加速器准直测量控制网建立的理论与方法

摘要

本文对粒子加速器工程精密控制网建立的理论和方法进行研究。内容涵盖激光跟踪仪测量系统的基本原理、系统误差分析及精度测试、加速器地面控制网和隧道控制网的建立方法、加速器隧道三维控制网整体平差模型以及隧道三维控制网的误差分析与质量控制等方面。主要工作和创新点概括如下：
　　1.介绍粒子加速器和加速器准直测量的基本概念，结合传统准直测量技术的发展历程，指出三维准直新技术的应用背景及研究现状，基于当前三维准直测量技术存在的问题，提出论文的研究背景和研究内容。
　　2.针对当前在加速器中应用最多的三维准直测量系统——激光跟踪仪测量系统，详细分析其测量原理，包括常用坐标系的定义、测角原理、IFM和ADM测距原理、PSD和ATR目标跟踪及控制原理、六自由度测量原理、动态测量原理等。
　　3.分析激光跟踪仪系统的测量误差源，从角度和距离观测值两方面对系统误差进行归纳和分类；提出水平角和垂直角精度测试方法，用于检定系统测角误差；提出基于基准尺的现场测量快速测试方法和基于双频干涉导轨的室内高精度检定方法，用于室内外两种环境下的测距精度测试；提出反射器球形度误差、激光入射角误差、断光续接测量误差的测试方法；提出激光跟踪仪坐标测量精度的评定方法。
　　4.讨论加速器控制网精度指标的计算方法，从网形结构设计、地面永久点和加密点的结构设计和埋设、测量方案等方面探讨地面和隧道控制网的建立方法。针对隧道控制网，重点研究基于激光跟踪仪准直测量的三维控制网建立方法，提出自由建站与多站拼接（搬站式）相结合的测量方案，并结合CSNS工程叙述加速器控制网的建立过程。
　　5.设计隧道三维控制网整体平差的坐标系统，给出测站坐标系与整体坐标系之间的转换模型。针对激光跟踪仪不整平状态的自由建站与多站拼接测量方式，建立隧道三维控制网通用平差模型，实现亚毫米级高精度三维控制网平差；建立激光跟踪仪整平状态的隧道三维控制网平差模型，提高平差精度并分别反映平面精度和高程精度；建立基于水准数据与三维坐标数据的联合平差模型，利用水准数据进行高程约束，达到传统方法平差精度；建立顾及垂差的严密平差模型，从理论上完善隧道三维控制网平差方法。提出基于方差分量估计的三维观测值定权方法，给出隧道三维控制网平差的精度评定方法。
　　6.评估激光跟踪仪单站式坐标测量精度和多站拼接测量方法精度，提出基于相邻测站转换参数精度和测量点空间几何量信息的数据质量控制方法。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 粒子加速器概述

1.3 加速器准直测量概述

1.4 三维准直测量关键技术研究现状

1.5 论文的研究背景及主要内容

第二章 激光跟踪仪系统的测量原理

2.1 引言

2.2 坐标系的定义

2.3 测角原理

2.4 IFM测距原理

2.5 ADM测距原理

2.6 目标跟踪及控制原理

2.7 六自由度测量原理

2.8 动态测量原理

2.9 系统组成

2.10 本章小结

第三章 激光跟踪仪误差分析及精度测试

3.1 引言

3.2 激光跟踪仪测量误差分析

3.3 测角误差分析

3.4 测距误差分析

3.5 反射器误差分析

3.6 断光续接的误差影响

3.7 激光跟踪仪的坐标测量精度

3.8 本章小结

第四章 加速器控制网的建立方法

4.1 引言

4.2 加速器控制网的精度指标

4.3 加速器地面控制网的建立

4.4 加速器隧道控制网的建立

4.5 本章小结

第五章 加速器隧道三维控制网整体平差

5.1 引言

5.2 加速器隧道三维控制网的坐标系统

5.3 激光跟踪仪不整平状态下的隧道三维控制网平差模型

5.4 激光跟踪仪整平状态下的隧道三维控制网平差模型

5.5 水准数据与三维坐标数据联合平差模型

5.6 隧道三维控制网严密平差模型

5.7 隧道三维控制网平差的精度评定

5.8 本章小结

第六章 隧道三维控制网准直测量的误差分析与质量控制

6.1 引言

6.2 激光跟踪仪单站测量的坐标精度评估

6.3 激光跟踪仪搬站式测量方法的精度评估

6.4 环境参数对三维控制网平差的影响评估

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 论文总结

7.2 工作展望

致谢

参考文献

作者简历