910 lines
56 KiB
Markdown
910 lines
56 KiB
Markdown
# 姿态系统产品规格说明书融合模板
|
||
|
||
> 文档定位：本文件为船载/水下高精度姿态系统的产品级总规格书模板。它不是单纯PRD，而是用于承接产品需求、硬件需求、软件需求、接口控制、原理图评审、PCB评审、测试验收、认证准备、生产交付和RTM追溯的主规格文档。
|
||
---
|
||
|
||
## 文档控制信息
|
||
|
||
| 项目 | 内容 |
|
||
|---|---|
|
||
| 文档名称 | 姿态系统产品规格说明书 |
|
||
| 文档编号 | SPEC-POSE-2026-V1.0 |
|
||
| 产品名称 | 船载/水下高精度组合航姿系统 |
|
||
| 产品型号 | POSE-XXX |
|
||
| 产品类型 | AHRS / INS / POS / MRU |
|
||
| 适用阶段 | 原型机 / 工程样机 / 正式测试版 / 产品发布版 |
|
||
| 硬件版本 | HW_Vx.x |
|
||
| 软件版本 | SW_Vx.x |
|
||
| 原理图版本 | SCH_Vx.x |
|
||
| PCB版本 | PCB_Vx.x |
|
||
| BOM版本 | BOM_Vx.x |
|
||
| 编写部门 | 产品 / 硬件 / 嵌入式 / 算法 / 测试 / 质量 |
|
||
| 审核人 | 产品、硬件、嵌入式、算法、测试、质量、认证、生产 |
|
||
| 批准人 | |
|
||
| 文档状态 | 草稿 / 评审中 / 已冻结 / 已发布 |
|
||
| 密级 | 内部受控 / 对外删减版 |
|
||
|
||
### 版本记录
|
||
|
||
| 版本 | 日期 | 修改内容 | 修改人 | 评审结论 |
|
||
|---|---|---|---|---|
|
||
| V0.1 | | 初稿 | | |
|
||
| V0.9 | | 评审稿 | | |
|
||
| V1.0 | | 冻结发布版 | | |
|
||
|
||
|
||
|
||
## 1. 产品概述
|
||
|
||
### 1.1 产品定位
|
||
|
||
| 项目 | 规格描述 |
|
||
|---|---|
|
||
| 产品类型 | 船载/水下高精度组合航姿系统，属于 AHRS / INS / POS / MRU 类产品 |
|
||
| 典型应用 | 多波束测深、无人船USV、ROV/AUV、水下测绘、声呐运动补偿、海洋工程测量 |
|
||
| 核心功能 | 输出姿态、航向、升沉、位置、速度、时间、质量指标和系统状态 |
|
||
| 核心输入 | IMU、GNSS、双天线航向、RTK/RTCM、PPS/PTP、Event Input，可选DVL |
|
||
| 核心输出 | Roll、Pitch、Heading、Heave、Position、Velocity、Angular Rate、Acceleration、Status |
|
||
| 产品目标 | 为多波束声呐和船载测绘系统提供高精度地理参考、姿态补偿和运动补偿数据 |
|
||
| 对标方向 | Applanix POS MV、SBG Ekinox/Apogee、HydroPOS、OCTANS/HYDRINS、NovAtel SPAN/ALIGN、Advanced Navigation Certus类OEM方案 |
|
||
|
||
### 1.2 产品组成
|
||
|
||
| 组成部分 | 说明 |
|
||
|---|---|
|
||
| 主控计算单元 | STM32H747 或同级双核MCU/处理器 |
|
||
| IMU单元 | 战术级MEMS IMU，支持 ADIS16488、STIM300、SCH1633 等配置 |
|
||
| GNSS单元 | 多频多星座RTK-GNSS，支持主/副双天线定向 |
|
||
| 时间同步单元 | PPS、PTP、Event Input、IMU时间戳 |
|
||
| 通信接口单元 | Ethernet、RS232/RS422/RS485、USB/调试口 |
|
||
| 存储单元 | eMMC或等效存储，用于Raw IMU、GNSS观测值、POS数据和日志 |
|
||
| 电源单元 | 船载宽压输入、电源保护、掉电检测、保持供电 |
|
||
| 结构防护单元 | IP67外壳、防水连接器、安装基准、坐标轴标识 |
|
||
| 配套软件 | Web配置、FTP下载、日志导出、参数配置、后处理数据导出 |
|
||
| 配套文档 | ICD、安装配置手册、协议说明书、出厂测试与校准规范、维护手册 |
|
||
|
||
### 1.3 产品关键默认规格
|
||
|
||
> 本节为原理图、PCB、软件、测试和正式准入的统一基线。正式产品规格不得长期保留模糊项。
|
||
|
||
| 项目 | 正式规格 | 原型机例外 | 验收方式 | 优先级 |
|
||
| ----------- | ---------------------------------- | ----------------------- | --------------------- | ----- |
|
||
| 产品输入电压 | **9–36V DC** | 原型机允许12V实验室供电，但不得作为产品规格 | 电源拉偏、反接、瞬断、浪涌预扫 | P0 |
|
||
| PPS同步精度 | **PPS捕获时间戳误差≤5µs** | 不建议降低 | 示波器/逻辑分析仪 | P0 |
|
||
| PTP同步精度 | **目标≤1µs**；未验证时标注“待硬件实测” | 可阶段性待验证 | PTP主从测试 | P0/P1 |
|
||
| STIM300接口 | **默认UART/RS422类接口接入** | 最终以器件手册和硬件实现为准 | 连续采集、帧号、时间戳、丢帧统计 | P0 |
|
||
| ADIS16488接口 | SPI + DRDY/GPIO + RST | 无 | SPI时序、DRDY触发测试 | P1 |
|
||
| SCH1633接口 | SPI + DRDY/GPIO + RST | 待器件手册确认 | 初始化、读数、时间戳测试 | P1 |
|
||
| 数据存储 | **≥16GB eMMC或等效存储** | 原型机可临时使用SD/外部存储验证 | 连续写入、文件解析、FTP下载 | P0 |
|
||
| 掉电保护 | **必须支持掉电检测 + 保持供电 + 文件flush/sync** | 未实现则列P1风险 | 写入中断电，重启后文件系统不损坏 | P0 |
|
||
| COM1默认输出 | PASHR + PRDID，建议100Hz | 可配置 | 串口抓包 | P0 |
|
||
| COM2默认输出 | TSS1，建议100Hz | 可配置 | 声呐/上位机联调 | P0 |
|
||
| COM3默认用途 | RTCM差分输入 | 可配置 | RTK固定测试 | P1 |
|
||
| COM4默认用途 | Debug Log / Binary POS / 备用 | 可配置 | 串口抓包 | P1 |
|
||
| 以太网默认功能 | Web配置、FTP下载、TCP/UDP实时输出、PTP待验证 | 无 | Ping/Web/FTP/抓包/PTP测试 | P0/P1 |
|
||
| 实时升沉 | 5cm或5%，取大值 | 无 | 摇摆台/外场测试 | P0 |
|
||
| 延迟升沉 | 2.5cm或2%，默认300s | 可阶段性关闭 | 后处理对比 | P1 |
|
||
| 防护等级 | 产品版IP67 | 原型机可裸板/工装 | 气密/浸水测试 | P1/P0 |
|
||
|
||
### 1.4 产品型号与配置边界
|
||
|
||
| 配置项 | 原型机/开发版 | 工程样机/正式测试版 | 产品发布版 |
|
||
| ------- | ------------------------------ | -------------------- | --------------- |
|
||
| 输入电压 | 允许12V实验室供电 | 建议支持9–36V | 必须9–36V |
|
||
| IMU | ADIS16488/STIM300/SCH1633按样机配置 | 至少闭环一种主IMU + 一种兼容IMU | 明确标配/选配 |
|
||
| GNSS | K922或目标GNSS模块 | 双天线、PPS、RTK状态可用 | 双天线RTK/PPK完整 |
|
||
| 存储 | 可阶段性外部验证 | eMMC/文件系统可用 | eMMC + 掉电保护必须可用 |
|
||
| PTP | 可先验证网口链路 | 给出PTP实测结论 | 达到≤1µs或调整产品宣称 |
|
||
| 外壳防护 | 可裸板/工装 | 外场防护方案 | IP67定型 |
|
||
| COM输出 | 初步协议输出 | 可配置输出 | 出厂默认协议明确 |
|
||
| Web/FTP | 可先开发最小版本 | 支持配置与文件下载 | 作为正式交付功能 |
|
||
| 认证 | 暂不认证 | 预扫/摸底 | 按目标市场完成认证 |
|
||
|
||
### 1.5 行业对标产品概述
|
||
|
||
| 对标产品 | 产品定位 | 可借鉴点 | 对当前产品启示 |
|
||
| ------------------------------------------------------------- | -------------- | ----------------------------------------- | ----------------------- |
|
||
| Applanix POS MV SurfMaster / WaveMaster / OceanMaster / Elite | 船用高精度位置姿态系统 | GAMS双天线航向、TrueHeave、微秒级时间标记、COM/以太网输出 | 作为多波束测绘级产品主要对标 |
