I. Test Planına Genel Bakış

1.1 Test Amacı

İnsansız Hava Aracının (İHA) Ataletsel Ölçüm Birimi (IMU), konum algılama ve pozisyon hesaplamanın çekirdek bileşeni olarak, ölçüm doğruluğu, kararlılığı ve dinamik tepki özellikleriyle İHA uçuş kontrolünün güvenilirliğini ve güvenliğini doğrudan belirler. Bu test planı, kontrollü laboratuvar ortamında, İHA IMU'sunun statik, dinamik gibi farklı çalışma koşulları altındaki performans göstergelerini sistematik olarak doğrulamayı, potansiyel performans kusurlarını kapsamlı bir şekilde tespit etmeyi, IMU seçimi, optimize tasarım ve İHA uçuş kontrol sistemi hata ayıklaması için doğru, güvenilir test veri desteği sağlamayı ve IMU'nun İHA'nın öngörülen uçuş görevi performans gereksinimlerini karşılamasını sağlamayı amaçlamaktadır.

1.2 Test Kapsamı

Bu plan, İHA IMU'sunun temel performans parametrelerinin laboratuvar testlerini kapsar, başlıca şunları içerir: statik doğruluk testleri (sıfır ofset, ölçek faktörü hatası, montaj hatası), dinamik tepki testleri (açısal hız izleme doğruluğu, ivme izleme doğruluğu), çevresel uyum testleri (sıcaklık, nem etkisi), kararlılık testleri (uzun süreli çalışma performansı) ve veri çıktısı tutarlılık testleri. Test nesnesi, belirli bir model İHA'ya uygun IMU modülüdür. Test ortamı, profesyonel laboratuvar kontrollü ortamıyla sınırlıdır ve açık hava gerçek uçuş koşulu testlerini içermez.

1.3 Referans Standartlar ve Esaslar

Bu test planının hazırlanmasında, esas olarak aşağıdaki standartlar ve esaslar referans alınmıştır:

JJF 1535-2015 Mikro-Elektro-Mekanik Sistem (MEMS) Jiroskop Kalibrasyon Şartnamesi

JJF 1427-2013 Mikro-Elektro-Mekanik Sistem (MEMS) Lineer İvmeölçer Kalibrasyon Şartnamesi

GB/T 28587-2012 "Mobil Ölçüm Sistemleri için Ataletsel Ölçüm Birimi"

GB/T 38996-2020 "Sivil Hafif ve Küçük Sabit Kanatlı İHA'lar için Uçuş Kontrol Sistemleri Genel Gereksinimleri"

GJB 2426A-2015 "Fiber Optik Jiroskop Test Metotları"

IMU Modülü Ürün Teknik El Kitabı ve İHA Uçuş Kontrol Sistemi Tasarım Gereksinimleri

İlgili Havacılık ve Uzay Ataletsel Seyrüsefer Cihazları Test Şartnameleri

II. Test Ortamı ve Ekipmanlar

2.1 Laboratuvar Ortamı Gereksinimleri

Test verilerinin doğruluğu ve kararlılığını sağlamak için laboratuvar ortamı aşağıdaki koşulları sağlamalıdır:

Sıcaklık: (20±5)°C

Bağıl Nem: ≤%85 RH, çiy oluşmamalı

Titreşim: ≤0.1g, dış titreşim girişimlerinden kaçınılmalı

Elektromanyetik Ortam: GB/T 17618-2015 gerekliliklerine uygun, güçlü elektromanyetik girişim kaynaklarından uzak

Güç Kaynağı: Kararlı AC 220V±%10, frekans 50Hz±1Hz, kesintisiz güç kaynağı (UPS) ile donatılmış

2.2 Temel Test Ekipmanları Listesi

Test ekipmanları kalibre edilmeli ve geçerlilik süresi içinde olmalıdır. Spesifik liste ve kullanım amaçları aşağıdaki tabloda gösterilmektedir:

III. Test İçeriği ve Adımları

3.1 Test Öncesi Hazırlık

1.  Ekipman Kontrolü: Tüm test ekipmanlarının normal çalıştığından, kalibre edildiğinden ve geçerlilik süresi içinde olduğundan emin olun; döner tabla, titreşim tablası gibi ekipmanların çalışma durumunu kontrol ederek anormal ses veya takılma olmadığından emin olun. 2.  Ortam Onayı: Laboratuvar sıcaklığını ve bağıl nemini test için gereken aralığa ayarlayın, belirgin titreşim veya elektromanyetik girişim olmadığından emin olun. 3.  IMU Montajı ve Bağlantısı: Montaj aparatı kullanarak IMU'yu test platformuna kesin bir şekilde sabitleyin; IMU güç kablosunu, veri kablosunu bağlayın, bağlantıların sağlam ve temasın iyi olduğundan emin olun; veri toplama kartı ile bilgisayar tarafındaki test yazılımı arasında iletişim kurun, parametre yapılandırmasını (örnekleme hızı, veri formatı vb.) tamamlayın. 4.  Isınma ve Başlatma: IMU'ya güç verin ve en az 30 dakika ısıtın; IMU başlatma programını çalıştırın, otomatik kalibrasyon tamamlandıktan sonra IMU çıkış verilerinin kararlı olduğunu (atlama, anormal değer olmadığını) onaylayın.

3.2 Statik Doğruluk Testleri

Statik doğruluk testleri, IMU'nun durağan durumdaki ölçüm hatasını doğrulamayı amaçlar. Temel test parametreleri jiroskop sıfır ofseti, ivmeölçer sıfır ofseti, ölçek faktörü hatası ve montaj hatasını içerir.

3.2.1 Jiroskop Sıfır Ofset Testi

1.  IMU'yu yatay test sehpasına sabitleyin, IMU hassas eksenlerinin yatay düzleme paralel olduğundan ve açısal yer değiştirme uyarımı olmadığından emin olun. 2.  Veri toplama sistemini başlatın, örnekleme hızını 100Hz olarak ayarlayın, IMU üç eksenli jiroskop çıkış verilerini 2 saat boyunca sürekli toplayın. 3.  Toplama tamamlandıktan sonra verileri işleyin: aykırı değerleri çıkarın (3σ kriteri kullanarak), üç eksenli jiroskop çıkış verilerinin ortalamasını ve standart sapmasını hesaplayın, ortalama değer jiroskop sıfır ofset hatasıdır. 4.  Test verilerini kaydedin ve ürün teknik el kitabında belirtilen sıfır ofset göstergesiyle karşılaştırarak uygunluğu belirleyin.

3.2.2 İvmeölçer Sıfır Ofset Testi

1.  IMU'yu durağan durumda tutun. IMU duruşunu, üç eksenli ivmeölçerlerin yatay, dikey yukarı, dikey aşağı olmak üzere üç duruşa (her duruşta IMU'yu 5 dakika stabilize ederek) getirin. 2.  Her duruşta, 100Hz örnekleme hızıyla IMU üç eksenli ivmeölçer çıkış verilerini sürekli toplayın, her duruş için toplama süresi 30 dakikadır. 3.  Veri işleme: Aykırı değerler çıkarıldıktan sonra, her duruştaki ivmeölçer çıkış verilerinin ortalama değerini hesaplayın; standart yerçekimi ivmesi değerine (9.80665 m/s²) dayanarak, ivmeölçer sıfır ofset hatasını (ölçülen değer ile teorik değer arasındaki sapma) hesaplayın. 4.  Her duruştaki sıfır ofset verilerini kaydedin ve gösterge gereksinimlerini karşılayıp karşılamadığını doğrulayın.

