IPSS-02A說明書慣性導(dǎo)航

IPSS—02A慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)使用說明書航天科工慣性技術(shù)有限公司IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書目錄TOC\o"1-5"\h\z目錄 2\o"CurrentDocument"范圍 4\o"CurrentDocument"概述 4\o"CurrentDocument"主要技術(shù)指標(biāo) 4\o"CurrentDocument"準(zhǔn)備時間 4\o"CurrentDocument"系統(tǒng)供電 5\o"CurrentDocument"功耗指標(biāo) 5\o"CurrentDocument"絕緣電阻 5\o"CurrentDocument"測量范圍 5\o"CurrentDocument"精度指標(biāo) 5\o"CurrentDocument"機(jī)械尺寸及接口 6\o"CurrentDocument"電氣接口 6重量指標(biāo) 7溫度指標(biāo) 7抗振指標(biāo) 7抗壓指標(biāo) 7數(shù)據(jù)存儲 8傳感器技術(shù)指標(biāo) 8\o"CurrentDocument"系統(tǒng)軟件功能 9\o"CurrentDocument"系統(tǒng)原理 9\o"CurrentDocument"系統(tǒng)組成框圖 9\o"CurrentDocument"測量原理 10\o"CurrentDocument"坐標(biāo)系定義 ^0\o"CurrentDocument"初始對準(zhǔn) 12\o"CurrentDocument"航位推算. 12組合導(dǎo)航 12\o"CurrentDocument"硬件設(shè)計說明與使用 13\o"CurrentDocument"FPGA數(shù)據(jù)采集板 13\o"CurrentDocument"FPGA板內(nèi)部模塊說明 13\o"CurrentDocument"FPGA接口定義說明 14\o"CurrentDocument"MCU控制存儲板 16\o"CurrentDocument"二次電源轉(zhuǎn)換板 23\o"CurrentDocument"地面軟件的安裝與使用 24\o"CurrentDocument"安裝與卸載 24運行環(huán)境 24\o"CurrentDocument"軟件安裝 25\o"CurrentDocument"軟件卸載. 25\o"CurrentDocument"軟件初始化 25第2頁共36頁IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"軟件調(diào)試模式 25\o"CurrentDocument"Mapping參數(shù)設(shè)置 26\o"CurrentDocument"記錄存盤 29\o"CurrentDocument"彈出U盤設(shè)置 29\o"CurrentDocument"實驗室測試 29\o"CurrentDocument"數(shù)據(jù)檢測 31\o"CurrentDocument"數(shù)據(jù)合成 32\o"CurrentDocument"后期處理 32\o"CurrentDocument"軟件輸入輸出文件格式 34\o"CurrentDocument"輸入文件 34\o"CurrentDocument"輸出文件 34日常檢查和注意事項 35日常檢查 35外觀檢查 35上電檢查 35安裝檢查 35\o"CurrentDocument"使用注意事項 35工程使用注意事項 35貯存注意事項 35\o"CurrentDocument"技術(shù)附件 36\o"CurrentDocument"產(chǎn)品配套表 36\o"CurrentDocument"IMU圖示 36第3頁共36頁IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書1范圍本使用說明書規(guī)定了慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)的工作原理及使用方法，是用戶使用的技術(shù)參考。2概述IPSS-02A慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)是長輸管道軌跡測繪的專用測量裝置。近些年，隨著管道技術(shù)的不斷發(fā)展，管道運輸已經(jīng)成為石油、天然氣等能源輸送的主要渠道。大力發(fā)展管道技術(shù)逐漸成為各國提高能源競爭力的一個主要手段。而管道軌跡線路的描繪，以及管道位移的檢測是管道技術(shù)中最重要、最必要的兩項工作。慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)（IPSS）是搭載在管道檢測總體（PIG）上，利用慣性組合導(dǎo)航技術(shù)，可以進(jìn)行管道軌跡精確繪制，以達(dá)到測繪管道軌跡和位移監(jiān)測的目的。IPSS-02A慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)采用了高品質(zhì)石英撓性加速度計和高精度光纖陀螺儀，在三維空間內(nèi)對油氣管道軌跡進(jìn)行精確測量，并在地面GPS數(shù)據(jù)的協(xié)助下，通過后處理軟件實現(xiàn)理想的數(shù)據(jù)處理。IPSS-02A慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)的IMU將加速度計、光纖陀螺儀、里程計等傳感器信號進(jìn)行精確采集，處理及記錄輸出到大容量硬盤上。IPSS-02A慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)采用了大量的最新科技成果，其選用的光纖陀螺儀是目前陀螺領(lǐng)域中最為先進(jìn)的一種，在軍事領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用。光纖陀螺抗振動、沖擊能力強(qiáng)，使用壽命長，適宜于管道測量的惡劣工作環(huán)境。IMU采集電路和控制電路中，大量采用貼片集成電路，有效地提高了產(chǎn)品的整體可靠性和抗干擾性。IPSS-02A慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)是目前管道測繪領(lǐng)域中較為先進(jìn)的一種定位定向儀器。3主要技術(shù)指標(biāo)準(zhǔn)備時間IPSS-02A型慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)在管道檢測總體進(jìn)行管道檢測工作之前進(jìn)行通電，從通電至初始對準(zhǔn)結(jié)束時間（準(zhǔn)備時間）小于30min。第4頁共36頁IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書系統(tǒng)供電系統(tǒng)IMU供電電壓為DC24V±6V直流電源供電。功耗指標(biāo)啟動時最大功耗小于20W（啟動時間為15s），工作時最大功耗小于12W。絕緣電阻系統(tǒng)對外連接器上各點與殼體之間的絕緣電阻三1MQ。測量范圍IPSS-02A型慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)測量范圍如表3.1所示。表3.1IPSS-02A型慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)測量范圍項目測量范圍速度范圍-50m/s?50m/s俯仰角范圍±90°橫滾角范圍±180°航向角范圍0°~360°精度指標(biāo)IPSS-02A型慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)組合導(dǎo)航測量精度如表3.2所示。表3.2IPSS-02A型慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)組合導(dǎo)航測量精度項目最大測量誤差高度±2m(1a)水平定位精度（東向、北向）±2m(1a)俯仰角（初始對準(zhǔn)）±0.15°橫滾角（初始對準(zhǔn)）±0.15°航向角（初始對準(zhǔn)）±3°注：上述精度指標(biāo)為MARK點設(shè)標(biāo)距離1Km?2Km、運行速度1m/s以上第5頁共36頁

IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書給出的。系統(tǒng)定位精度與MARK點設(shè)標(biāo)距離成反比，與運行速度成正比，但不是比例關(guān)系。機(jī)械尺寸及接口IMU通過置入抗壓密封艙中實現(xiàn)系統(tǒng)密封承壓功能，抗壓密封艙通過法蘭方式連接，艙門上安裝有兩個密封連接器和一個開關(guān)，實現(xiàn)和外部的電氣連接。系統(tǒng)詳細(xì)安裝結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。其中IMU機(jī)械尺寸：外徑①122mm、長度303mm；抗壓密封艙尺寸：法蘭外徑①162mm、殼體外徑①138mm、長度369mm。iFFftFFfflnrH=■ZZZZ%.1連接器iFFftFFfflnrH=■ZZZZ%.1連接器圖3.1系統(tǒng)安裝結(jié)構(gòu)圖電氣接口密封艙門上安裝2個13芯密封連接器（型號為CT28M-13Z）,輸出點定義見表3.3、表3.4。表3.3X1電源接口連接器點號定義備注1、2電源輸入正+24VDC3、4電源輸入負(fù)24V地5-13NC保留表3.4X2調(diào)試接口連接器點號定義備注第6頁共36頁

IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書1NC保留2NC保留3里程計優(yōu)選信號地外部里程計信號輸入地4GND信號地5RXD0數(shù)據(jù)串口RXD6TXD0數(shù)據(jù)串口TXD7GND信號地8RXD1同步串口RXD9TXD1同步串口TXD10USB_DAT+USB_D+11USB_DAT-USB_D-12USB_GNDUSB_GND13USB_+5VUSB_+5V重量指標(biāo)不大于20kg。溫度指標(biāo)工作溫度范圍：-10℃?70℃；儲存溫度范圍：-10℃?60℃?？拐裰笜?biāo)振動：5g,20Hz?2000Hz,掃頻；沖擊：200g,0.5ms,半正弦波?？箟褐笜?biāo)系統(tǒng)采用抗壓密封艙密封，耐壓不低于12Mpa。第7頁共36頁

IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)存儲空間：不小于8G。傳感器技術(shù)指標(biāo)本系統(tǒng)傳感器采用專為石油儀器定制的光纖陀螺儀器及石英撓性加速度計，經(jīng)過近幾年的技術(shù)和工藝改進(jìn)，傳感器性能更加穩(wěn)定和成熟，主要技術(shù)指標(biāo)如表3.5、表3.6所示。表3.5陀螺儀主要性能指標(biāo)性能指標(biāo)光纖陀螺儀測量范圍-500°S?+500°/S零偏重復(fù)性（1。）<0.2°/h零偏穩(wěn)定性（1。）<0.2°/h隨機(jī)游走（3。）<0.05°/h1/2標(biāo)度因數(shù)非線性度（3。）<2x10-4標(biāo)度因數(shù)不對稱度（3。）<2x10-4標(biāo)度因數(shù)重復(fù)性（3。）<2x10-4抗沖擊200g輸出接口RS422表3.6加速度計主要性能指標(biāo)性能指標(biāo)石英撓性加速度計測量范圍-2g?+2g閾值與分辨率<80ug刻度系數(shù)1.0?1.2mA/g月綜合偏值誤差<40ug第8頁共36頁IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書月綜合標(biāo)度因數(shù)誤差w60Ppm偏值溫度系數(shù)<20ug/℃標(biāo)度因數(shù)溫度系數(shù)<80ppm/℃抗沖擊200g（0.5ms、半正弦波）系統(tǒng)軟件功能IPSS-02A系統(tǒng)軟件（數(shù)據(jù)處理軟件）包含三大部分功能：調(diào)試、數(shù)據(jù)下載、數(shù)據(jù)處理，具體分別如下：＞調(diào)試：實現(xiàn)工程參數(shù)設(shè)置、實驗室系統(tǒng)調(diào)試和檢測的功能；＞數(shù)據(jù)下載：實現(xiàn)將IMU存儲數(shù)據(jù)下載到地面PC機(jī)的功能；＞數(shù)據(jù)處理：實現(xiàn)慣性器件參數(shù)設(shè)置、組合導(dǎo)航、數(shù)據(jù)分析、生成用戶數(shù)據(jù)報告及軌跡繪圖的功能。4系統(tǒng)原理系統(tǒng)組成框圖IPSS-02A慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)的工作原理如圖4.1所示：Marker

數(shù)據(jù)圖4.1系統(tǒng)工作原理框圖IPSS-02A慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)IMU的組成如圖4.2所示。第9頁共36頁IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書圖4.2慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)IMU組成框圖測量原理IPSS-02A慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)的核心為由三個相互正交的光纖陀螺和三個相互正交的加速度計組成的捷聯(lián)IMU組合，利用導(dǎo)航計算機(jī)對IMU組合中的慣性傳感器以及檢測總體上的里程計進(jìn)行采集并存儲。后處理軟件利用捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)/里程計/GPS的三組合導(dǎo)航算法，對采集數(shù)據(jù)及地面GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，給出被測管道的軌跡文件及圖形。坐標(biāo)系定義IMU慣導(dǎo)系統(tǒng)采用指北方位坐標(biāo)系作為導(dǎo)航坐標(biāo)系，定義其X、Y、Z軸分別指向東、北、天；IMU載體坐標(biāo)系X、Y、Z分別指向載體的右前上，IMU連接器的方向為前向。IMU載體坐標(biāo)系X、Y、Z方向的具體規(guī)定如圖4.3、4.4、4.5所示。第10頁共36頁IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書圖圖4.3慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)IMU后端蓋示意圖X圖4.4慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)IMU前端蓋示意圖第11頁共36頁

IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書連接器圖4.5慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)IMU中間體示意圖初始對準(zhǔn)在利用慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)進(jìn)行管道測量之前和管道測量完畢之后都必須進(jìn)行初始對準(zhǔn)，即尋找進(jìn)行導(dǎo)航計算所必需的慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)的初始航向角和姿態(tài)角。初始對準(zhǔn)是通過IMU內(nèi)部慣導(dǎo)器件的羅經(jīng)效應(yīng)獲得IMU坐標(biāo)系與導(dǎo)航坐標(biāo)系（東、北、天）之間的角度，即航向角、俯仰角和自轉(zhuǎn)角。初始對準(zhǔn)的前提條件為慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)在進(jìn)行管道測量之前和管道測量完畢之后必須保持完全靜止至少20分鐘，目的是為了能夠得到較為準(zhǔn)確的陀螺儀及加表測量值，以求得較為準(zhǔn)確的初始方位角，從而保證系統(tǒng)定位精度。航位推算利用IMU采集數(shù)據(jù)和初始對準(zhǔn)得到的初始姿態(tài)角，進(jìn)行捷聯(lián)慣導(dǎo)運算，提供姿態(tài)矩陣，即姿態(tài)角。利用采集的里程儀數(shù)據(jù)，測量IMU前向的速度（位移），通過和捷聯(lián)慣導(dǎo)得到的姿態(tài)角進(jìn)行航位推算（DeadReckoning），得到IMU在運行過程中各點的經(jīng)度、緯度和高度，從而得到?jīng)]有GPS修正的管道測量軌跡。4.2.4組合導(dǎo)航GPS提供給慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)的準(zhǔn)確位置信息在開始階段應(yīng)盡量密集，如開始測量的50m、200m、500m和1000m應(yīng)都給出準(zhǔn)確位置信息，以后每隔2Km或1Km給出準(zhǔn)確位置信息。GPS點越密集，系統(tǒng)能夠達(dá)到的精度就會越高。在沒有GPS提供準(zhǔn)確位置信息的各個時間段內(nèi)，組合導(dǎo)航算法只能采用3.2.3中的航位推算。在到達(dá)GPS標(biāo)記點的時間點上，使用捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)/里程計/GPS三個系統(tǒng)組合的導(dǎo)航算法，利用GPS提供慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)的位置第12頁共36頁IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書信息、里程計得到的慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)速度信息和捷聯(lián)慣性導(dǎo)航得到的速度和位置組合進(jìn)行kalman濾波，以達(dá)到捷聯(lián)慣導(dǎo)定位精度不隨時間誤差積累的目的。5硬件設(shè)計說明與使用慣性管道軌跡測繪系統(tǒng)的硬件主要由FPGA數(shù)據(jù)采集板、MCU控制存儲板、二次電源轉(zhuǎn)換板和連接器四部分構(gòu)成。FPGA數(shù)據(jù)采集板FPGA數(shù)據(jù)采集板主要實現(xiàn)12路傳感器的數(shù)據(jù)同步采集的功能，同時也實現(xiàn)超低功耗的CPLD高精度定時器的精準(zhǔn)定時，鋰離子電池充電電路和電池自動切換電路。FPGA板內(nèi)部模塊說明a）：AD977A采集芯片：16BIT，100K。ADC控制功能，共三路，測量范圍土10V。b）：RS422協(xié)議（波特率可設(shè)，只接收），1bit起始位，8bit數(shù)據(jù)，無校驗位，1bit停止位。波特率缺省為614.4人共三路；三路光纖陀螺選通信號（TTL電平），上升沿選通，選通脈寬可設(shè)。c）：48bit計數(shù)器，TTL電平輸入，用于里程計脈沖計數(shù)，脈沖輸入管腳上拉，共三路。d）：數(shù)字IO,1路（TTL電平）雙向IO用于產(chǎn)生負(fù)脈沖和檢測硬件同步負(fù)脈沖信號（硬件上拉）。用于系統(tǒng)主動硬件同步和被動硬件同步。e）：FPGA與MCU（C8051F020）接口讀寫，地址A7-A0，數(shù)據(jù)D7-D0，WR#寫信號，RD#讀信號，CS#片選信號。f）：FPGA與LatticeCPLD（LC4256ZC）接口邏輯，用于讀取和控制CPLD內(nèi)部48bit定時器?？刂其囯x子電池關(guān)斷。第13頁共36頁

IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書FPGA接口定義說明JP1：對外接口，用于連接加表信號、里程計信號、陀螺儀信號、硬件同步信號和數(shù)字IO。具體點定義如圖5.1所示。JP2：和MCU的總線接口、數(shù)字IO和供電電源。具體點定義如圖5.2所示。JP1：JP1：BT—./…,口巧」/口「少心一,BT_CLR：用于產(chǎn)生負(fù)脈沖；TOPCS1：第一路陀螺選通信號;TOPCS2：第二路陀螺選通信號;TOPCS3：第三路陀螺選通信號;第14頁共36頁IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書IN422A-,IN422A+：第一路陀螺差分信號的輸入；IN422B-,IN422B+：第二路陀螺差分信號的輸入；IN422C-，IN422C+：第三路陀螺差分信號的輸入；INPUT1：第一路加表信號的輸入；INPUT2：第二路加表信號的輸入；INPUT3：第三路加表信號的輸入；BX_CNT：第一路里程計脈沖輸入；BY_CNT：第一路里程計脈沖輸入；BZ_CNT：第一路里程計脈沖輸入；5VIN：整個系統(tǒng)的電源輸入；AGND：系統(tǒng)地。TP2圖5.2JP2點定義說明InterfacewithMCUBoard且6A4QARData/DataZWR#RD#TP2圖5.2JP2點定義說明InterfacewithMCUBoard且6A4QARData/DataZWR#RD#食1DatalDataO5VCCDGNDDGNDDGNDDGNDVbak5VCCJP2：位于FPGA板上，與單片機(jī)板的總線接口。第15頁共36頁IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書Vbak：電池電源輸入，3.7V,CPLD工作電源；L_IO1-L_IO4：CPLD輸出的數(shù)字IO，L_IO2用于控制鋰電池啟用/停止；A0-A7：地址總線；Data0-Data7：數(shù)據(jù)總線；WR#，RD#：讀寫信號；IRQ0：中斷信號；VCC：+5V電源輸入；AGND：系統(tǒng)地；User1-User10：數(shù)字IO。MCU控制存儲板MCU控制存儲板主要用于IMU對調(diào)試軟件命令的接收，過程的控制以及數(shù)據(jù)的存儲、數(shù)據(jù)的導(dǎo)出等工作。調(diào)試模式下根據(jù)上位機(jī)調(diào)試軟件發(fā)送來的串口命令實現(xiàn)數(shù)據(jù)的提取、采樣頻率的設(shè)置、關(guān)機(jī)延遲時間設(shè)置、以及電池開啟關(guān)閉、U盤數(shù)據(jù)接口的切換等工作。由以下九部分組成：a）：單片機(jī)主控電路：由復(fù)位電路、單片機(jī)芯片電路、晶振電路（采用22.1184MHz的外部晶振）、JTAG接口電路幾部分組成。單片機(jī)芯片采用C8051F020高速單片機(jī)。第16頁共36頁IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書CDIEE寸牙寸寸寸寸dddddC8051Fl20/2/4/65<Qoo<QFkd才<E.gd/EwmIWz'p七？mol<I.gd/rwmevogd/owmgv巳岌wR§I<“芭EWU/EWL<EKfrOIM「sdyev0.運svQS0QyUA■d慢一9.寸)晅C-HTVTCKTDITDORSTCP1-CP1+CPO-CP0+AGNDAV+VREFAGNDAV+VREFD7EEF07EEF1AINU.OAINU.lAINU.2AINU.3AINU.4AINU.5AINU.6AINU.7C8051F020A13m/A5.T'6,5A1WA6/P6.6A15nv,A7/P6.7AD0/D0/P7.0AD1,'D1,'P7.1AD2/D2/P7.2AD3/D3/P7.3AD4/D4/P74AD5/D5/P7.5AD6/D6/P7.6AD7/D7/P7.7TODDGNDPLi.OPHIP0.2P0.3P0.4ALE.TLI.5RRT'Li.gWRT'0.7AD0/D0/P3.0ADl.'ni/P3.1AD2/D2/P3.2“Ed/cov9.盡9口.607【冬日[<07OEdswmgvETd/EW白2<=<FEd/acEWfgfw白EI<寫I<口一百Q(mào)Q>QggwQINIVbEOIWIMIVEldVIIWEINIVFg2<與:IIV二巴EIWRINIV9二導(dǎo)IWPINIVKId/SIdnv圖5.4復(fù)位電路圖第17頁共36頁IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書b）：U盤切換電路：由外部U盤連接接口電路，U盤插接接口電路，雙刀繼電器切換電路組成。外部U盤連接接口電路是USB2.0協(xié)議的高速接口，用于向上位機(jī)導(dǎo)出U盤中的數(shù)據(jù)。第18頁共36頁

IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書圖5.7外部U盤連接接口電路圖U盤插接接口電路是用于連接工業(yè)級的U盤，為整個系統(tǒng)做數(shù)據(jù)存儲用。圖5.8U盤插接接口電路圖U盤切換電路是用于切換U盤插接接口電路與外部U盤連接接口，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)存儲與導(dǎo)出功能，通過單片機(jī)引腳的高電平來實現(xiàn)對繼電器的切換控制，采用U盤切換芯片ISL54200實現(xiàn)。c）：USB8GU盤模塊。主要是一個工業(yè)級的8GU盤，可滿足溫度、工作環(huán)境及存儲容量的需要。第19頁共36頁

IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書d）：Pt100溫度采集電路：采用OP4117四運放搭建標(biāo)準(zhǔn)三運放進(jìn)行Pt100模擬量放大，此電路用來采集溫度傳感器Pt100兩端的電壓值，并對電壓值進(jìn)行放大。幾可硬件實現(xiàn)兩個串行接口，通e幾可硬件實現(xiàn)兩個串行接口，通e）：RS232串口通訊電路：C8051F020單片機(jī)過MAX232芯片將兩個接口引出用于實現(xiàn)串口命令控制及軟件時間同步。第20頁共36頁

IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書圖5.12RS232串口通訊電路圖f）：電池充電及電池切換電路：由電池接入電路、電池充電電路、供電切換電路組成。電池接入電路由（CMOS，DaulP-Channel，9934）、Q1（9013）組成，通過CPLD來控制。電池充電電路完成對電池的充電工作，當(dāng)電池的充電電流小于50mA時，自動停止充電。第21頁共36頁IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書CHRG#C123SENSEDRVACPR#BATTIMER0SPROG圖5.14電池充電電路圖ACtNDSJ9430DYCHRG#C123SENSEDRVACPR#BATTIMER0SPROG圖5.14電池充電電路圖ACtNDSJ9430DY供電切換電路完成將電路供電在電源供電與電池供電間的切換。GNDXTNSENSEU107CTLSTATGNDXTNSENSEU107CTLSTATg）：電源電路:完成對電路供電的功能g）：電源電路:完成對電路供電的功能，將5V電壓轉(zhuǎn)換為工作用3.3V電壓。h）：數(shù)據(jù)接口電路：用來和FPGA做數(shù)據(jù)的通信傳輸以及命令的發(fā)送等。第22頁共36頁

IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書i）：U盤數(shù)據(jù)存儲接口電路：用來連接U盤存儲模塊，將數(shù)據(jù)存儲到U盤中。圖5.18U盤數(shù)據(jù)存儲接口電路圖5.3二次電源轉(zhuǎn)換板二次電源轉(zhuǎn)換電路主要實現(xiàn)的功能是將外界輸入的DC12V電壓轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的DC5V和DC12V電壓，供不同的器件工作。電源轉(zhuǎn)換電路的原理圖如圖5.19所示。第23頁共36頁IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書TLcKhDTL-SVTLcKhDTLfSVTT-LH-hD圖5.19供電模塊原理圖VCCJTTPM1口工COMTOUT-TLcKhDTL-SVTLcKhDTLfSVTT-LH-hD圖5.19供電模塊原理圖VCCJTTPM1口工COMTOUT-1m-TOUT-IMVCCTlTOUT-1mVCCTl1m.VCCT-1mVCCTl1m.VCCT-1二lSVcHiD6地面軟件的安裝與使用安裝與卸載運行環(huán)境a）：操作系統(tǒng)Windows98/XP。b）：最低配置CPU：奔騰1GHz；內(nèi)存：512MB；顯示卡：標(biāo)準(zhǔn)VGA，256色顯示模式以上;硬盤：40GB；USB：USB2.0接口；串口：雙串口；驅(qū)動器：倍速CD-ROM以上。第24頁共36頁IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書軟件安裝雙擊ASIT-IPSS(3.xx)-Setup.exe,點擊“下一步”后選擇安裝路徑即可安裝完成，默認(rèn)安裝路徑為"C:\ProgramFiles\ASIT-IPSS(3.xx)”。安裝完畢后將在桌面生成快捷圖標(biāo)單軟件卸載點擊“開始”一“所有程序"一'ASIT-IPSS(3.xx)”一“Uninstall"，在彈出的對話框中選擇“是"，軟件即可自動卸載完成。軟件初始化運行軟件后，會彈出“系統(tǒng)設(shè)置”對話框，如圖6,1所示:圖6.1系統(tǒng)設(shè)置對話框用戶需要選擇系統(tǒng)型號和串口號。系統(tǒng)型號為IPSS-02A型。串口設(shè)置默認(rèn)COM1為數(shù)據(jù)串口，COM2為時鐘串口，用戶可根據(jù)實際情況自行設(shè)置(圖中設(shè)置數(shù)據(jù)串口為COM3,時鐘串口為COM4)。數(shù)據(jù)串口實現(xiàn)計算機(jī)與Mapping之間的通訊，主要功能包括命令設(shè)置和調(diào)試模式下Mapping數(shù)據(jù)采集測試；時鐘串口實現(xiàn)計算機(jī)與主時鐘之間的通訊，即軟件同步等。若只是需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，而不用進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，則選擇系統(tǒng)型號后，直接點擊即可。軟件調(diào)試模式調(diào)試模式主要用于設(shè)置Mapping參數(shù)(采樣頻率和時間同步)、U盤設(shè)置以及測試功能。如圖6,2所示：第25頁共36頁

IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書圖6.2軟件主界面Mapping參數(shù)設(shè)置Mapping參數(shù)設(shè)置的執(zhí)行流程如下：a）選擇“調(diào)試界面”；b）進(jìn)入調(diào)試模式：給Mapping供電后，Mapping會在1分鐘之內(nèi)連續(xù)發(fā)送60次“rq”命令，地面軟件接收到命令后會在狀態(tài)欄中顯示。若在這一分鐘內(nèi)點擊“調(diào)試模式”按鈕，則地面軟件向Mapping發(fā)送“db”命令，Mapping收到命令后即進(jìn)入調(diào)試模式（進(jìn)入調(diào)試模式后界面如圖6.3所示），否則Mapping進(jìn)入工程測量模式。第26頁共36頁

IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書圖6.3進(jìn)入調(diào)試模式c）Mapping進(jìn)入調(diào)試模式后，可對各工程測量參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。若參數(shù)設(shè)置成功，則狀態(tài)欄中給出“XX命令成功：IMU回復(fù)（XX）”的提示；若未收到回復(fù)，軟件會自動重發(fā)3次，如仍未設(shè)置成功，則在狀態(tài)欄中給出“XX命令失?。篒MU回復(fù)（XX）”提示。各工程測量參數(shù)的設(shè)置及功能分別如下：a）采樣頻率：輸入范圍為10?200Hz，默認(rèn)值為200Hz。該參數(shù)用于控制Mapping的FPGA采集板對傳感器的采集頻率。工程測量時建議使用200Hz,實驗室測試時建議使用10Hz。采樣頻率設(shè)置成功后界面如圖6.4所示。第27頁共36頁

IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書圖6.4采樣頻率設(shè)置成功b）時間同步：分為主動硬件同步、被動硬件同步、主動軟件同步和被動軟件同步四種（軟件默認(rèn)設(shè)置為主動軟件同步）。在發(fā)送主動硬件同步命令前，主時鐘一定要處于檢測同步脈沖的狀態(tài)；在發(fā)送被動硬件同步命令后，主時鐘一定要在10s內(nèi)發(fā)送檢測脈沖；主動軟件同步方式和被動軟件同步方式利用用戶輸入的時鐘信息修正Mapping時鐘。主動軟件同步設(shè)置成功后界面如圖6,5所示。圖6.5主動軟件同步設(shè)置成功第28頁共36頁

IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書記錄存盤點擊“記錄存盤”按鈕，軟件發(fā)送啟動記錄存盤的命令，彈出“擦除磁盤扇區(qū)”窗口，如圖6,6所示，等待90秒左右磁盤擦除完成，完成后點擊“確定”按鈕，如圖6,7所示，操作成功后，系統(tǒng)開始工作。調(diào)試人員可以去除調(diào)試電纜，但不能關(guān)閉電源，否則無法數(shù)據(jù)存盤。注:此步操作是本升級版軟件的增加功能，不需二次上電即可進(jìn)行存盤記錄。511函工5間率：3:8;8.61-^21]。工劉軾并同畫P1;511函工5間率：3:8;8.61-^21]。工劉軾并同畫P1;巾悵動?圖6.6記錄存盤陽祥再年i:k<i仔科蚊席站M區(qū):麻廢qu圖6.7擦除磁盤扇區(qū)彈出U盤設(shè)置點擊“彈出U盤”按鈕，軟件發(fā)送U盤切換的命令。在Mapping進(jìn)行工程測量時，U盤是Mapping進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲的設(shè)備。在測量完畢后，我們需要讀取U盤中存儲的傳感器數(shù)據(jù)。U盤數(shù)據(jù)讀取具體流程如下：給Mapping上電，進(jìn)入調(diào)試模式，點擊“彈出U盤”按鈕后，U盤就會自動切換到計算機(jī)，然后使用“后期處理”界面中的“讀U盤數(shù)據(jù)”按鈕就可以讀取數(shù)據(jù)。在讀取數(shù)據(jù)的過程中，Mapping不能斷電。實驗室測試測試功能主要用于在實驗室內(nèi)對Mapping的各路傳感器進(jìn)行測試。此時工程測量參數(shù)中只需要設(shè)置采樣頻率（10Hz），其他參數(shù)不用設(shè)置。a）保存路徑：設(shè)置實驗室測試時，對Mapping采集數(shù)據(jù)進(jìn)行保存的路徑。b）保存數(shù)據(jù)格式：設(shè)置實驗室測試時，需要采集的傳感器，可以通過雙擊第29頁共36頁

IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書對應(yīng)的狀態(tài)欄進(jìn)行設(shè)置，如圖6,8所示。設(shè)置完畢后，點擊對應(yīng)的發(fā)送按鈕。圖6.8保存數(shù)據(jù)格式c）點擊“開始采集”按鈕，彈出如圖6,9所示界面，顯示采集的各路傳感器的數(shù)據(jù)，設(shè)置為不保存的傳感器顯示的采集值為空白。圖6.9數(shù)據(jù)采集界面圖圖中，Tempi為電路板溫度和陀螺溫度、Temp2為測試數(shù)據(jù)（無參考意義）。注：在靜態(tài)測量時，加速度計值（Ax、Ay、Az）絕對值不超過4、陀螺儀值（Gx、Gy、Gz）絕對值不超過100、時間（Time）按0.1累加、里程計（LS1、LS2、匕53）按設(shè)定頻率增加，即為正確，否則儀器故障。第30頁共36頁IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書數(shù)據(jù)檢測工程測量結(jié)束后，從Mapping的U盤中讀取傳感存儲數(shù)據(jù)后，可以利用該功能檢測Mapping存儲數(shù)據(jù)是否正常。如圖6.10所示：圖6.10數(shù)據(jù)檢測a）選擇“Mapping存盤文件”，即通過USB口從Mapping中讀取的存儲數(shù)據(jù)。b）選擇“生成預(yù)處理數(shù)據(jù)文件”路徑，預(yù)處理數(shù)據(jù)文件為數(shù)據(jù)檢測過程中生成的中間文件，用于與主設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行里程計合成。c）點擊“開始”按鈕后，軟件會自動計算出Mapping文件信息并顯示，同時檢測Mapping傳感器數(shù)據(jù)是否正常，若異常則在狀態(tài)欄中給出提示。記錄周期：應(yīng)該與調(diào)試模式下設(shè)置的“采樣頻率”一致，一般為0.005。記錄時長：該值是根據(jù)Mapping存儲文件的大小計算出來的。例如當(dāng)采集頻率為200Hz時，1小時的數(shù)據(jù)大小約為32.96M。起始時間：該值是Mapping存盤文件中存儲第一組傳感器數(shù)據(jù)的時間。結(jié)束時間：該值是Mapping存盤文件中存儲最后一組傳感器數(shù)據(jù)的時間。其中結(jié)束時間與起始時間之間的差值應(yīng)該與記錄時長相近，否則Mapping存盤數(shù)據(jù)可能丟失。運行里程：該值是Mapping存盤文件中總共記錄的里程數(shù)，由于Mapping記錄的里程與主設(shè)備的里程有差別，所以該值僅供參考。第31頁共36頁IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書數(shù)據(jù)合成數(shù)據(jù)檢測結(jié)束后，利用生成的“預(yù)處理數(shù)據(jù)文件”與主設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行里程計合成，生成導(dǎo)航計算所需的文件。如圖6.11所示：圖6.11數(shù)據(jù)合成a）預(yù)處理數(shù)據(jù)文件：數(shù)據(jù)檢測過程中生成的中間的文件；b）主設(shè)備數(shù)據(jù)文件：由用戶提供的時間、里程數(shù)據(jù)；c）生成計算數(shù)據(jù)文件：該文件最終用于進(jìn)行導(dǎo)航計算。d）同步信息：在進(jìn)行數(shù)據(jù)合成前一定要輸入相應(yīng)的同步信息，包括記錄儀同步時間，Mapping同步時間和發(fā)球筒開始靜止時間。其中“發(fā)球筒開始靜止時間”是指Mapping在發(fā)球筒開始靜止對準(zhǔn)時的時間。注意：這三個信息非常重要，并且應(yīng)當(dāng)以同一個時鐘為基準(zhǔn)。實際操作人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)真記錄，作為數(shù)據(jù)處理的重要信息。后期處理數(shù)據(jù)合成結(jié)束后，利用生成的“計算數(shù)據(jù)文件”和Marker文件即可進(jìn)行組合導(dǎo)航計算，生成導(dǎo)航計算結(jié)果文件。如圖6.12所示：a）計算數(shù)據(jù)文件：數(shù)據(jù)合成過程中生成的文件；Marker文件：檢測管線的Marker點GPS坐標(biāo)文件；c）點擊“讀儀器參數(shù)”按鈕，選擇管線檢測時所使用的Mapping型號對第32頁共36頁

IPSS-02A慣性管道測繪系統(tǒng)使用說明書應(yīng)的儀器參數(shù)。d）點擊“導(dǎo)航計算”按鈕，選擇導(dǎo)航輸出文件存放的路徑后開始導(dǎo)航計算，最終生成導(dǎo)航結(jié)果文件（格式為“*.dat"）和與導(dǎo)航結(jié)果文件同名的Marker點檢驗文件（格式為“*.txt"）。"Marker點檢驗文件”是軟件在前向計算過程中，在Marker修正點處，前向計算的結(jié)果與Ma