|
||
| SBG Ekinox-D / Apogee-D | 高性价比MEMS组合导航 | MEMS IMU + 双天线GNSS + Web配置 + 后处理 | 作为成本/性能平衡对标 |
|
||
| HydroPOS | 国产POS组合航姿系统 | 双GNSS天线、PCS、IMU、PPS、三点输出、后处理 | 作为国产产品文档和使用流程参考 |
|
||
| OCTANS / HYDRINS | 高端FOG MRU/INS | 实时升沉/延迟升沉、外部时钟同步、质量指标、安装手册体系 | 作为高端产品文档体系和安装要求参考 |
|
||
| NovAtel SPAN / ALIGN | GNSS/INS组合导航平台 | ALIGN双天线航向、LEVERARM、EXTHDGOFFSET、INSPVA日志 | 作为算法和后处理生态参考 |
|
||
| Advanced Navigation Certus类OEM | OEM级GNSS/INS模块 | 规格表、接口Pinout、Web配置、GPIO动态功能、协议包分类 | 作为硬件接口、ICD、Web配置、安装检查参考 |
|
||
|
||
### 1.6 产品层级与性能分级
|
||
|
||
| 层级 | 产品定位 | 典型对标 | 姿态精度 | 航向精度 | 升沉 | 适用场景 |
|
||
| --- | ------------ | ------------------------------------ | ------------ | -------------------- | ----------------- | ------------- |
|
||
| 基础级 | 小型无人船/普通声呐辅助 | 入门级POS/MRU | 0.03°–0.05° | 0.08°@2m | 5cm或5% | 轻量测绘、教学、一般工程 |
|
||
| 标准级 | 当前主推版本 | POS MV SurfMaster / Ekinox-D | ≤0.02°–0.03° | ≤0.05°@2m | 5cm或5%；延迟2.5cm或2% | 多波束测深、USV |
|
||
| 高级级 | 高精度测绘版本 | POS MV WaveMaster / Apogee-D | ≤0.02° | 0.03°@2m / 0.015°@4m | TrueHeave级 | 高精度水下测绘 |
|
||
| 旗舰级 | 高端惯导/深海/特殊环境 | POS MV OceanMaster / Elite / HYDRINS | ≤0.01° | ≤0.02°@2m | 高级延迟升沉 | 高端测绘、GNSS受限环境 |
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 2. 系统级规格 SYS
|
||
|
||
### 2.1 系统关键指标冻结表
|
||
|
||
| ID | 指标类别 | 指标项 | 当前版冻结值 | 目标/扩展值 | 验收方式 | 优先级 |
|
||
| ------------ | -------- | --------------- | ---------------------------------- | ------------------ | ------------ | ----- |
|
||
| SYS-PERF-001 | 姿态 | Roll/Pitch | RTK有效≤0.02° RMS；RTK失效60s≤0.05° RMS | 高级版≤0.01°–0.015° | 转台/跑船，对比光纤惯导 | P0 |
|
||
| SYS-PERF-002 | 航向 | Heading | 2m基线≤0.05° | 4m基线≤0.03°或≤0.015° | 双天线基线测试、8字绕行 | P0 |
|
||
| SYS-PERF-003 | 实时升沉 | Real-time Heave | 5cm或5%，取大值 | TrueHeave级 | 六自由度摇摆台/外场 | P0 |
|
||
| SYS-PERF-004 | 延迟升沉 | Delayed Heave | 2.5cm或2%，默认300s | 延迟时间可配置 | 后处理真值对比 | P1 |
|
||
| SYS-PERF-005 | 位置 | RTK Position | 水平1cm+1ppm，垂直2cm+1ppm | PPK/PPP扩展 | RTK固定解统计 | P0 |
|
||
| SYS-PERF-006 | 速度 | Velocity | TBD | 根据GNSS/INS能力冻结 | 真值对比 | P1 |
|
||
| SYS-PERF-007 | 数据更新率 | IMU Raw | ≥200Hz，目标支持1kHz | 1kHz | 日志统计/逻辑分析仪 | P0 |
|
||
| SYS-PERF-008 | 数据更新率 | POS输出 | ≥100Hz，网口目标200Hz | 200Hz | 串口/网口抓包 | P0 |
|
||
| SYS-PERF-009 | 时间同步 | PPS | ≤5µs | 目标≤1µs | 示波器/逻辑分析仪 | P0 |
|
||
| SYS-PERF-010 | 时间同步 | PTP | 目标≤1µs | 产品版需实测冻结 | PTP主从测试 | P0/P1 |
|
||
| SYS-PERF-011 | GNSS失效保持 | 30s/60s退化量 | TBD | 对标竞品失效保持能力 | 遮挡/回放测试 | P1 |
|
||
| SYS-PERF-012 | 输出延迟 | COM/ETH输出延迟 | TBD | 按多波束要求冻结 | 抓包+时间戳对齐 | P1 |
|
||
| SYS-PERF-013 | Event打戳 | Event Input时间戳 | TBD | 目标微秒级 | 脉冲发生器测试 | P1 |
|
||
|
||
### 2.2 工作模式与状态机
|
||
|
||
| 状态 | 触发条件 | 系统行为 | 输出要求 |
|
||
| ---------- | -------------- | ------------------------ | ------------- |
|
||
| Power On | 上电 | 电源稳定、MCU启动、加载配置 | 输出启动日志 |
|
||
| BIT自检 | 启动后 | 检查IMU、GNSS、存储、PPS、网络、配置区 | 输出自检结果 |
|
||
| Standby | 自检通过 | 等待配置或自动进入对准 | 输出状态，不输出有效POS |
|
||
| Alignment | IMU/GNSS满足条件 | 静基座/晃动基座/双天线辅助对准 | 输出对准进度 |
|
||
| Navigation | 对准完成 | 输出姿态、航向、位置、升沉、速度 | 正常协议输出 |
|
||
| Degraded | GNSS/RTK/IMU异常 | 降级或纯惯导保持 | 输出质量标志和错误码 |
|
||
| Logging | 记录开启 | 写Raw IMU、GNSS观测值、POS、日志 | 文件可回放 |
|
||
| Fault | 关键模块异常 | 报警、降级、复位或停止输出 | 错误码明确 |
|
||
| Shutdown | 掉电检测 | 停止写入、flush/sync、保存文件索引 | 文件系统不损坏 |
|
||
|
||
### 2.3 对准与初始化性能
|
||
|
||
| ID | 对准/初始化项 | 完成条件 | 完成后有效数据 | 验收方法 |
|
||
|---|---|---|---|---|
|
||
| SYS-INIT-001 | 姿态初始化 | IMU稳定，重力方向估计完成 | Roll/Pitch有效 | 静态试验 |
|
||
| SYS-INIT-002 | 导航初始化 | GNSS 3D Fix或手动初始位置 | 位置/速度有效 | GNSS定位测试 |
|
||
| SYS-INIT-003 | 航向初始化 | 双天线航向、速度航向或外部航向有效 | Heading有效 | 双天线测试 |
|
||
| SYS-INIT-004 | 时间初始化 | GNSS时间 + PPS有效 | UTC/GPS时间戳有效 | PPS测试 |
|
||
| SYS-ALIGN-001 | 静基座初始对准 | 静止条件满足 | 初始姿态 | 静态试验 |
|
||
| SYS-ALIGN-002 | 晃动基座对准 | 船载晃动条件满足 | 初始姿态/航向 | 摇摆台/外场 |
|
||
| SYS-ALIGN-003 | 双天线辅助航向对准 | 主副天线有效，基线固定 | 航向快速收敛 | 双天线基线测试 |
|
||
| SYS-ALIGN-004 | 热启动 | 配置与上次状态有效 | 缩短启动时间 | 多次上电 |
|
||
| SYS-ALIGN-005 | 对准失败处理 | 对准超时或质量不足 | Standby/Degraded/Error | 故障注入 |
|
||
|
||
### 2.4 GNSS失效与降级策略
|
||
|
||
| 场景 | 系统行为 | 输出要求 | 验收方式 |
|
||
|---|---|---|---|
|
||
| RTK固定→浮动 | 保持导航，降低质量标志 | 输出RTK状态变化 | RTK状态切换测试 |
|
||
| GNSS短时失效 | 进入惯性保持，协方差增大 | 输出DR状态和误差估计 | 遮挡/回放测试 |
|
||
| 双天线航向失效 | 使用IMU航向保持或单天线辅助 | 输出Heading质量标志 | 断开副天线测试 |
|
||
| PPS失效 | 切换内部时钟或PTP时钟，报警 | 输出时间同步异常 | PPS断开测试 |
|
||
| IMU丢帧 | 标记数据异常，必要时降级 | 输出IMU丢帧计数 | 串口/SPI异常注入 |