3.2.3 Ölçek Faktörü Hatası Testi

1.  Jiroskop Ölçek Faktörü Testi: IMU'yu yüksek hassasiyetli döner tablaya sabitleyin, döner tabla dönüş ekseni ile IMU'nun bir jiroskop hassas eksenini çakıştırın. Döner tablayı farklı açısal hızlarda (örn. 5°/s, 10°/s, 20°/s, 50°/s, 100°/s) düzgün dönecek şekilde ayarlayın. Pozitif ve negatif giriş açısal hız aralıklarında her biri en az 11 açısal hız noktası kullanın, her açısal hız 1 dakika kararlı çalışırken IMU jiroskop çıkış verilerini toplayın. Diğer iki hassas eksen için bu testi tekrarlayın. 2.  İvmeölçer Ölçek Faktörü Testi: IMU'yu döner tablaya sabitleyin, döner tabla dönüş ekseni ile IMU'nun bir ivmeölçer hassas eksenini çakıştırın. Döner tablayı pozitif ve negatif yönlerde θ=360/n açı artışıyla döndürün, her açı konumunda ivmeölçer çıkış değerini kaydedin. Diğer iki eksen için bu testi tekrarlayın. 3.  Veri işleme: Döner tablanın ayarladığı standart uyarım değeri ile IMU'nun gerçek çıkış değerine dayanarak, en küçük kareler yöntemini kullanarak ölçek faktörü eğrisini uydurun ve ölçek faktörü hatasını (uydurulan değer ile teorik ölçek faktörü arasındaki sapma) hesaplayın. 4.  Her eksen için ölçek faktörü hatasını kaydedin ve gösterge gereksinimlerini karşılayıp karşılamadığını belirleyin.

3.2.4 Montaj Hatası Testi

1.  IMU'yu döner tablaya sabitleyin, montaj aparatı kullanarak IMU koordinat sisteminin başlangıçta döner tabla koordinat sistemiyle hizalandığından emin olun; döner tablayı X, Y, Z eksenleri etrafında ayrı ayrı küçük açılı (±5°) adımlı dönüşler yapacak şekilde ayarlayın, her adımda 30 saniye duraklayın, IMU üç eksenli jiroskop çıkış verilerini toplayın. 2.  Döner tablanın gerçek dönüş açılarına ve IMU çıkış açı verilerine dayanarak, bir montaj hatası modeli oluşturun, en küçük kareler yöntemini kullanarak montaj hata açılarını çözün. 3.  Montaj hata verilerini kaydedin. Hata izin verilen aralığı aşarsa, montaj aparatını yeniden ayarlayın ve testi tekrarlayın.

3.3 Dinamik Tepki Testleri

Dinamik tepki testleri, IMU'nun dinamik uyarım altındaki izleme doğruluğunu ve tepki hızını doğrulamayı amaçlar. Temel test parametreleri açısal hız izleme hatası, ivme izleme hatası ve dinamik tepki süresini içerir.

3.3.1 Jiroskop Dinamik İzleme Testi

1.  IMU'yu döner tablaya sabitleyin, döner tabla dönüş ekseni ile IMU jiroskop hassas eksenini çakıştırın. Döner tablayı, önceden belirlenmiş dinamik uyarım eğrisine (örn. basamak, sinüs, üçgen dalga) göre çalıştıracak şekilde başlatın. Basamak açısal hız aralığı: 0~100°/s, sinüs açısal hız genliği: 0~50°/s, frekans: 0.1~10Hz. 2.  Döner tabla referans açısal hız verileri ile IMU jiroskop çıkış verilerini senkron olarak toplamak için veri toplama sistemini başlatın, örnekleme hızını 1kHz olarak ayarlayın. 3.  Veri işleme: IMU çıkış verilerini döner tabla referans verileriyle karşılaştırarak dinamik izleme hatasını (tepe hatası, ortalama karekök hatası) hesaplayın; basamak tepki eğrisinden, jiroskopun yükselme süresi, yerleşme süresi gibi dinamik tepki parametrelerini hesaplayın. 4.  Diğer iki hassas eksen için testi tekrarlayın ve her eksen için dinamik performans verilerini kaydedin.

3.3.2 İvmeölçer Dinamik İzleme Testi

1.  IMU'yu titreşim tablasına sabitleyin, giriş referans ekseni (IRA) yönünün titreşim yönüne paralel olmasını sağlayın. Titreşim tablasını, önceden belirlenmiş dinamik uyarım eğrisine (basamak, sinüs) göre çalıştıracak şekilde başlatın. Basamak ivme aralığı: 0~20g, sinüs ivme genliği: 0~10g, frekans: 0.1~50Hz. 2.  Titreşim tablası referans ivme verileri ile IMU ivmeölçer çıkış verilerini senkron olarak toplayın, örnekleme hızını 1kHz olarak ayarlayın. 3.  Veri işleme: İki veri setini karşılaştırarak dinamik izleme hatasını (tepe hatası, ortalama karekök hatası) hesaplayın; basamak tepki eğrisinden, ivmeölçerin yükselme süresi, yerleşme süresi gibi dinamik tepki parametrelerini hesaplayın. 4.  Diğer iki hassas eksen için testi tekrarlayın ve her eksen için dinamik performans verilerini kaydedin.

