測量校準。 2100433B

測量精度0.05mm L/100000mm自制。

圖1是2013年11月前已有技術(shù)室內(nèi)空間測量定位系統(tǒng)（wMPS）組成示意圖；

圖2是《室內(nèi)空間測量定位系統(tǒng)的精密控制場精度溯源方法》中全局控制點三維坐標在多個站位下的測量過程示意圖；

圖3是將被測點精度溯源至精密控制場示意圖；

圖4是與1.5英寸目標反射鏡大小形狀一致的接收器104的示意圖；

圖5是激光跟蹤儀201球坐標測量系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型示意圖。

《室內(nèi)空間測量定位系統(tǒng)的精密控制場精度溯源方法》是基于《掃描平面激光空間定位系統(tǒng)測量網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建》所述的室內(nèi)空間測量定位系統(tǒng)（即所述的2013年11月前已有技術(shù)中的WMPS系統(tǒng)），并結(jié)合精密控制場實現(xiàn)測量現(xiàn)場精度溯源。wMPS系統(tǒng)組成如圖1所示，采用基于光電掃描的空間角度自動測量方法對單個光電接收器（簡稱接收器）進行定位，發(fā)射站在工作時不負責(zé)解算接收器坐標，而是通過向外發(fā)射帶有角度信息的光信號，為測量空間內(nèi)的光電接收器提供定位服務(wù)。系統(tǒng)內(nèi)每個接收器收到發(fā)射站光信號后自動計算自身在各個發(fā)射站坐標系的下的角度信息，并結(jié)合已知的發(fā)射站方位信息使用角度交會方法計算自身三維坐標。

如圖2所示，為了提高室內(nèi)空間測量定位系統(tǒng)的測量精度，實現(xiàn)現(xiàn)場測量的精度溯源，該發(fā)明一種室內(nèi)空間測量定位系統(tǒng)的精密控制場精度溯源方法，包括以下步驟：以飛機大部件對接為例：

步驟一、在對接機身的裝配型架上布設(shè)N個移動鳥巢，在對接大部件周圍布設(shè)M個站位，將激光跟蹤儀201放置在站位1，

步驟二、將一目標反射鏡202（該發(fā)明中目標反射鏡202為1.5英寸目標反射鏡）放在移動鳥巢1上形成全局控制點1，利用激光跟蹤儀201測量該全局控制點1的三維坐標，以此類推，移動所述目標反射鏡202到移動鳥巢2、移動鳥巢3、……、移動鳥巢N-1、移動鳥巢N，測量所有全局控制點2、全局控制點3、……、全局控制點N-1和全局控制點N的三維坐標；

步驟三、將激光跟蹤儀201依次放置在站位2、站位3、……、站位M-1和站位M，每次移動激光跟蹤儀201后重復(fù)步驟二，至此，完成所有站位對所有全局控制點的共同觀測；上述步驟二和步驟三中，激光跟蹤儀201在每個站位至少測量到3個以上的全局控制點；

步驟四、根據(jù)所有站位下、所有全局控制點的三維坐標計算所有站位的方位定向，從而獲得所有全局控制點和所有站位三維坐標迭代初值；

步驟五、利用所述激光跟蹤儀201測得的站位與全局控制點的距離值作為約束建立優(yōu)化目標方程，進行平差解算，其中采用動態(tài)加權(quán)的方法，將所述全局控制點的三維坐標測量精度溯源至激光跟蹤儀201干涉測距精度，從而建立精密控制場；其過程如下：

步驟5-1）激光跟蹤儀201是球坐標測量系統(tǒng)，其數(shù)學(xué)模型如圖5所示，其干涉測距值可表示為：

利用式（1）根據(jù)各站位坐標系下全局控制點的三維坐標計算全局控制點在各站位坐標系下的干涉測距值

步驟5-2）以站位1的坐標系為全局坐標系，完成各站位的方向定向，求得全局控制點和激光跟蹤儀所在站位在全局坐標系下的三維坐標，分別為

步驟5-2）在全局坐標系下，建立冗余測距方程，表示為：

式（2）中，l_ij為測距值，對式（1）在

式（3）中，

對于M個激光跟蹤儀站位，N個全局控制點，冗余誤差方程組用下式表示：

式（5）中，矩陣A是由式（2）的泰勒展開的一階求導(dǎo)項所組成的大型稀疏矩陣，ΔX=[ΔX₁，ΔY₁，ΔZ₁，ΔX₂，ΔY₂，ΔZ₂，...，ΔX_M，ΔY_M，ΔZ_M，Δx₁，Δy₁，Δz₁，Δx₂，Δy₂，Δz₂，...，Δx_N，Δy_N，Δz_N]^T；

步驟5-3）根據(jù)激光跟蹤儀的測距精度

步驟5-4）根據(jù)激光跟蹤儀的測距及測角精度對向量

步驟5-5）當(dāng)全局控制點個數(shù)N和激光跟蹤儀測量站位數(shù)M滿足

由于矩陣A是病態(tài)矩陣，矩陣條件數(shù)極大，平差解算時較小的誤差就會引起解的失真，因此采用奇異值分解計算廣義逆矩陣的方法，進行迭代解算。

在每一次迭代中，計算向量

迭代至滿足終止條件，得到全局控制點的三維坐標值，完成精密控制場的建立。

步驟六、在對接大部件周圍布置多個發(fā)射站101，待發(fā)射站初始化后，結(jié)合精密控制場完成發(fā)射站定向過程，快速組成測量網(wǎng)絡(luò)，其步驟如下：