|
||
| 存储异常 | 停止记录或切换日志策略 | 输出存储错误码 | 写满/拔除/断电测试 |
|
||
|
||
### 2.5 时间同步与数据延迟指标
|
||
|
||
| 指标 | 规格要求 | 验收方法 |
|
||
|---|---|---|
|
||
| PPS捕获误差 | ≤5µs | 示波器测PPS边沿与系统时间戳 |
|
||
| PTP同步误差 | 目标≤1µs | PTP Master/Slave测试 |
|
||
| IMU时间戳抖动 | TBD，需统计周期方差 | 连续采集统计 |
|
||
| POS输出延迟 | TBD，需标定串口/网口输出延迟 | 抓包+时间戳对齐 |
|
||
| Event Marker打戳 | 支持外部事件输入并记录时间 | 外部脉冲测试 |
|
||
| 每帧相对PPS偏差 | 建议记录到日志 | 日志分析 |
|
||
| 时间有效标志 | 输出Time Valid、PPS Valid、PTP Sync等状态 | 协议抓包/状态页 |
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 3. 软件规格 SWE
|
||
|
||
### 3.1 软件架构与双核分工
|
||
|
||
| ID | 软件项 | 规格要求 | 验收方式 |
|
||
|---|---|---|---|
|
||
| SWE-ARCH-001 | 双核架构 | CM4负责实时采样、DMA、PPS捕获；CM7负责算法、网络、文件系统、协议输出 | 架构评审 |
|
||
| SWE-ARCH-002 | RTOS | 使用ThreadX或同级RTOS，任务优先级、栈空间、周期明确 | 长稳测试 |
|
||
| SWE-ARCH-003 | 核间通信 | 共享内存/无锁环形缓冲区传输带时间戳数据 | IPC压力测试 |
|
||
| SWE-ARCH-004 | 状态机 | 支持自检、对准、导航、降级、记录、故障、关机 | 状态迁移测试 |
|
||
| SWE-ARCH-005 | 看门狗 | 支持系统级和任务级心跳监控 | 故障注入 |
|
||
| SWE-ARCH-006 | 日志系统 | 支持分级日志、模块标签、关键时间戳和错误码 | 日志检查 |
|
||
| SWE-ARCH-007 | 配置管理 | 支持默认配置、用户配置、工厂配置、恢复出厂 | 配置测试 |
|
||
|
||
### 3.2 BSP与驱动规格
|
||
|
||
| ID | 模块 | 规格要求 | 验收方式 |
|
||
| ----------- | ----------- | ---------------------------------- | ---------------- |
|
||
| SWE-BSP-001 | GPIO/EXTI | 支持外部中断注册、触发沿、优先级、使能/禁用 | 单元测试 |
|
||
| SWE-BSP-002 | UART/Stream | 支持DMA、空闲中断、环形缓冲区、接收回调 | 串口压力测试 |
|
||
| SWE-BSP-003 | SPI | 支持IMU高速读取、片选、DRDY触发 | 逻辑分析仪 |
|
||
| SWE-BSP-004 | Timer/PPS | 支持PPS/Event硬件捕获、时间戳换算 | PPS测试 |
|
||
| SWE-BSP-005 | Ethernet | 支持NetX、TCP/UDP、WebServer、FTP、PTP验证 | Ping/Web/FTP/PTP |
|
||
| SWE-BSP-006 | Storage | 支持eMMC读写、文件分割、掉电同步 | 写入和断电测试 |
|
||
| SWE-BSP-007 | Watchdog | 支持独立看门狗、窗口看门狗、任务喂狗 | 故障注入 |
|
||
| SWE-BSP-008 | Bootloader | 支持升级、回滚、版本校验 | 升级测试 |
|
||
|
||
### 3.3 算法规格
|
||
|
||
| ID | 算法项 | 规格要求 | 验收方式 |
|
||
|---|---|---|---|
|
||
| SWE-ALG-001 | 标定补偿 | 支持零偏、标度因数、非正交误差、温度补偿 | 标定数据回放 |
|
||
| SWE-ALG-002 | 初始对准 | 支持静基座、晃动基座、惯性系对准 | 仿真/转台 |
|
||
| SWE-ALG-003 | 捷联解算 | 支持姿态、速度、位置积分及圆锥/划船补偿 | 标准轨迹回放 |
|
||
| SWE-ALG-004 | 杆臂补偿 | 支持IMU、GNSS天线、声呐、VRP三维杆臂 | 单元测试 |
|
||
| SWE-ALG-005 | 松组合EKF | 支持位置/速度量测更新、协方差传播、失效降级 | 仿真/HIL |
|
||
| SWE-ALG-006 | 双天线航向融合 | 支持GNSS双天线航向量测融合 | 基线测试 |
|
||
| SWE-ALG-007 | 实时升沉 | IIR/自适应滤波输出实时Heave | 摇摆台 |
|
||
| SWE-ALG-008 | 延迟升沉 | FIR零相位或等效算法，默认300s缓存 | 后处理对比 |
|
||
| SWE-ALG-009 | VRP多点输出 | 支持至少3个虚拟参考点 | 配置测试 |
|
||
| SWE-ALG-010 | DVL融合 | 可选支持DVL速度量测 | 回放测试 |
|
||
| SWE-ALG-011 | 异常量测拒绝 | 对GNSS跳变、航向异常、DVL异常进行抗差处理 | 故障注入 |
|
||
| SWE-ALG-012 | 质量估计 | 输出姿态/航向/位置/速度/升沉质量指标或标准差 | 对比验证 |
|
||
|
||
### 3.4 默认协议与COM口输出矩阵
|
||
|
||
| 端口 | 默认方向 | 默认协议 | 默认频率 | 默认波特率 | 可配置项 | 用途 |
|
||
| ------------ | ----- | --------------------------- | --------: | -------------------: | --------- | ------- |
|
||
| COM1 | 输出 | PASHR + PRDID | 100Hz | 建议460800，最低115200需验算 | 协议、频率、波特率 | 多波束姿态输入 |
|
||
| COM2 | 输出 | TSS1 | 100Hz | 115200/460800 | 协议、频率、波特率 | 声呐兼容 |
|
||
| COM3 | 输入 | RTCM | 按RTCM源 | 115200 | 波特率、输入源 | RTK差分 |
|
||
| COM4 | 输出/调试 | Debug Log / Binary POS | 10–100Hz | 115200/921600 | 日志等级、协议 | 调试/备用 |
|
||
| Ethernet UDP | 输出 | Binary POS / Protobuf / 自定义 | 100–200Hz | 100M网口 | IP、端口、频率 | 实时输出 |
|
||
| Ethernet TCP | 输入/控制 | Web/命令 | N/A | 100M网口 | IP、端口 | 配置控制 |
|
||
| FTP | 输出 | 文件下载 | N/A | 100M网口 | 用户、路径 | 数据下载 |
|
||
| NTRIP Client | 输入 | RTCM网络差分 | 按服务源 | Ethernet | IP、端口、账号 | CORS差分 |
|
||
| Event | 输入 | 脉冲事件 | 按外部设备 | 3.3V/5V待定 | 有效沿、去抖 | 声呐事件打戳 |
|
||
|
||
### 3.5 数据记录、回放与后处理支持
|
||
|
||
| 数据类型 | 是否必须 | 内容 | 默认频率 | 文件格式 | 用途 |
|
||
|---|---|---|---:|---|---|
|
||
| Raw IMU | 必须 | 时间戳、角速度、加速度、温度、状态 | ≥200Hz | BIN + 索引 | 算法回放、PPK |
|
||
| GNSS观测值 | 必须 | 原始观测、星历、RTK状态、PPS时间 | 按模块输出 | RINEX/UBX/RTCM/自定义 | PPK |
|
||
| POS实时结果 | 必须 | 姿态、航向、位置、速度、升沉、状态 | ≥100Hz | BIN/CSV索引 | 成果回放 |
|
||
| 系统日志 | 必须 | 状态机、错误码、时间同步、丢帧、存储异常 | 事件触发 | TXT/BIN | 问题定位 |
|
||
| 配置参数 | 必须 | 杆臂、安装角、端口、网络、IMU/GNSS配置 | 修改触发 | JSON/INI/BIN | 启动加载 |
|
||
| 后处理导出 | 建议必须 | Raw IMU、GNSS观测、POS、配置、日志 | 按任务 | RINEX/自定义包 | PPK/问题复盘 |
|
||
|
||
#### 3.5.1 掉电保护条款
|
||
|
||
| 掉电保护项 | 规格 |
|
||
| ----- | ------------------------------------- |
|
||
| 掉电检测 | 必须支持PWR_FAIL/PVD/ADC等硬件检测 |
|
||
| 保持供电 | 默认目标≥200ms，满足文件flush/sync |
|
||
| 软件动作 | 停止新写入 → flush/sync → 写文件尾/索引 → 标记安全关闭 |
|
||
| 验收方法 | 写入过程中断电，重启后文件系统不损坏，文件可识别 |
|
||
| 风险等级 | P0；若PPK/Raw记录作为卖点，则不得取消 |
|
||
|
||
### 3.6 诊断、质量指标与错误码
|
||
|
||