3.4 Çevresel Uyum Testleri

Çevresel uyum testleri, IMU'nun farklı sıcaklık ve nem ortamlarındaki performans kararlılığını doğrulamayı amaçlar, sıcaklığın IMU doğruluğu üzerindeki etkisine odaklanır.

3.4.1 Düşük Sıcaklık Ortamı Testi

1.  Üzerinde IMU takılı test aparatını yüksek-düşük sıcaklık/nem test odasına yerleştirin, güç kablosunu, veri kablosunu bağlayın (kabloların oda kapağı kapalıyken normal çalışabildiğinden emin olun). 2.  Test odası sıcaklığını IMU'nun alt çalışma sıcaklığı sınırına ayarlayın ve IMU çıkışı kararlı hale gelene kadar koruyun. 3.  Düşük sıcaklık ortamında, bölüm 3.2 (statik doğruluk testleri) ve 3.3 (dinamik tepki testleri) temel maddelerini (jiroskop sıfır ofseti, ivmeölçer sıfır ofseti, basamak izleme hatası) tekrarlayın, test verilerini toplayın ve kaydedin. 4.  Test tamamlandıktan sonra, test odası sıcaklığını oda sıcaklığına geri getirin, 30 dakika bekletin, IMU çıkış verilerinin normale dönüp dönmediğini gözlemleyin.

3.4.2 Yüksek Sıcaklık Ortamı Testi

1.  Test odası sıcaklığını IMU'nun üst çalışma sıcaklığı sınırına ayarlayın ve IMU çıkışı kararlı hale gelene kadar koruyun. 2.  Yüksek sıcaklık ortamında, bölüm 3.2 ve 3.3 temel maddelerini tekrarlayın, test verilerini toplayın ve kaydedin. 3.  Test tamamlandıktan sonra, test odası sıcaklığını oda sıcaklığına geri getirin, 30 dakika bekletin, IMU çıkış verilerinin normale dönüp dönmediğini gözlemleyin.

3.5 Kararlılık Testi (Uzun Süreli Çalışma Testi)

1.  IMU'yu standart laboratuvar ortamına (20℃±5℃，≤%85 RH) yerleştirin, yatay test sehpasına sabitleyin, kararlı güç kaynağı ve normal veri iletimi sağlayın. 2.  IMU'yu açın ve 30 dakika ısıtın. Veri toplama sistemini, IMU çıkış verilerini 100Hz örnekleme hızıyla 12 saat boyunca sürekli toplayacak şekilde ayarlayın. 3.  Veri işleme: Her 30 dakikada bir jiroskop sıfır ofseti ve ivmeölçer sıfır ofseti verilerini çıkararak zaman içindeki değişim eğilimini analiz edin; 12 saat içindeki verilerin maksimum dalgalanma aralığını hesaplayarak IMU'nun uzun süreli çalışmadaki kararlılığını doğrulayın.

3.6 Veri Çıktısı Tutarlılık Testi

1.  Aynı modelden 3 IMU numunesi seçin. Aynı laboratuvar koşullarında, aynı test ekipmanı ve aynı test parametreleri kullanılarak, bölüm 3.2'deki statik doğruluk testlerini ayrı ayrı gerçekleştirin. 2.  3 IMU'nun temel verilerini (jiroskop sıfır ofseti, ivmeölçer sıfır ofseti, ölçek faktörü hatası vb.) toplayın ve kaydedin. 3.  3 IMU için aynı parametrenin varyasyon katsayısını (standart sapma/ortalama) hesaplayarak aynı model ürünlerin çıktı tutarlılığını doğrulayın.