步驟6-1）使用與1.5英寸目標反射鏡大小形狀一致的接收器104（如圖4所示）替換全局控制點的目標反射鏡202，替換過程中保證移動鳥巢203的位置不發(fā)生移動，以確保全局控制點的三維坐標不發(fā)生變化；

步驟6-2）在測量空間內(nèi)布置好發(fā)射站101，每兩個發(fā)射站間至少有四個全局控制點可同時接收到兩個發(fā)射站101的信號；

步驟6-3）待所有發(fā)射站101轉(zhuǎn)速平穩(wěn)后，在測量空間多個位置擺放標準桿，利用標準桿和全局控制點實現(xiàn)室內(nèi)空間測量定位系統(tǒng)的定向過程，從而組成測量網(wǎng)絡(luò)。

步驟七、利用室內(nèi)空間測量定位系統(tǒng)同時測量全局控制點和被測點，以全局控制點的三維坐標作為約束，進行平差解算，求得被測點的三維坐標，將被測點的三維坐標測量精度溯源至精密控制場，如圖3，其步驟如下：

步驟7-1）保持所有全局控制點處的接收器（104）和所有發(fā)射站（101）不發(fā)生移動；

步驟7-2）在測量空間內(nèi)的被測點處放置好接收器（104），每個接收器（104）至少可同時接收到兩個發(fā)射站（101）的信號；

步驟7-3）利用發(fā)射站（101）組成的測量網(wǎng)絡(luò)同時測量全局控制點和被測點，以全局控制點的三維坐標作為約束，進行平差解算，求得被測點的三維坐標，將被測點的三維坐標測量精度溯源至精密控制場。

綜上，《室內(nèi)空間測量定位系統(tǒng)的精密控制場精度溯源方法》根據(jù)激光跟蹤儀干涉測距可直接溯源至激光波長的特點，利用跟蹤儀高精度測距作為約束，獲取現(xiàn)場裝配型架上全局控制點更為精確的三維坐標，構(gòu)建精密控制場，并將其作為工業(yè)現(xiàn)場高精度測量基準，室內(nèi)空間測量定位系統(tǒng)同時測量全局控制點和被測點，并利用高精度平差解算，將全局控制點的精度復(fù)現(xiàn)到被測點上，實現(xiàn)現(xiàn)場測量的精度溯源，提高了室內(nèi)空間測量定位系統(tǒng)的測量精度。該發(fā)明具有以下優(yōu)點：彌補了室內(nèi)空間測量定位系統(tǒng)因測量距離增大導(dǎo)致的精度損失；結(jié)合精密控制場完成發(fā)射站定向過程，提高室內(nèi)空間測量定位系統(tǒng)的定向效率和精度。精密控制場為工業(yè)現(xiàn)場測量提供了測量基準，實現(xiàn)了室內(nèi)空間測量定位系統(tǒng)三維坐標測量的精度溯源；在提高室內(nèi)空間測量定位系統(tǒng)測量精度的同時，不影響其工作效率。

室內(nèi)空間測量定位系統(tǒng)（wMPS：Workspace Measurement Positioning system）是針對航天、航空、造船等大型制造業(yè)測量需求，基于空間角度交會特點發(fā)展起來的一種新型的多站分布式空間測量定位系統(tǒng)，可實現(xiàn)大尺度空間坐標的網(wǎng)絡(luò)化高精度自動測量。圖1為2013年11月前已有技術(shù)的室內(nèi)空間測量定位系統(tǒng)（即《掃描平面激光空間定位系統(tǒng)測量網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建》所描述的空間測量定位系統(tǒng)）組成示意圖。如圖1所示，這種wMPS定位系統(tǒng)主要由多個發(fā)射站101、多個接收器102和解算工作站103組成。此類系統(tǒng)借鑒全球定位系統(tǒng)的思想，使用多個發(fā)射站101組成測量網(wǎng)絡(luò)，采用基于光電掃描的空間角度交會自動測量方法對單個接收器102進行定位，發(fā)射站101在工作時不負責(zé)解算接收器坐標，而是通過向外發(fā)射帶有角度信息的光信號，為測量空間內(nèi)的光電接收器提供定位服務(wù)。

由于wMPS定位系統(tǒng)采用空間角度交會進行三維坐標測量，測量誤差隨測量距離增加而顯著增大，需要通過測量現(xiàn)場精度溯源來保證測量的可靠性。傳統(tǒng)的現(xiàn)場精度溯源多采用標準件作為測量基準，攜帶維護不方便，測量靈活性不高，難以適應(yīng)工業(yè)大尺寸現(xiàn)場的測量范圍大，環(huán)境惡劣等特點。2013年11月前，在大尺度空間內(nèi)尚沒有可靠的溯源基準。因此，研究空間測量定位系統(tǒng)的精密控制場精度溯源方法對提高室內(nèi)空間測量定位系統(tǒng)的測量精度，實現(xiàn)現(xiàn)場測量的精度溯源具有重要價值。