室内空间测量定位系统快速定向方法研究

摘要

室内空间测量定位系统(workshop Measurement and Positioning System,wMPS)因其具有精确度高、量程广、多用户同时测量等优点，被广泛应用于大尺寸部件生产中的精密测量和定位。发射站的定向效率对wMPS的测量效率存在很大影响。现有的发射站定向方法对发射站的摆放姿态具有严格要求，定向难度高，定向过程需外部设备和人工参与，自动化程度低，无法满足大尺寸在线测量对定向的实时性和适应性的要求。本文针对上述背景，借鉴工程测量领域的后方交会原理，结合倾角仪工作特性，对wMPS发射站的快速定向方法进行了研究，确定了一种以后方交会原理为核心算法，以倾角仪姿态约束为优化手段的wMPS快速定向方法，并通过实验进行了相关验证。本文的主要研究内容包括：
　　1.基于wMPS数学模型和工程测量领域的后方交会原理，对发射站的快速定向方法进行了研究，建立了wMPS快速定向数学模型，推导了目标方程，研究了目标函数优化算法及初值估计方法。
　　2.在后方交会定向模型的基础上，引入倾角仪的姿态角约束，通过对倾角仪、水平控制场、发射站位姿关系分析，建立了基于倾角仪的后方交会定向模型，推导了目标方程，给出了初值估计方法。
　　3.通过对发射站转轴调垂方法和水平测量控制场建立及验证方法的分析，研究了倾角仪与发射站相对位姿标定原理，建立了标定模型，推导了目标方程并对初值进行了估计。
　　4.建立后方交会标定控制场进行定向有效性验证，研究了不同控制点个数情况下倾角仪对后方交会定向方法的解算结果和残差影响，并在工业现场对所研究方法进行了验证。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题背景

1.2研究意义

1.3研究现状

1.4内容安排

第2章 后方交会快速定向方法

2.1 wMPS 组成结构和工作原理

2.2 wMPS后方交会快速定向方法

2.3优化算法的选取和初值解算方法

2.4本章小结

第3章 基于倾角仪的后方交会定向方法

3.1刚体姿态角定义

3.2倾角传感器工作原理及输出角的姿态意义

3.3基于倾角仪的后方交会定向模型

3.4初值估计

3.5本章小结

第4章 倾角仪与发射站相对位姿标定

4.1水平控制场的建立与验证

4.2倾角仪与发射站相对位姿标定方法

4.3本章小结

第5章 验证实验及工程应用

5.1后方交会快速定向方法验证

5.2基于后方交会快速定向方法的船舶分段测量场构建方案设计

5.3基于倾角仪的wMPS后方交会定向方法验证

5.4本章小结

第6章 总结与展望

6.1全文总结

6.2课题展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