示值误差记录表(续)测量位置编号受校仪器示值/(°)实测值/(°)静态示值误差/(°)8120.0009135.00010150.00011165.00012180.00013195.00014210.00015225.00016240.00017255.00018270.00019285.00020300.00021315.00022330.00023345.00024360.000(0.000)静态示值最大允许误差:±0.25°。6.3静态航向示值漂移锁定转台航向角,每10min观察1次示值漂移量,共1h。记录如表3所示。表3静态航向角示值漂移记录表单位:(°)观察次数i示值Xi123456示值漂移技术要求:Δ≤0.02°。6.4静态航向角随动误差将仪器安装在速度转台上,设定回转速度,读取仪器示值变化,作为示值漂移量。JJF2128—20246设置回转速度小于10(°)/s时,仪器示值最大随动误差:±0.5°。设置回转速度10(°)/s~20(°)/s时,仪器示值最大随动误差:±1.5°。6.5动态航向角示值漂移图5六自由度运动平台将被测仪器固定夹紧在六轴运动平台(或三轴速度转台)上,六轴运动平台模拟5级海况运动(或三轴速度转台设置横摇和纵摇简谐运动周期为6s~15s、最大角度为5°,最大水平加速度为0.22m/s2),根据GB/T42176作横摇/纵摇输出。运动平台航向角方向转动输出为0时,仪器示值变化量的最大允许误差:±0.08°(±3')。6.6陀螺罗经安装定位误差艏艉线在船体甲板上,对于轴对称设计的船体,艏艉线与中轴线重合。艏艉线测量方法见附件B。给出艏艉线方位角(在船坞上固定状态)的测量数据,将已经安装好的陀螺罗经示值调整到与艏艉线方位角数据一致。调整方法一般有两种:a)采用机械微动紧顶装置对陀螺罗经外壳螺栓定位进行微调;b)采用软件对示值进行系统误差加常数修正,将示值调整到与艏艉线方位角数据相同。陀螺罗经安装在正北零位校准最大允许误差:≤1'。7校准结果的表达经校准的船用陀螺罗经发给校准证书。校准证书应给出各校准项目的测量结果及船用陀螺罗经方位示值误差测量结果的扩展不确定度。8复校时间间隔在定期进行期间核查的条件下,对陀螺罗经计量特性4.1~4.5建议复校时间为1年。对计量特性4.6安装部分:艏艉线、陀螺罗经安装定位误差,岸基方位角基线项目建议复校时间间隔与船体回船厂(上船坞)维修保养周期一致。JJF2128—20247附录A船用陀螺罗经(静态)方位角示值误差测量结果不确定度评定A.1测量任务对标称多次定向示值允许误差为±0.250°的船用陀螺罗经的示值误差进行校准。A.2测量设备和方法A.2.1测量设备方位角标准基线场:方位角测量标准偏差0.001°。A.2.2测量方法将被校仪器定位夹紧在竖轴转台上,转台顶部同轴联接经纬仪作为方位角瞄准设备,溯源标准器为方位角基线场。精确控制转台的微调装置,将转台调整至受校仪器的示值的整数,通过经纬仪前后两次瞄准平行光管,经纬仪转动角度即为实测值。将仪器示值与实测值进行差值比较,从而得到静态示值误差。A.3测量模型陀螺经纬仪仪器常数计算公式:(A.1)式中:Δ—仪器示值误差;Ai—第i次方位角测量值;A0—方位角标准值;据公(i1:,2,…,n)。=1/n。各u(Ai)=u(A),考虑为完全正相关,得到u2(Δ)=u2(A)/A.4标准不确定度评定A.4.1船用陀螺罗经测量重复性引入的标准不确定度分量u(A)船用陀螺罗经与经纬仪在转台上固定组合,开机预热后开始正常工作。经纬仪望远镜视准轴与方位目标精确瞄准或准直,进行3次寻北读数,获得方位角Ai,按极差法得到估计的标准偏差为:JJF2128—20248式中:C—极差系数(当测量次数较少,n为3时,C取1.69)。经试验:故:x-x故:≈0.0012°由测量重复性引入的标准不确定度分量u(A)为:方位角标准按照GB/T17943—2000采用北极星任意时角法建立的一等天文点,其u(A0)=0.0003提供的标准方位角标准偏差为0.000u(A0)=0.0003A.5合成标准不确定度2(A)+u2(A0)=(0.0012)2+(0.0003)2°≈0.0012°U=kuc=2×0.0012°≈0.003°,k=2JJF2128—20249附录B船体艏艉线方位角测量以陀螺全站仪作为标准器,对船体艏艉线进行方位角测量。船体艏艉线方位角测量原理如图B.1所示。图B.1