IV. Veri İşleme ve Kabul Kriterleri

4.1 Veri İşleme Yöntemleri

Aykırı Değer Çıkarma: Test verilerindeki aykırı değerleri çıkarmak için 3σ kriterini kullanın, veri geçerliliğini sağlayın. Doğruluk Göstergesi Hesaplama: Sıfır ofset hatası ortalama değer yöntemi kullanılarak hesaplanır; ölçek faktörü hatası en küçük kareler uydurma yöntemi kullanılarak hesaplanır; izleme hatası tepe hatası ve ortalama karekök hatası (RMSE) kullanılarak hesaplanır. Veri Görselleştirme: Test yazılımı kullanarak veri eğrileri çizin (örn. sıfır ofset-zaman eğrisi, dinamik izleme karşılaştırma eğrisi), IMU performans eğilimlerini görsel olarak sunun. Tekrarlanabilirlik Doğrulama: Aynı test maddesi için 3 tekrarlı test yapın, test sonuçlarının tekrarlanabilirlik hatasını hesaplayarak test verilerinin güvenilirliğini sağlayın.

4.2 Kabul Kriterleri

IMU ürün teknik el kitabı ve İHA uçuş kontrol sistemi tasarım gereksinimlerine dayanarak, aşağıdaki temel performans göstergesi kabul kriterleri oluşturulmuştur (gerçek ürün parametrelerine göre ayarlanabilir):

Tüm test verileri yukarıdaki gösterge gereksinimlerini karşılıyorsa, IMU laboratuvar testi uygun olarak değerlendirilir. Herhangi bir gösterge gereksinimi karşılamıyorsa, neden analiz edilmeli (örn. montaj hatası, ekipman girişimi, IMU kusuru) ve doğrulama için test tekrarlanmalıdır.

V. Test Güvenliği ve Dikkat Edilecek Hususlar

Ekipman Operasyon Güvenliği: Operatörler her test cihazının operasyon şartnamelerine aşina olmalı ve ekipmanı çalıştırmak/çalıştırmak için prosedürleri kesinlikle takip etmelidir. Döner tabla/titreşim tablası çalışması sırasında, mekanik yaralanmayı önlemek için dönen/titreşen kısımlardan uzak durun. Elektrik Güvenliği: Tüm test ekipmanlarının düzgün topraklanmış olduğundan emin olun, elektrik çarpmasını önleyin. Kabloları bağlamadan/çıkarmadan önce, ekipmanı veya IMU modülünü kısa devreden korumak için gücü kesin. Sıcaklık/Nem Test Güvenliği: Test odası çalışırken, hızlı sıcaklık değişiminden kaynaklanan yanık/donmayı önlemek için kapıyı açmayın. Testten sonra, numuneyi çıkarmadan önce iç sıcaklığın oda sıcaklığına dönmesini bekleyin. Veri Güvenliği: Test sırasında test verilerini gerçek zamanlı kaydedin, veri dosyalarını düzenli olarak yedekleyin. Test tamamlandıktan sonra, verileri sınıflandırın ve düzenleyin, izlenebilirliklerini sağlayın. Ekipman Bakımı: Testler bittikten sonra, tüm test ekipmanlarının gücünü kapatın, yüzeylerini temizleyin. Döner tabla, titreşim tablası gibi ekipmanları düzenli olarak yağlayın ve kalibre edin, uzun süreli kararlı çalışmayı sağlayın.

VI. Test Raporu Hazırlama

Test tamamlandıktan sonra, ayrıntılı bir İHA IMU laboratuvar test raporu hazırlanmalıdır. Rapor aşağıdakileri içermelidir:

Teste Genel Bakış: Test amacı, kapsamı, dayanakları, ortamı vb. dahil. Test Ekipmanları: Tüm test ekipmanlarının modelini, özelliklerini, kalibrasyon durumunu listeleyin. Test Süreci: Her test kalemi için test adımlarını, test parametre ayarlarını ayrıntılı olarak açıklayın. Test Verileri: Her test kalemi için ham verileri, işlenmiş verileri ve veri eğrilerini düzenleyin ve sunun. Sonuç Analizi: Test verilerini uygunluk gereksinimleriyle karşılaştırın, IMU performansını analiz edin; tespit edilen sorunlar için neden analizi ve iyileştirme önerileri sunun. Test Sonucu: IMU laboratuvar testinin uygun olup olmadığını açıkça belirtin. Ekler: Ham test verileri, test ekipmanı kalibrasyon sertifikaları, test sahası fotoğrafları vb. içerir.