室内测量定位系统发射站优化及校准技术研究

摘要

大尺寸工件的精密测量与定位是以航空航天、轨道交通制造为代表的大型装备制造业的基础，是提高精度和效率，保证质量不可或缺的工艺保障手段。基于传统仪器的精密测量与定位过程中，量程与精度矛盾突出，整体性能难以满足大型装备制造的要求。网络式结构的测量系统为解决该矛盾提供原理上的支持。室内测量定位系统正是多个发射站形成网络结构的测量系统，由独立工作的接收器配合，可同时监测大型被测物的各个部件，实时性高，并行性好，通过增加基站的方式协调了测量精度与大空间的矛盾。发射站是整个系统硬件的核心，决定了整个系统硬件的工作性能；而发射站的精确标定，以及系统模型描述的准确度和系统校准技术是构建测量网络软件方面的核心。本文对室内测量定位系统发射站的优化以及系统校准技术进行了研究，主要的研究内容如下：
　　 1.在分析系统组成和测量原理基础上，推导了发射站的测角几何原理，对扫描光平面进行了设计，进一步研究了发射站几何结构参数选择对测角精度的影响，进行参数选择，优化发射站结构。
　　 2.分析了轴系瞬时状态对扫描角测量精度的影响，指出发射站旋转部件性能的重要性。对发射站轴系进行了转子动力学模型推导，并对转子完成了平衡设计，通过有限元分析仿真比较了各参数改变时轴系的动力学性能，为轴系设计提供理论支持。
　　 3.研究了基于方位角交会，以及基于多平面约束两种坐标计算方法。针对基本测量系统提出了一种基于辅助仪器的一体化校准系统的方法，并分析了误差来源。在一体化校准的系统基础上，研究了一种基于数据融合的测量网络构建方法，将多个基本的小型系统的坐标系统一，形成大型测量系统。
　　 4.为进一步完善系统及提高实用性和精度，研究了分步式系统校准方法。建立了精确的平差模型，规范校准参数，分为内参数和外参数。针对初始位置光平面内参数标定方法的缺陷，提出了优化平差模型的方法，研究了任意位置光平面内参数标定方法，采用基于共面约束的全局平差定向方法对外参数进行标定，并研究了平差初值的获取方法。