| ID | 规格项 | 要求 |
|
||
|---|---|---|
|
||
| SWE-DIAG-001 | BIT上电自检 | 检查IMU、GNSS、存储、网络、PPS、配置区 |
|
||
| SWE-DIAG-002 | 运行时监测 | 监测GNSS状态、RTK状态、IMU丢帧、PPS异常、存储异常 |
|
||
| SWE-DIAG-003 | 质量指标 | 输出姿态、航向、位置、速度、升沉质量标志或标准差 |
|
||
| SWE-DIAG-004 | 错误码 | 每类错误有唯一错误码、等级、恢复策略 |
|
||
| SWE-DIAG-005 | FDIR | 支持故障检测、隔离和降级重构 |
|
||
| SWE-DIAG-006 | 日志导出 | 支持按时间、模块、错误等级导出日志 |
|
||
| SWE-QA-001 | 编码规范 | MISRA C:2012、Barr-C、CERT C |
|
||
| SWE-QA-002 | 静态分析 | cppcheck、clang-tidy、clang-format、复杂度检查 |
|
||
| SWE-QA-003 | 单元测试 | 算法、BSP、协议、文件系统均需测试 |
|
||
| SWE-QA-004 | 追溯 | SYS-SWE-SDS-Test-Bug全链路追溯 |
|
||
|
||
### 3.7 Web配置与监控页面需求
|
||
|
||
| 页面 | 最小功能 |
|
||
| -------- | ---------------------------- |
|
||
| 状态页 | 系统状态、GNSS状态、Heading状态、时间同步状态 |
|
||
| 卫星页 | 可见卫星、SNR、主/副天线状态、RTK状态 |
|
||
| Raw IMU页 | 角速度、加速度、温度、丢帧计数 |
|
||
| 姿态页 | Roll/Pitch/Heading、角速度、质量标志 |
|
||
| 位置页 | 经纬高、RTK状态、位置标准差 |
|
||
| 速度页 | N/E/D速度、船速、速度质量 |
|
||
| 升沉页 | 实时升沉、延迟升沉、多参考点升沉 |
|
||
| 通信页 | COM口、以太网、协议、频率、错误统计 |
|
||
| 数据端口页 | 协议选择、输出频率、目标IP/端口 |
|
||
| 安装页 | 安装角、主副天线杆臂、声呐杆臂 |
|
||
| GNSS配置页 | 星座、频点、RTK、NTRIP |
|
||
| 数据记录页 | 开启/停止记录、文件列表、下载、删除、格式化 |
|
||
| 固件升级页 | 固件上传、校验、升级、回滚 |
|
||
| 诊断页 | 错误码、BIT结果、时间同步状态、存储状态 |
|
||
| 配置备份页 | 导出/导入配置，恢复出厂设置 |
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 4. 硬件规格 HW
|
||
|
||
### 4.1 硬件总体架构
|
||
|
||
| ID | 硬件项 | 规格要求 |
|
||
| ----------- | ------ | ----------------------------------------------------- |
|
||
| HW-ARCH-001 | 主控 | STM32H747或同级双核MCU，具备FPU、ETH、SPI、UART、Timer、DMA、外部存储接口 |
|
||
| HW-ARCH-002 | IMU接口 | 支持ADIS16488、STIM300、SCH1633等目标IMU |
|
||
| HW-ARCH-003 | GNSS接口 | 支持多频多星座GNSS、主/副天线、RTCM输入、PPS输出 |
|
||
| HW-ARCH-004 | 时间同步 | PPS接入硬件捕获通道；PTP能力需实测确认 |
|
||
| HW-ARCH-005 | 通信 | Ethernet、≥4路COM、调试口、可选USB/CAN |
|
||
| HW-ARCH-006 | 存储 | ≥16GB eMMC或等效存储，满足Raw持续写入 |
|
||
| HW-ARCH-007 | 扩展 | Event Input、DVL、外部GNSS、外部授时预留 |
|
||
| HW-ARCH-008 | 平台化 | 支持核心板+扩展板、GNSS模组、IMU模组、接口板模块化 |
|
||
|
||
### 4.2 硬件接口资源矩阵
|
||
|
||
| 功能 | 信号 | MCU资源 | 外部器件 | 方向 | 测试点 | 验收方法 |
|
||
| ----------- | ------------- | ------------ | ----------- | --------- | --- | ------- |
|
||
| GNSS数据 | GNSS_TX/RX | USARTx | K922/目标GNSS | 双向 | 是 | 串口抓包 |
|
||
| GNSS PPS | 1PPS | TIMx_CHx捕获 | GNSS | GNSS→MCU | 是 | 示波器 |
|
||
| GNSS状态 | RTK/PVT/ERR | GPIO | GNSS | GNSS→MCU | 建议 | 状态切换 |
|
||
| ADIS16488 | SPI + DRDY | SPIx + EXTI | IMU | 双向 | 是 | 逻辑分析仪 |
|
||
| SCH1633 | SPI + DRDY | SPIx + EXTI | IMU | 双向 | 是 | 逻辑分析仪 |
|
||
| STIM300 | UART/RS422 | USARTx/DMA | IMU | IMU→MCU为主 | 是 | 连续采集 |
|
||
| Ethernet | RMII | ETH MAC | PHY | 双向 | 部分 | Ping/抓包 |
|
||
| PTP | ETH PTP TS | ETH MAC | PHY | 双向 | 视方案 | PTP测试 |
|
||
| COM输出 | RS_T/R | UART + SP336 | 声呐/上位机 | 双向 | 是 | 串口抓包 |
|
||
| Event Input | EVENT_IN | TIM/EXTI | 外部设备 | 外部→MCU | 是 | 脉冲测试 |
|
||
| eMMC | SDMMC/FMC | SDMMC/FMC | eMMC | 双向 | 否 | 写入测试 |
|
||
| 掉电检测 | PWR_FAIL | GPIO/ADC/PVD | 电源监控 | 电源→MCU | 是 | 断电测试 |
|
||
| Debug | SWD/JTAG/UART | SWD/USART | 调试器/产测 | 双向 | 是 | 烧录调试 |
|
||
|
||
### 4.3 IMU兼容矩阵
|
||
|
||
| 项目 | ADIS16488 | SCH1633 | STIM300 |
|
||
|---|---|---|---|
|
||
| 默认定位 | 开发/验证IMU | 目标兼容IMU | 高性能/战术级IMU |
|
||
| 默认接口 | SPI | SPI | UART/RS422 |
|
||
| 数据就绪 | DRDY GPIO/EXTI | DRDY GPIO/EXTI | 串口帧到达/同步信号 |
|
||
| 复位 | MCU GPIO | MCU GPIO | 建议MCU可控 |
|
||
| 同步方式 | DRDY/PPS对齐 | DRDY/PPS对齐 | 帧时间戳/PPS同步/外部同步 |
|
||
| 供电 | 按器件手册 | 按器件手册 | 按STIM300手册确认 |
|
||
| 电平 | 3.3V SPI | 3.3V SPI | RS422/TTL待确认 |
|
||
| 默认频率 | ≥200Hz | ≥200Hz | 按配置，需支持高频 |
|
||
| 关键风险 | SPI时序/DRDY | 初始化/DRDY | 粘包、跳帧、帧解析、时间戳 |
|
||
| 验收 | 连续采样无异常 | 连续采样无异常 | 帧号连续、时间戳单调、无未解释丢帧 |
|
||
|
||
### 4.4 IMU传感器指标表
|
||
|
||
| 指标项 | 当前要求 | 目标/高配要求 | 说明 |
|
||
|---|---|---|---|
|
||
| 陀螺量程 | TBD | 根据选型确定 | °/s |
|
||
| 加速度计量程 | TBD | 根据选型确定 | g |
|
||
| 陀螺零偏不稳定性 | TBD | 越小越好 | °/h |
|
||
| 加计零偏不稳定性 | TBD | 越小越好 | mg |
|
||
| 角随机游走 | TBD | 越小越好 | °/√h |
|
||
| 速度随机游走 | TBD | 越小越好 | m/s/√h |
|
||
| 噪声密度 | TBD | 按器件手册 | 陀螺/加计分别定义 |
|
||
| 带宽 | TBD | 满足高频采样 | Hz |
|
||
| 温度范围 | -40℃~+85℃或按型号 | 工业级 | 与产品环境一致 |
|
||
| 温补 | 必须支持 | 全温补偿 | 出厂标定数据 |
|
||
|
||
### 4.5 GNSS接收机选型对比表
|
||
|
||
| GNSS方案 | 星座频点 | 最大更新率 | RTK精度 | 授时精度 | RTCM支持 | 当前状态 |
|
||
|---|---|---:|---|---|---|---|
|
||
| K922 | 待补 | 待补 | 待补 | 待补 | RTCM v3.x | 当前原型机 |
|
||
| F9P/X20P类 | 多星座双频 | 25Hz级 | cm级 | ns级 | RTCM v3.x | 参考 |
|
||
| Mosaic X5类 | 多星座多频 | 100Hz级 | cm级 | <20ns级 | RTCM v2/v3 | 高配参考 |
