一種用于飛機(jī)自動(dòng)化裝配的iGPS動(dòng)態(tài)測量誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提供一種用于飛機(jī)自動(dòng)化裝配的iGI^動(dòng)態(tài)測量誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法，它設(shè) 及一種基于室內(nèi)GPS即iGPS(indoorGP巧的自動(dòng)化裝配平臺測量輔助系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)測量誤 差補(bǔ)償方法，用于飛機(jī)自動(dòng)化裝配過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測與信息反饋，解決裝配現(xiàn)場多目標(biāo)實(shí)時(shí) 跟蹤測量的問題，屬于數(shù)字化測量的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 該iGI^測量系統(tǒng)是一種新型的大尺寸空間測量系統(tǒng)，具有高精度、高效率和多任 務(wù)并行等特點(diǎn)，能提供全局性、實(shí)時(shí)性的測量數(shù)據(jù)。基于iGPS的自動(dòng)化裝配平臺是解決飛 機(jī)部件自動(dòng)化裝配的有效方案，能夠解決飛機(jī)裝配現(xiàn)場空間跨越大，精度要求高等難題。但 是，作為一種光學(xué)測量設(shè)備，iGPS的測量精度會因裝配過程中運(yùn)動(dòng)部件空間位置的實(shí)時(shí)變 化而降低，引入動(dòng)態(tài)測量誤差。當(dāng)前對于iGI^動(dòng)態(tài)測量特性的研究還停留在定性研究階 段，沒有給出其具體的動(dòng)態(tài)測量特性。本發(fā)明針對iGI^測量原理，在靜態(tài)測量方法的基礎(chǔ) 上，建立iGI^動(dòng)態(tài)測量模型，提出發(fā)射器測角補(bǔ)償原理，并利用兩站坐標(biāo)定位模型描述動(dòng) 態(tài)測量誤差的產(chǎn)生及傳遞過程，從而加W補(bǔ)償。實(shí)現(xiàn)飛機(jī)自動(dòng)化裝配過程中iGI^動(dòng)態(tài)測量 誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 1、發(fā)明目的：
[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種用于飛機(jī)自動(dòng)化裝配的iGPS 動(dòng)態(tài)測量誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法，它是一種用于飛機(jī)自動(dòng)化裝配過程的實(shí)時(shí)跟蹤測量補(bǔ)償方 法，解決了飛機(jī)裝配過程中iGI^對測量目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤測量時(shí)引入冗余誤差的問題，最 終達(dá)到對飛機(jī)裝配過程實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。 陽005] 2、技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明提供了一種用于飛機(jī)自動(dòng)化裝配的iGI^動(dòng)態(tài)測量誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法。研 究現(xiàn)有的iGI^測量模型，利用兩站坐標(biāo)定位模型描述動(dòng)態(tài)測量誤差的產(chǎn)生及傳遞過程。通 過對iGI^測角和目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行分析，得到動(dòng)態(tài)測量誤差的補(bǔ)償方法。
[0007] iGI^測量系統(tǒng)由發(fā)射器，傳感器，標(biāo)定桿、控制柜和數(shù)據(jù)處理軟件組成。測量時(shí)，發(fā) 射器產(chǎn)生1道紅外L邸選通信號和2道紅外光平面信號，傳感器接收到光信號后產(chǎn)生時(shí)間 脈沖信號，PCE(PositionCalculatiedEngine,位置處理器）根據(jù)時(shí)間脈沖信號，得到傳感 器相對于發(fā)射器的角度信息，經(jīng)TCP/IP協(xié)議發(fā)送到控制柜PC端，數(shù)據(jù)處理軟件Surveyor 根據(jù)運(yùn)些角度信息解算出傳感器的空間坐標(biāo)信息。iGI^動(dòng)態(tài)測量時(shí)，只要傳感器能接收到 2個(gè)發(fā)射器的光信號，并對每個(gè)發(fā)射器的測角值進(jìn)行補(bǔ)償，然后根據(jù)兩站坐標(biāo)定位原理可W 確定傳感器的動(dòng)態(tài)測量坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)了iGI^動(dòng)態(tài)測量誤差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償。
[0008] 本發(fā)明一種用于飛機(jī)自動(dòng)化裝配的iGI^動(dòng)態(tài)測量誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法，其具體步 驟如下： 陽009] 步驟一、確定測量目標(biāo)，規(guī)劃測量范圍；
[0010] 步驟二、構(gòu)建iGI^兩站測量系統(tǒng)；
[0011] 步驟Ξ、獲取測量目標(biāo)坐標(biāo)信息；
[0012] 步驟四、求解測量目標(biāo)角度；
[0013] 步驟五、求解發(fā)射器光束基本參數(shù)；
[0014] 步驟六、修正發(fā)射器光束基本參數(shù)；
[0015] 步驟屯、求解測量目標(biāo)修正坐標(biāo)信息；
[0016] 步驟八、重復(fù)步驟Ξ至屯，對第二個(gè)發(fā)射器進(jìn)行修正；
[0017] 步驟九、求解測量目標(biāo)動(dòng)態(tài)測量信息。
[0018] 其中，在步驟一中所述的"測量目標(biāo)"，是指位于運(yùn)動(dòng)平臺測量組件上的傳感器；
