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室内空间测量定位系统(workshop Measurement Positioning System,wMPS)是一种基于多角度观测融合、具有空间网络结构分布的大尺寸测量定位系统,其突破了传统精密测量中低效低精度的测量模式,避免了单站式测量系统有限量程的制约,合理协调了测量范围与精度的矛盾,应用前景十分广阔。然而,wMPS的分布式特性使其更容易受到应用环境干扰而导致测量不可信赖,本文在研究全局测量网络空间构型的基础上,分别对发射节点与接收节点处受到的扰动特性进行分析,并设计与研究针对性的扰动控制解决方案。本文主要研究内容如下:
1.总结了先进装备制造业中大尺寸空间测量技术的发展历程与测量需求,将单站式测量系统与分布式测量系统进行对比,论述了wMPS分布式测量系统的突出优势与关键技术,阐明了wMPS在现场测量中仍未解决的应用环境扰动问题,以船舶制造为例对wMPS测量信号在不同阶段受到的扰动进行分析。下文均针对各阶段扰动的特性进行分析并采取相应的方案对扰动进行控制。
2.在研究发射站测量模型的基础上,采用数值仿真方法分析wMPS测量网的空间构型对测量精度的影响,定义几何精度因子以定量描述空间构型质量,列举影响几何精度因子的两个因素并进行分析与验证,结果表明合理的空间构型是系统高精度测量的基础保障,也是扰动控制技术研究的前提条件。
3.针对发射节点姿态变化问题,通过硬件冗余方法进行姿态扰动的控制与补偿。设计基于倾角传感的新型发射站,通过外部基准约束与精密机械调整将发射站信息与重力基准信息相互关联,开发发射站姿态实时补偿算法,对姿态补偿过程中引入的误差进行仿真分析,通过搭建新型硬件平台验证算法与模型的可行性。
4.针对时间测量信号中存在的误差,通过信号滤波方法进行扰动的剔除。基于时间序列统计理论对系统时间序列信号特征进行时域与频域分析,发现不同时间信号序列之间存在共模误差,并针对此误差提出相应的滤波方案。
5.针对接收节点处坐标测量误差,通过算法冗余方式进行扰动检测与分离。在接收节点引入完好性检测机制,分别基于最小二乘模型与总体最小二乘模型进行发射站故障检测与分离算法的研究,并对故障检测的可靠性进行分析,综合考虑多维度误差干扰情况,提出接收节点完好性分析整体解决方案并进行仿真分析与实验验证。
1.总结了先进装备制造业中大尺寸空间测量技术的发展历程与测量需求,将单站式测量系统与分布式测量系统进行对比,论述了wMPS分布式测量系统的突出优势与关键技术,阐明了wMPS在现场测量中仍未解决的应用环境扰动问题,以船舶制造为例对wMPS测量信号在不同阶段受到的扰动进行分析。下文均针对各阶段扰动的特性进行分析并采取相应的方案对扰动进行控制。
2.在研究发射站测量模型的基础上,采用数值仿真方法分析wMPS测量网的空间构型对测量精度的影响,定义几何精度因子以定量描述空间构型质量,列举影响几何精度因子的两个因素并进行分析与验证,结果表明合理的空间构型是系统高精度测量的基础保障,也是扰动控制技术研究的前提条件。
3.针对发射节点姿态变化问题,通过硬件冗余方法进行姿态扰动的控制与补偿。设计基于倾角传感的新型发射站,通过外部基准约束与精密机械调整将发射站信息与重力基准信息相互关联,开发发射站姿态实时补偿算法,对姿态补偿过程中引入的误差进行仿真分析,通过搭建新型硬件平台验证算法与模型的可行性。
4.针对时间测量信号中存在的误差,通过信号滤波方法进行扰动的剔除。基于时间序列统计理论对系统时间序列信号特征进行时域与频域分析,发现不同时间信号序列之间存在共模误差,并针对此误差提出相应的滤波方案。
5.针对接收节点处坐标测量误差,通过算法冗余方式进行扰动检测与分离。在接收节点引入完好性检测机制,分别基于最小二乘模型与总体最小二乘模型进行发射站故障检测与分离算法的研究,并对故障检测的可靠性进行分析,综合考虑多维度误差干扰情况,提出接收节点完好性分析整体解决方案并进行仿真分析与实验验证。