|
||
| BD992类 | 多星座多频/L-band | 50Hz级 | mm/cm级 | ns级 | RTCM/CMR/CMR+ | 高配参考 |
|
||
|
||
> 说明：该表用于选型与对标，不能直接作为产品承诺。当前产品的GNSS指标必须以最终BOM、模块手册和实测报告冻结。
|
||
|
||
### 4.6 GNSS与双天线规格
|
||
|
||
| ID | 项目 | 规格要求 |
|
||
|---|---|---|
|
||
| HW-GNSS-001 | 模块 | 支持多频多星座RTK-GNSS |
|
||
| HW-GNSS-002 | 双天线 | 支持主天线和副天线，用于定位和定向 |
|
||
| HW-GNSS-003 | RTCM输入 | 支持串口或网络RTCM输入 |
|
||
| HW-GNSS-004 | PPS输出 | GNSS PPS接入MCU硬件捕获 |
|
||
| HW-GNSS-005 | 状态脚 | RTK/PVT/ERR状态接入MCU GPIO，定义有效电平 |
|
||
| HW-GNSS-006 | 天线供电 | 支持有源天线供电、短路保护、ESD保护 |
|
||
| HW-GNSS-007 | 射频走线 | PCB按50Ω阻抗控制，远离噪声源 |
|
||
| HW-GNSS-008 | NTRIP | 支持网络RTCM差分输入，配置IP/端口/账号 |
|
||
|
||
### 4.7 双天线基线与航向状态监测
|
||
|
||
| 项目 | 规格要求 |
|
||
|---|---|
|
||
| 主天线 | 作为定位主天线，输出位置、速度、PPS、观测值 |
|
||
| 副天线 | 与主天线构成双天线基线，用于航向解算 |
|
||
| 基线长度 | 支持配置2m/4m或实测基线长度 |
|
||
| 基线向量 | 支持输入主天线至副天线在船体坐标系下的XYZ向量 |
|
||
| 基线精度 | 建议实测误差≤5mm，作为高级航向性能前提 |
|
||
| 航向状态 | 输出固定解、浮动解、无解、低SNR、周跳、多路径等状态 |
|
||
| 报警 | 支持天线开路/短路、基线变化异常、RTK失效报警 |
|
||
| 验收 | 静态基线场、转向机动、8字绕行、断开副天线测试 |
|
||
|
||
### 4.8 PPS/PTP/Event/IMU时间同步链路
|
||
|
||
| 同步对象 | 来源 | 硬件路径 | 软件处理 | 精度目标 | 验收 |
|
||
|---|---|---|---|---|---|
|
||
| PPS | GNSS模块 | PPS → MCU定时器捕获 | 更新UTC/GPS时间基准 | ≤5µs | 示波器/逻辑分析仪 |
|
||
| PTP | Ethernet | ETH MAC/PHY | IEEE1588修正本地时钟 | ≤1µs目标 | PTP主从测试 |
|
||
| IMU时间戳 | IMU DRDY/串口帧 | EXTI/TIM/UART DMA | CM4打戳并送CM7 | TBD | 周期统计 |
|
||
| Event Input | 外部声呐/设备 | Event → TIM捕获 | 记录事件时间 | TBD | 外部脉冲 |
|
||
| POS输出时间 | 系统时钟 | 协议字段 | 输出UTC/GPS/系统时间 | 与PPS一致 | 协议抓包 |
|
||
|
||
强制条款：**PPS不允许仅作为普通GPIO状态读取；产品版应优先接入MCU硬件捕获通道。**
|
||
|
||
### 4.9 GPIO动态功能表
|
||
|
||
| GPIO功能 | 方向 | 用途 | 是否当前必须 |
|
||
|---|---|---|---|
|
||
| 1PPS Input | 输入 | 外部授时 | P1 |
|
||
| 1PPS Output | 输出 | 给声呐/上位机同步 | P1 |
|
||
| Event Input | 输入 | 声呐触发事件打戳 | P1 |
|
||
| GNSS Fix Output | 输出 | GNSS有效状态指示 | P2 |
|
||
| IMU DRDY | 输入 | IMU数据就绪 | P0 |
|
||
| RTCM Input | 输入 | 差分数据输入 | P1 |
|
||
| DVL Input | 输入 | 未来水下速度辅助 | P2 |
|
||
| TSS1 Output | 输出 | 声呐姿态输出 | P0/P1 |
|
||
| Fault Output | 输出 | 系统故障告警 | P2 |
|
||
| User DIO | 输入/输出 | 用户自定义 | P2 |
|
||
|
||
### 4.10 连接器与Pinout模板
|
||
|
||
| 接口 | 连接器型号 | Pin | 信号 | 方向 | 电平/标准 | 说明 |
|
||
| --------- | -------- | --: | -------- | ----- | ----------- | ----------- |
|
||
| 电源 | 待定 | 1 | VIN | 输入 | 9–36V | 船载电源 |
|
||
| 电源 | 待定 | 2 | GND | - | - | 电源地 |
|
||
| COM0 | 待定 | 1 | TX | 输出 | RS232/RS422 | PASHR/PRDID |
|
||
| COM1 | 待定 | 2 | RX | 输入 | RS232/RS422 | 可配置 |
|
||
| COM2 | 待定 | 1 | TX | 输出 | RS232/RS422 | TSS1 |
|
||
| COM3 | 待定 | 1 | RX | 输入 | RS232/RS422 | RTCM输入 |
|
||
| PPS/Event | 待定 | 1 | 1PPS | 输入/输出 | 3.3V/5V待定 | 时间同步 |
|
||
| PPS/Event | 待定 | 2 | EVENT_IN | 输入 | 3.3V/5V待定 | 事件打戳 |
|
||
| Ethernet | RJ45/航空插 | - | TX/RX | 双向 | 100Base-T | Web/FTP/PTP |
|
||
| GNSS ANT1 | SMA/TNC | - | RF_IN1 | 输入 | 50Ω | 主天线 |
|
||
| GNSS ANT2 | SMA/TNC | - | RF_IN2 | 输入 | 50Ω | 副天线 |
|
||
| Debug | 待定 | - | SWD/UART | 双向 | 3.3V | 调试/产测 |
|
||
|
||
### 4.11 存储、电源与调试接口
|
||
|
||
| 项目 | 规格要求 |
|
||
|---|---|
|
||
| eMMC | ≥16GB，支持Raw IMU、GNSS观测值、POS数据和日志连续记录 |
|
||
| 掉电检测 | 支持PWR_FAIL/PVD/ADC等方式触发安全关文件 |
|
||
| 保持供电 | 保持时间≥200ms或按实测文件系统flush时间确定 |
|
||
| SWD/JTAG | 必须保留调试口 |
|
||
| Debug UART | 必须保留调试串口或维护口 |
|
||
| 关键测试点 | 12V、5V、3V3、1V8、PPS、SPI、UART、DRDY、Reset |
|
||
| 产测接口 | 支持自动化烧录、版本查询、接口遍历、出厂校验 |
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 5. 电气规格 EE
|
||
|
||
### 5.1 电源与保护
|
||
|
||
| 项目 | 产品版规格 | 原型机状态 | 评审要求 |
|
||
|---|---|---|---|
|
||
| 输入电压 | 9–36V DC | 可12V调试 | 原理图必须说明差异 |
|
||
| 反接保护 | 必须 | 若无则P0/P1 | 投板前关闭 |
|
||
| 过压保护 | 必须 | 待确认 | 电源入口TVS/保护 |
|
||
| 浪涌/EFT | 必须考虑 | 待确认 | EMC预扫前完成 |
|
||
| 保险/限流 | 必须 | 待确认 | 保护电流路径 |
|
||
| 电源滤波 | 必须 | 待确认 | DCDC前后滤波 |
|
||
| IMU低噪声供电 | 建议必须 | 待确认 | 独立LDO/滤波 |
|
||
| GNSS天线供电 | 必须明确 | 待确认 | 电压、电流、短路保护 |
|
||
| 掉电检测 | 必须 | 待确认 | PWR_FAIL/PVD/ADC |
|
||
| 保持电源 | 必须 | 待确认 | 超级电容/UPS方案 |
|
||
| 测试点 | 必须 | 待确认 | 12V、5V、3V3、1V8、GNSS、PPS |
|
||
|
||
### 5.2 电源轨
|
||
|
||
| 电源轨 | 负载对象 | 规格要求 | 验收方式 |
|
||
|---|---|---|---|
|
||
| +5V | IMU/外设/中间电源 | 电流余量≥30%，纹波满足负载要求 | 示波器 |
|
||
| +3V3 | MCU/IO/数字电路 | 电压偏差、纹波、上电时序满足MCU要求 | 电源测试 |
|
||
| +1V8 | MCU/存储/低压外设 | 满足负载和时序要求 | 电源测试 |
|
||
| +3V3_GNSS | GNSS/天线供电 | 独立滤波，满足有源天线电流需求 | GNSS测试 |
|
||
| +3V3_NET | Ethernet PHY | 独立滤波，满足PHY上电时序 | 网络测试 |
|
||
| IMU_LDO | IMU低噪声供电 | 建议低噪声LDO，纹波满足IMU要求 | 纹波测试 |
|
||
|
||
### 5.3 接口电气规格
|
||
|
||
| 接口 | 电气要求 | 保护要求 |
|
||
|---|---|---|
|
||
| UART/TTL | 3.3V CMOS，波特率可配置 | ESD/限流 |
|
||
| RS232 | 符合RS232电平 | ESD/浪涌 |
|
||
| RS422/RS485 | 差分通信，终端匹配可配置 | ESD/共模保护/隔离可选 |
|
||
| Ethernet | 10/100Base-T，差分阻抗控制 | 网络变压器、ESD |
|
||
| PPS/Event | 明确电平、有效沿、脉宽、输入容限 | ESD/限流/施密特可选 |
|
||
| GNSS RF | 50Ω，支持有源天线供电 | RF ESD、防雷可选 |
|
||
| USB | USB FS/HS按型号定义 | ESD/热插拔保护 |
|
||
|
||
### 5.4 功耗与热设计
|
||
|
||
| 项目 | 规格要求 | 验收方式 |
|
||
|---|---|---|
|
||
| 典型功耗 | TBD，按最终BOM估算并实测 | 电源分析仪 |
|
||
| 最大功耗 | TBD，所有接口高负载运行 | 电源分析仪 |
|
||
| 峰值电流 | 上电、GNSS启动、存储写入时需统计 | 示波器/电流探头 |
|
||
| 温升 | MCU、PHY、电源、IMU附近温升不得影响精度 | 热像仪/温箱 |
|
||
| 散热路径 | 外壳导热、铜皮散热、热隔离IMU | PCB/结构评审 |
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 6. 机械、安装与标定规格
|
||
|
||
### 6.1 机械规格
|
||
|
||
| ID | 项目 | 规格要求 |
|
||
|---|---|---|
|
||
| MECH-001 | 外形尺寸 | 长、宽、高、安装孔位、重量按型号定义 |
|
||
| MECH-002 | 安装基准 | 明确IMU测量中心、外壳安装基准、船体坐标系 |
|
||
| MECH-003 | 坐标轴标识 | 外壳必须标注X/Y/Z或船艏方向 |
|
||
| MECH-004 | 连接器 | 防水、防松、防呆，接口定义与用户手册一致 |
|
||
| MECH-005 | 散热 | 主控、PHY、电源、存储温升不影响IMU精度 |
|
||
| MECH-006 | 防护 | 满足IP67或型号定义 |
|
||
| MECH-007 | 维护 | 便于现场连接、状态识别、数据导出、返修定位 |
|
||
|
||
### 6.2 坐标系定义
|
||
|
||
| 坐标系 | 定义要求 |
|
||
|---|---|
|
||
| IMU坐标系 | 以IMU器件/模块测量轴为准，明确X/Y/Z方向 |
|
||
| 设备坐标系 | 以外壳丝印和安装基准为准，必须与文档一致 |
|
||
| 船体坐标系 | 建议X向船艏、Y向右舷、Z向下，采用右手坐标系 |
|
||
| GNSS天线坐标 | 主/副天线相位中心位置必须记录 |
|
||
| 声呐坐标系 | 明确换能器参考点、安装方向、波束方向 |
|
||
| 输出坐标系 | NED/ENU/船体系/用户自定义输出必须说明 |
|
||
|
||
### 6.3 安装参数记录表
|
||
|
||
| 参数 | 内容 | 精度要求 | 记录方式 |
|
||
|---|---|---|---|
|
||
| IMU安装角 | Roll/Pitch/Yaw安装偏角 | TBD | 安装表 |
|
||
| IMU测量中心 | 相对船体参考点XYZ | mm级 | 安装表 |
|
||
| GNSS主天线杆臂 | 相对IMU/船体参考点XYZ | mm级 | 安装表 |
|
||
| GNSS副天线杆臂 | 相对主天线/IMU XYZ | mm级 | 安装表 |
|
||
| 声呐换能器杆臂 | 相对IMU XYZ | mm级 | 安装表 |
|
||
| 船体坐标系 | X/Y/Z方向定义 | 必须明确 | 图示+文字 |
|
||
| VRP点 | 船头、船尾、重心等 | mm级 | 配置表 |
|
||
| COG | 船体重心或升沉参考点 | mm级 | 配置表 |
|
||
|
||
### 6.4 安装检查清单
|
||
|
||
| 检查项 | 是否完成 | 验收说明 |
|
||
|---|---|---|
|
||
| 供电极性和输入电压检查 | □ | 9–36V或实验室12V |
|
||
| Web/以太网连接 | □ | 可访问配置页面 |
|
||
| IMU安装方向 | □ | X/Y/Z与船体坐标一致 |
|
||
| 主天线杆臂 | □ | IMU中心到主天线相位中心 |
|
||
| 副天线杆臂/基线 | □ | 主副天线基线方向和距离 |
|
||
| 声呐杆臂 | □ | IMU到换能器参考点 |
|
||
| COM输出 | □ | PASHR/TSS1/NMEA/Binary |
|
||
| PPS/Event | □ | 有效沿和时间戳正常 |
|
||
| 数据记录 | □ | Raw IMU/GNSS/POS/日志 |
|
||
| 初始化状态 | □ | 姿态、导航、航向、时间均有效 |
|
||
| 日志下载 | □ | Web/FTP可下载 |
|
||
| 版本确认 | □ | 硬件、软件、配置、校准版本一致 |
|
||
|
||
### 6.5 多波束集成与安装校准
|
||
|
||
| 项目 | 要求 |
|
||
|---|---|
|
||
| IMU坐标系 | 明确X/Y/Z方向，与外壳丝印、软件坐标系一致 |
|
||
| 船体坐标系 | 建议采用右手坐标系，明确船艏、右舷、下方向 |
|
||
| 声呐坐标系 | 明确声呐换能器安装角和参考点 |
|
||
| 杆臂测量 | IMU→主天线、IMU→副天线、IMU→声呐参考点必须实测 |
|
||
| 安装偏角 | Roll/Pitch/Yaw Boresight必须记录 |
|
||
| Patch Test | 支持外场Patch Test校准Roll/Pitch/Yaw安装误差 |
|
||
| 多点输出 | 支持至少3个VRP输出，如IMU点、声呐点、船体参考点 |
|
||
| 线缆接线 | 电源、COM、PPS/Event、Ethernet、GNSS天线必须有接线图 |
|
||
| 集成检查 | 与HYPACK/HYSWEEP、Qimera、CARIS等软件联调时应确认协议、时间、坐标系 |
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 7. 环境与可靠性规格
|
||
|
||
| ID | 项目 | 规格要求 | 验收方式 |
|
||
|---|---|---|---|
|
||
| ENV-001 | 防护等级 | IP67，水深1m浸泡30min；长期浸泡另定义IP68 | 气密/浸水 |
|
||
| ENV-002 | 工作温度 | -40℃～+85℃或按型号定义 | 高低温循环 |
|
||
| ENV-003 | 存储温度 | -40℃～+85℃或更宽 | 温箱 |
|
||
| ENV-004 | 湿热 | 满足船载高湿环境 | 湿热试验 |
|
||
| ENV-005 | 振动 | 符合IEC 60945或项目定义 | 振动台 |
|
||
| ENV-006 | 冲击 | 满足运输、安装、拍浪冲击 | 冲击测试 |
|
||
| ENV-007 | 盐雾 | 海洋环境适用 | 盐雾测试 |
|
||
| ENV-008 | 长稳运行 | 室温/高温/低温长时间运行无严重异常 | 24h/72h/168h |
|
||
| ENV-009 | EMC预扫 | 样机阶段完成关键接口预扫 | EMC预扫 |
|
||
| ENV-010 | 线缆可靠性 | 防水、防松、屏蔽、拉力满足外场要求 | 线缆测试 |
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 8. 认证与合规规格
|
||
|
||
### 8.1 目标认证清单
|
||
|
||
| ID | 认证项 | 目标要求 | 阶段 |
|
||
|---|---|---|---|
|
||
| CERT-001 | CE | EMC、安全、RoHS等 | 产品发布 |
|
||
| CERT-002 | EMC | 辐射、传导、静电、浪涌、EFT、抗扰度 | 样机/定型 |
|
||
| CERT-003 | IEC 60945 | 船用电子环境、电磁、振动等 | 船载版本 |
|
||
| CERT-004 | IP67/IP68 | 防水防尘等级 | 结构定型 |
|
||
| CERT-005 | RoHS/环保 | 物料环保合规 | 量产 |
|
||
| CERT-006 | 海洋测绘适配 | IHO S-44、GB 12327、GB/T 42640、JT/T 790等 | 产品验证 |
|
||
| CERT-007 | 软件质量 | MISRA C、静态分析、单元测试、版本追溯 | 软件发布 |
|
||
| CERT-008 | 计量/校准 | IMU/GNSS/姿态/升沉校准报告 | 出厂/交付 |
|
||
| CERT-009 | FCC/国内无线相关 | 仅当包含相关无线模块时适用 | 选配 |
|
||
|
||
### 8.2 认证与预认证设计输入
|
||
|
||
| 认证风险 | 设计要求 |
|
||
|---|---|
|
||
| EMC不过 | 电源入口、串口、网口、PPS、GNSS RF设计ESD/滤波/屏蔽 |
|
||
| 防水不过 | 外壳、密封圈、连接器、防水堵头、气密测试前置 |
|
||
| 振动不过 | IMU、连接器、大器件、线缆固定抗振 |
|
||
| 静电损坏 | 所有外部接口必须有ESD保护 |
