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 |