[0019] 其中，在步驟二中所述的"iGI^兩站測量系統(tǒng)"，是指利用兩臺發(fā)射器構(gòu)建的iGPS 測量系統(tǒng)，其具體構(gòu)建過程如下：
[0020] 步驟1、安置兩個(gè)發(fā)射器，應(yīng)保證發(fā)射器位置能夠覆蓋測量對象，選取具有最佳測 量效果的對角形覆蓋；
[0021] 步驟2、設(shè)備供電，連接控制柜；
[0022] 步驟3、使用基準(zhǔn)尺對iGI^測量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，解算兩發(fā)射器的空間坐標(biāo)信息和 姿態(tài)信息，完成iGI^測量系統(tǒng)坐標(biāo)系的建立；
[0023] 步驟4、將矢量棒vectorbar通過控制軟件surv巧or融合到iGPS測量系統(tǒng)的坐 柄系下，完成iGPS測量系統(tǒng)的構(gòu)建。
[0024] 其中，在步驟Ξ中所述的"獲取測量目標(biāo)坐標(biāo)信息"，是通過iGI^數(shù)據(jù)采集軟件 Surveyor來實(shí)現(xiàn)測量目標(biāo)坐標(biāo)信息的獲取，該軟件是iGPS測量系統(tǒng)配套軟件；而"坐標(biāo)信 息"，指的是測量目標(biāo)在iGI^測量系統(tǒng)的笛卡爾坐標(biāo)值；
[0025] 其中，在步驟四中所述的"求解測量目標(biāo)角度"，該測量目標(biāo)角度是指傳感器相對 于發(fā)射器局部坐標(biāo)系的方位角0和俯仰角Θ，其求解過程是根據(jù)步驟二所述的發(fā)射器坐標(biāo) 信息、姿態(tài)信息和步驟Ξ所述的測量目標(biāo)坐標(biāo)信息得到的，其具體實(shí)現(xiàn)過程是根據(jù)發(fā)射器 和傳感器的坐標(biāo)信息，計(jì)算傳感器在發(fā)射器局部坐標(biāo)系下的位置矢量，進(jìn)而求解出傳感器 相對于發(fā)射器的方位角0和俯仰角Θ;
[00%] 其中，在步驟五中所述的"求解發(fā)射器光束基本參數(shù)"，發(fā)射器光束指的是iGI^測 量系統(tǒng)中發(fā)射器所發(fā)射的兩扇形光束，其基本參數(shù)包括：光束掃過傳感器時(shí)在水平面上與X軸的夾角Φ1、Φ2和相對于初始時(shí)間t。的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間t1、t2;其具體求解過程是根據(jù)步驟四 所述的測量目標(biāo)角度解算的，其中Φ?、Φ2可由下式求解 [0027]
陽02引轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間Vt2可根據(jù)下式求解
[0029]
[0030] 式中，Φκ:是兩光平面在水平面上的夾角，大小是90度，ω是發(fā)射器的旋轉(zhuǎn)角速 度。
[0031] 其中，在步驟六中所述的"修正發(fā)射器光束基本參數(shù)"，是指修正后的夾角Φι'和 Φ'2,修正過程是通過對運(yùn)動(dòng)造成的時(shí)間延遲進(jìn)行補(bǔ)償完成的，其具體修正過程如下：
[0032] 兩扇形光束在掃過測量目標(biāo)時(shí)，在水平面上與X軸的夾角為：
[0033]
[0034] 式中，（Kff是兩光平面在水平面上的夾角，大小是90度，ω是發(fā)射器的旋轉(zhuǎn)角速 度，ΔΦι和ΔΦ2是補(bǔ)償角，表示傳感器相對于與發(fā)射器Ζ軸成一定夾角旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的角 度，等效值為
[0035]
[0036] 式中，《ml,ω"2是等效角速度，取逆時(shí)針方向?yàn)檎?，近似等于V是傳感器 的運(yùn)動(dòng)速度大小，r是傳感器到發(fā)射器局部坐標(biāo)系原點(diǎn)的距離，α和β是等效系數(shù)。
[0037] 其中，在步驟屯中所述的"求解測量目標(biāo)修正坐標(biāo)信息"，其過程是在上述步驟的 基礎(chǔ)上完成的，在得到測量目標(biāo)相對于發(fā)射器的坐標(biāo)信息和修正的發(fā)射器光束基本參數(shù) 后，得到傳感器相對于發(fā)射器經(jīng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償后的方位角#和俯仰角9 '
[0038]
[0039] 式中，各參數(shù)與W上步驟中所述一致。
[0040] 其中，在步驟九中所述的"求解測量目標(biāo)動(dòng)態(tài)測量信息"，指的是利用上述步驟所 述方法，結(jié)合兩站坐標(biāo)定位模型求解測量目標(biāo)實(shí)時(shí)的經(jīng)過補(bǔ)償?shù)臏y量信息，其具體求解過 程根據(jù)下式進(jìn)行解算：
[0041 ]
[00創(chuàng)式中，Ri和R2是兩發(fā)射器在全局坐標(biāo)系下的姿態(tài)角矩陣，由步驟二所述的發(fā)射器 姿態(tài)信息描述；（?y,，Za)t和（XB，ye,Zb)T是步驟二所述的發(fā)射器空間坐標(biāo)信息；r1和r2是 傳感器與兩發(fā)射器的距離，根據(jù)步驟二所述的發(fā)射器坐標(biāo)信息和步驟Ξ所述的測量目標(biāo)坐 標(biāo)信息得到；釋:和0 1'是傳感器相對于第一個(gè)發(fā)射器經(jīng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償后的方位角和俯仰角課； 和Θ' 2是傳感器相對于第二個(gè)發(fā)射器經(jīng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償后的方位角和俯仰角；(X，y，Ζ)Τ是傳感器 實(shí)時(shí)的經(jīng)過補(bǔ)償?shù)臏y量信息。
[0043] 3、發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及功效
[0044] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是通過對iGI^測量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測量結(jié)果進(jìn)行 分析，得出iGI^測量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測量過程中誤差引入的原理，通過建模，達(dá)到了評估動(dòng)態(tài)測 量誤差的目的，并實(shí)現(xiàn)了測量過程的實(shí)時(shí)補(bