iGPS测量场精度分析及其应用研究

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1、航空学报ActaAerOnauticaetAstrOnaulicaSinicaSep252012V01．33No91737—1745ISSN1000—6893CN11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa，edu．Cnhkxb@buaaedu．cn文章编号：1000—6893(2012)09—1737—09iGPS测量场精度分析及其应用研究杜福洲*，陈哲涵，唐晓青北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京10019l摘要：为了支持iGPS测量系统在航空、航天、船舶等大型复杂产品装配过程中的布局优化和系统选型，提

2、高测量效率和精度，对其测量精度分布规律进行了研究。阐述了iGPS测量系统的工作原理，构建了其计算机仿真模型；根据其布局形式的特点，提出了iGPS测量单元与测量网络的概念；给出了一种iGPS测量场精度分析方法，并通过实例对测量单元和测量网络的测量场精度与发射器布局及目标点空间位置间的量化关系进行分析。试验结果表明，当发射器间距为20m时，iGPS测量场的测量精度在垂直方向上的波动范围在0．01mm内，在水平方向上测量精度呈线性变化，最高测量精度为0．12mm，出现在测量场的中心，最低测量精度为0．25mm，出现在测量场的

3、边界处。在iGPS测量场精度分析的基础上，提出了一种基于精度约束的测量方案评估方法及其实施步骤，为iGPS测量系统的选型和工程应用提供支持。关键词：iGPS；测量系统精度分析；单元测量场；网络测量场；测量方案评估；iGPS布局优化中图分类号：V219；TH741文献标识码：A随着航空、航天、船舶等大型产品部件装配及大部件对接装配对精确定位、实时位姿测拧、最终装配质量的准确评定要求的日益提高，激光跟踪仪、激光雷达及iGPS等大尺寸空问数字化测量系统及其应用技术受到工业界和学术界的广泛关注口屯3；与其他大尺寸空间测量系统相

4、比，iGPS测量系统具有测量范围可近似等精度扩展、测量精度较高、无需断光续接、支持并行测量等优势，已成为当前大尺寸空问测量技术的一种发展趋势¨l。波音、空客、洛克希德·马丁等国外航空航天制造企业较早开展iGPS测量系统在柔性装配型架安装、大型部件精确定位以及自动钻铆机末端执行器位置标定等过程中的应用研究L4。9]，以缩短装配周期，提高装配质量。例如，美国AIT公司在为B787建立的数字化自动对接装配平台中使用iGPS测量系统实现POGO柱的标定以及机身与机翼的定位u叩；F35在装配过程中采用iGPS测量系统精确引导AG

5、V(AutomatedGuidedVe-hicle)的移动。目前，随着国内数字化装配技术的发展，相关学者及航空航天企业也逐渐展开了iGPS测量系统的相关技术与工程应用研究口“。iGPS测量系统的应用，需要确定发射器的数量和布局形式，同时应满足测量精度、测量范围、测量效率以及测量成本等方面的要求，因此，对给定布局形式的iGPS测量场的精度分析成为实现其布局优化和系统选型的关键技术。文献[12]对iGPS测量系统单个发射器的角度测量不确定度进行了研究，给出单发射器角度测量不确定度与测量空间及目标点位置间的量化关系曲线；文献

6、[13]和文献[14]对iGPS测量系统的整体性能进行了研究，分析iGPS发射器数量与其测量不确定度的关系，并指出iGPS测量系统在动态测量收稿日期：2011．11—16；退修日期：2012-01—10；录用日期：2012—02—09；网络出版时间：2012-03．0511：08网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／111929．V．201203051108005html基金项目：国家自然科学基金(50905010)*通讯作者Tel．：010-82316795E—mail：du—fuzhou@1

7、63tom引用格武iDuFZ．ChenZH，TangxQ．PrecisionanalysisofiGPSmeasurementfieldanditsapplicationActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2012，33(9)；1737-1745拦福捌，朦彭稻，唐姥寿iGPS删量场特度分析及莫应用研霓航空学援，2012，33(9)11737-1745航空学报SeD．252012V01．33No．9方面的缺陷；文献[15-1分析了iGPS测量系统的精度与发射器数量、姿态及相互位置等因素

8、的关系，并指出当发射器间距离小于20m时，其测量精度较高。综上所述。目前对iGPS测量系统的基础研究主要围绕其静态、动态测量特性以及误差源分析等方面展开。本文在已有研究的基础上，提出iGPS单元测量场与网络测量场的概念，给出一种基于单元测量场的iGPS精度场分析方法及其仿真实现，并通过实例研究iGPS测量场精度特性与发射器布局间的