|
||
| 认证样机不一致 | 原理图、PCB、BOM、结构、线缆、固件版本冻结 |
|
||
| 资料不完整 | 说明书、电气原理图、BOM、关键器件认证、测试报告齐备 |
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 9. 生产制造、出厂校准与交付
|
||
|
||
### 9.1 生产制造规格
|
||
|
||
| ID | 项目 | 规格要求 | 验收方式 |
|
||
|---|---|---|---|
|
||
| MFG-001 | 烧录 | 支持固件烧录、Boot配置、版本校验 | 产测工装 |
|
||
| MFG-002 | 配置加载 | 支持出厂配置、IMU标定参数、GNSS参数、网络参数写入 | 配置校验 |
|
||
| MFG-003 | 序列号 | 每台设备唯一SN、硬件版本、软件版本、校准版本 | 标签/系统查询 |
|
||
| MFG-004 | 出厂测试 | 电源、IMU、GNSS、PPS、COM、Ethernet、存储全检 | 出厂报告 |
|
||
| MFG-005 | 标定 | IMU误差参数、安装角、温补、杆臂默认值 | 标定报告 |
|
||
| MFG-006 | 老化 | 常温/高温老化按产品等级定义 | 老化记录 |
|
||
| MFG-007 | 包装运输 | 防潮、防震、防静电、运输标识 | 包装检验 |
|
||
| MFG-008 | 交付清单 | 主机、天线、电源线、数据线、网线、安装件、说明书、校准报告 | 交付检查 |
|
||
|
||
### 9.2 出厂校准证书要求
|
||
|
||
| 校准项 | 内容 |
|
||
|---|---|
|
||
| 设备信息 | SN、硬件版本、软件版本、BOM版本、校准日期 |
|
||
| IMU标定 | 零偏、比例因子、非正交、温度补偿参数 |
|
||
| 安装角 | 设备坐标系与IMU坐标系偏差 |
|
||
| GNSS基线 | 主/副天线基线长度与方向 |
|
||
| 姿态校准 | Roll/Pitch/Heading验证结果 |
|
||
| 升沉校准 | 摇摆台或标准数据集验证结果 |
|
||
| 时间同步 | PPS/PTP测试结果 |
|
||
| 出厂结论 | 合格/不合格、限制说明、签字 |
|
||
|
||
### 9.3 交付与包装清单
|
||
|
||
| 类别 | 交付物 |
|
||
|---|---|
|
||
| 主设备 | 姿态系统主机 |
|
||
| 天线 | GNSS主天线、GNSS副天线 |
|
||
| 线缆 | 电源线、COM线、以太网线、PPS/Event线、GNSS天线线缆 |
|
||
| 安装件 | 安装支架、螺钉、防水堵头、标识贴 |
|
||
| 文档 | 产品说明书、安装配置手册、接口控制文档、协议说明书 |
|
||
| 软件 | Web配置工具、固件升级工具、日志解析工具、后处理导出工具 |
|
||
| 证书 | 出厂测试报告、校准证书、合格证 |
|
||
| 包装 | 防震箱、防静电袋、防潮包、装箱单 |
|
||
|
||
### 9.4 维护升级与服务支持
|
||
|
||
| 项目 | 规格要求 |
|
||
|---|---|
|
||
| 固件升级 | 支持Web/维护口升级，升级失败可回滚或恢复 |
|
||
| 配置备份 | 支持导出/导入配置 |
|
||
| 日志导出 | 支持按时间、模块、错误等级导出日志 |
|
||
| 故障诊断 | 提供错误码表、状态灯说明、Web诊断页面 |
|
||
| 返修数据 | 支持SN、硬件版本、软件版本、运行日志、配置文件导出 |
|
||
| 维护手册 | 单独形成《故障诊断与维护手册》 |
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 10. 测试与验收规格
|
||
|
||
### 10.1 测试层级
|
||
|
||
| 层级 | 测试对象 | 测试内容 |
|
||
|---|---|---|
|
||
| 单元测试 SWE.4 | 算法、BSP、协议、文件系统 | 函数级、模块级正确性 |
|
||
| 板级测试 | 原理图/PCB/接口 | 上电、功耗、信号、电源、通信 |
|
||
| HIL测试 | 嵌入式系统 | 传感器模拟、数据回放、状态机、异常注入 |
|
||
| 实验室测试 | 转台/摇摆台/温箱 | 姿态、升沉、温度、时间同步 |
|
||
| 外场测试 | 车载/船载/正式 | GNSS、RTK、航向、升沉、声呐联调 |
|
||
| 认证测试 | EMC/IP/振动/环境 | 合规验证 |
|
||
| 回归测试 | 版本发布前 | 缺陷修复和核心功能复测 |
|
||
| 出厂测试 | 量产设备 | 供电、接口、传感器、协议、存储、校准 |
|
||
|
||
### 10.2 核心测试矩阵
|
||
|
||
| 需求ID | 测试项 | 工具/环境 | 通过标准 |
|
||
|---|---|---|---|
|
||
| SYS-PERF-001 | 姿态精度 | 转台/光纤惯导真值 | RMS满足指标 |
|
||
| SYS-PERF-002 | 航向精度 | 双天线基线场/跑船 | 满足基线对应指标 |
|
||
| SYS-PERF-003 | 实时升沉 | 六自由度摇摆台 | 5cm或5% |
|
||
| SYS-PERF-009 | PPS时间同步 | 示波器/逻辑分析仪 | ≤5µs |
|
||
| SYS-PERF-010 | PTP时间同步 | PTP主钟/从钟 | 目标≤1µs |
|
||
| HW-IMU-007 | IMU连续性 | 长稳采集脚本 | 无未解释丢帧/时间戳回退 |
|
||
| SWE-LOG-005 | 掉电保护 | 可控电源/写入负载 | 文件系统不损坏 |
|
||
| HW-GNSS-002 | 双天线定向 | RTK/双天线环境 | 航向稳定 |
|
||
| SWE-PROT-001 | 协议输出 | 串口抓包/协议解析器 | 字段、频率、校验正确 |
|
||
| CERT-002 | EMC | EMC实验室 | 满足目标标准 |
|
||
| ENV-001 | 防水 | 气密/浸水 | 无进水、无异常 |
|
||
|
||
### 10.3 正式测试准入清单
|
||
|
||
| 类别 | 准入条件 | 是否必须 |
|
||
|---|---|---|
|
||
| 硬件 | 原理图V2评审完成，P0关闭，P1有结论 | 必须 |
|
||
| 电源 | 输入保护、供电稳定、无异常发热 | 必须 |
|
||
| 防护 | 外壳、连接器、线缆、防水堵头确认 | 必须 |
|
||
| IMU | 数据连续、时间戳单调、无未解释跳帧 | 必须 |
|
||
| GNSS | 双天线、RTK状态、PPS输出正常 | 必须 |
|
||
| PPS | 捕获稳定，有示波器/逻辑分析仪记录 | 必须 |
|
||
| COM | 至少一路姿态/POS输出稳定 | 必须 |
|
||
| 网络 | Web/FTP/Ping可用，日志可下载 | 必须 |
|
||
| 存储 | Raw/POS数据可保存，断电不损坏 | 必须 |
|
||
| 日志 | 能观察状态、错误码、时间戳、算法输出 | 必须 |
|
||
| 软件 | 文件系统、COM配置、数据打包输出基本可用 | 必须 |
|
||
| 算法 | 升沉/松组合可基础联合运行并有log | 必须 |
|
||
| 风险 | 遗留问题有负责人、风险接受和回退方案 | 必须 |
|
||
|
||
### 10.4 原理图评审清单
|
||
|
||
| 模块 | 必查项 | 通过标准 |
|
||
| ------- | ----------------------------------------- | ------------ |
|
||
| 需求追溯 | 每个关键电路来源于PRD/HRS/RTM/问题单 | 无来源设计需补依据 |
|
||
| MCU最小系统 | 电源、复位、BOOT、时钟、SWD、VBAT完整 | 可稳定启动、烧录、调试 |
|
||
| IMU接口 | ADIS16488、STIM300、SCH1633供电、接口、电平、复位、同步明确 | 每种IMU接入路径清晰 |
|
||
| GNSS模块 | 双天线、PPS、RTK/PVT/ERR、串口完整 | 支持定位、定向、状态监测 |
|
||
| PPS | 接入MCU定时器捕获通道 | 不仅是普通GPIO |
|
||
| PTP | ETH MAC/PHY硬件能力明确 | 不明确则列风险 |
|
||
| 串口COM | RS232/RS422/RS485模式、默认配置、终端匹配明确 | 可配置、可测试 |
|
||
| 电源输入 | 9–36V、反接、保险、浪涌、TVS、滤波完整 | 满足船载环境 |
|
||
| 掉电保护 | 掉电检测、保持供电、文件安全关闭链路完整 | 支持数据记录安全 |
|
||
| 存储 | eMMC供电、接口、写入能力满足需求 | 支持Raw/PPK记录 |
|
||
| 外部接口 | FPC、RJ45、串口、PPS、Event、GNSS天线定义清楚 | 线缆和结构可落地 |
|
||
| ESD/EMC | 外部接口具备保护设计 | 保护器件靠近接口侧 |
|
||
| 调试/产测 | SWD、Debug UART、电源测试点、PPS测试点保留 | 可调试、可产测 |
|
||
|
||
### 10.5 PCB评审清单
|
||
|
||
| 模块 | 必查项 | 通过标准 |
|
||
|---|---|---|
|
||
| IMU布局 | 靠近机械安装基准，远离DCDC、PHY、高热器件 | 降低热、振动、噪声影响 |
|
||
| IMU坐标轴 | PCB、外壳、软件坐标系一致 | 丝印和文档一致 |
