測量校準(zhǔn)。 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(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)，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(biāo)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(biāo)。

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(biāo)反射鏡202（該發(fā)明中目標(biāo)反射鏡202為1.5英寸目標(biāo)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(biāo)，以此類推，移動所述目標(biāo)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(biāo)；

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(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)系下全局控制點的三維坐標(biāo)計算全局控制點在各站位坐標(biāo)系下的干涉測距值

步驟5-2）以站位1的坐標(biāo)系為全局坐標(biāo)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(biāo)系下的三維坐標(biāo)，分別為

步驟5-2）在全局坐標(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)桿，利用標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)作為約束，進行平差解算，求得被測點的三維坐標(biāo)，將被測點的三維坐標(biāo)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(biāo)作為約束，進行平差解算，求得被測點的三維坐標(biāo)，將被測點的三維坐標(biāo)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(biāo)，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(zhǔn)，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(zhǔn)，實現(xiàn)了室內(nèi)空間測量定位系統(tǒng)三維坐標(biāo)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(biāo)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(biāo)，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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)件作為測量基準(zhǔn)，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(zhǔn)。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。