|
||
| GNSS射频 | RF走线50Ω阻抗控制，远离噪声源 | RF路径短、直、参考地连续 |
|
||
| PPS/Event | 走线短，远离高速线和开关电源 | 有测试点，回流路径完整 |
|
||
| 以太网 | RMII、差分线、网络变压器、RJ45符合规范 | 差分阻抗、长度、地参考满足 |
|
||
| 高速存储 | eMMC/SDRAM走线满足长度、阻抗、参考平面要求 | 无明显高速信号风险 |
|
||
| 电源布局 | DCDC回路紧凑，敏感电源滤波隔离 | 纹波和EMI可控 |
|
||
| 地平面 | 无关键回流路径中断 | 关键信号下方连续地 |
|
||
| 外部接口 | 连接器方向、间距、防呆、防水符合结构 | 装配无干涉 |
|
||
| 测试点 | 3V3、5V、1V8、PPS、SPI、UART、DRDY、Reset可测 | 探针可接触 |
|
||
| 热设计 | MCU、PHY、电源、eMMC有散热路径 | 不影响IMU/GNSS |
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 11. 需求追溯与风险闭环
|
||
|
||
### 11.1 需求ID规则
|
||
|
||
| 分类 | ID前缀 | 示例 |
|
||
|---|---|---|
|
||
| 系统性能 | SYS-PERF | SYS-PERF-001 |
|
||
| 软件 | SWE | SWE-ALG-001 |
|
||
| BSP/驱动 | BSP | BSP-SPI-001 |
|
||
| 硬件 | HW | HW-IMU-001 |
|
||
| 电气 | EE | EE-PWR-001 |
|
||
| 机械 | MECH | MECH-001 |
|
||
| 环境 | ENV | ENV-001 |
|
||
| 认证 | CERT | CERT-001 |
|
||
| 制造 | MFG | MFG-001 |
|
||
| 测试 | TEST | TEST-SYS-001 |
|
||
|
||
### 11.2 RTM追溯字段
|
||
|
||
| 字段 | 要求 |
|
||
|---|---|
|
||
| PRD需求ID | 全局唯一 |
|
||
| 需求分类 | SYS/SWE/BSP/HW/EE/MECH/ENV/CERT/MFG/TEST |
|
||
| 功能描述 | 描述物理表现或业务目的，不写代码逻辑 |
|
||
| 核心性能/约束指标 | 必须量化，有单位 |
|
||
| 优先级 | P0/P1/P2 |
|
||
| 所属子系统 | 算法、BSP、硬件、电源、通信、存储等 |
|
||
| 运行核心 | CM4/CM7/双核/N/A |
|
||
| 依赖硬件接口 | 具体外设、管脚、接口 |
|
||
| 详细设计文档 | 对应文档章节 |
|
||
| 测试阶段 | 单元测试、HIL、转台、外场、认证 |
|
||
| 测试用例ID | 对应测试管理平台 |
|
||
| 验收标准DoD | 触发条件 + 动作 + 可观测断言 |
|
||
| 风险点 | 架构师/负责人视角列出最担心的问题 |
|
||
|
||
### 11.3 风险清单
|
||
|
||
| 风险ID | 风险描述 | 等级 | 应对措施 | 关闭标准 |
|
||
|---|---|---|---|---|
|
||
| RISK-001 | STIM300存在跳帧/粘包风险 | 高 | 独立接口、帧解析、连续采集统计 | 24h无未解释丢帧 |
|
||
| RISK-002 | PTP 1µs目标未硬件验证 | 高 | 确认MAC/PHY硬件时间戳能力 | PTP测试报告 |
|
||
| RISK-003 | eMMC掉电损坏风险 | 高 | 掉电检测+保持供电+flush/sync | 断电测试通过 |
|
||
| RISK-004 | COM默认协议不清 | 中 | 输出COM矩阵并冻结默认配置 | 串口抓包通过 |
|
||
| RISK-005 | 9–36V电源保护不足 | 高 | 增加反接、浪涌、保险、滤波 | 电源测试通过 |
|
||
| RISK-006 | IMU坐标轴/安装角不清 | 高 | 坐标轴图+安装表+标定流程 | 安装评审通过 |
|
||
| RISK-007 | GNSS天线供电/保护不足 | 高 | 明确供电、电流、短路保护、ESD | 天线测试通过 |
|
||
| RISK-008 | 原理图与测试点不足 | 中 | 建立测试点清单并PCB落实 | 板级测试通过 |
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 12. 配套文档与附录体系
|
||
|
||
### 12.1 配套文档包
|
||
|
||
| 文档 | 作用 |
|
||
|---|---|
|
||
| 《硬件需求规格书 HRS》 | 细化主控、IMU、GNSS、电源、接口、结构、认证、产测 |
|
||
| 《软件需求规格书 SRS》 | 细化双核架构、BSP、算法、协议、日志、质量要求 |
|
||
| 《接口控制文档 ICD》 | 定义所有连接器、Pin、协议、帧格式、电平、时序 |
|
||
| 《安装与配置手册》 | 定义安装基准、杆臂、天线、GAMS、Web配置 |
|
||
| 《协议输出说明书》 | 定义NMEA、PASHR、PRDID、TSS1、Binary POS |
|
||
| 《Web/网络配置指南》 | 定义IP、端口、Web页面、FTP、PTP、NTRIP |
|
||
| 《出厂测试与校准规范》 | 定义产测、标定、老化、SN、交付报告 |
|
||
| 《故障诊断与维护手册》 | 定义错误码、状态灯、日志导出、升级、返修定位 |
|
||
| 《认证与合规计划》 | 定义EMC、IP67、振动、温度、RoHS、船用标准验证 |
|
||
| 《正式测试方案》 | 定义外场/船测目标、步骤、数据记录和回退方案 |
|
||
|
||
### 12.2 附录列表
|
||
|
||
| 附录 | 内容 |
|
||
|---|---|
|
||
| 附录A | 系统总体框图 |
|
||
| 附录B | 软件架构图 |
|
||
| 附录C | 硬件框图 |
|
||
| 附录D | 电源树 |
|
||
| 附录E | 接口定义表 |
|
||
| 附录F | COM口协议输出矩阵 |
|
||
| 附录G | IMU兼容矩阵 |
|
||
| 附录H | GNSS天线与基线安装说明 |
|
||
| 附录I | PPS/PTP/Event时间同步链路图 |
|
||
| 附录J | 环境与认证测试矩阵 |
|
||
| 附录K | 出厂测试清单 |
|
||
| 附录L | RTM需求追溯矩阵 |
|
||
| 附录M | 风险清单与TBD项 |
|
||
| 附录N | 竞品指标对标表 |
|
||
| 附录O | 原理图评审清单 |
|
||
| 附录P | PCB评审清单 |
|
||
| 附录Q | 正式测试准入清单 |
|
||
| 附录R | 安装参数记录表 |
|
||
| 附录S | 连接器Pinout |
|
||
| 附录T | Web配置页面需求 |
|
||
| 附录U | 二进制协议包分类 |
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 13. 自定义二进制协议包分类建议
|
||
|
||
> 说明：不照搬任何竞品私有协议，仅借鉴“状态包、配置包、原始数据包、导航结果包、诊断包”的分类方法。
|
||
|
||
| 包类型 | 内容 | 用途 |
|
||
|---|---|---|
|
||
| System State | 系统状态、错误码、滤波状态、BIT状态 | 诊断/监控 |
|
||
| Time | UTC/GPS时间、PPS状态、PTP状态 | 时间同步 |
|
||
| Raw IMU | 角速度、加速度、温度、状态、时间戳 | 算法回放 |
|
||
| GNSS PVT | 经纬高、速度、RTK状态、星数、DOP | 导航输入/输出 |
|
||
| GNSS Orientation | 双天线航向、基线长度、航向状态 | 航向融合 |
|
||
| Attitude | Roll/Pitch/Heading、标准差 | 实时输出 |
|
||
| Velocity | N/E/D速度、船体系速度 | 导航输出 |
|
||
| Heave | 实时升沉、延迟升沉、垂向速度 | 多波束补偿 |
|
||
| Vessel Motion | 多参考点运动状态 | VRP输出 |
|
||
| Raw GNSS | 原始观测值、星历、RTCM | PPK/后处理 |
|
||
| DVL | 水下速度、状态、质量 | 可选扩展 |
|
||
| Config | COM、网络、杆臂、安装角、GNSS配置 | 参数管理 |
|
||
| Diagnostics | 丢帧、CRC、存储、PTP、PPS、温度 | 现场诊断 |
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 14. 正式发布冻结条件
|
||
|
||
| 阶段 | 冻结条件 |
|
||
|---|---|
|
||
| 规格冻结 | P0/P1需求清晰，TBD项不影响当前阶段 |
|
||
| 原理图冻结 | P0问题关闭，P1有结论或风险接受 |
|
||
| PCB冻结 | 关键布局、阻抗、ESD、电源、RF、IMU位置完成评审 |
|
||
| 软件版本冻结 | 静态扫描、单元测试、核心功能测试通过 |
|
||
| 测试版本冻结 | 正式测试前准入清单通过 |
|
||
| 产品发布冻结 | 认证、出厂测试、用户手册、交付清单完成 |
|
||
|
||
---
|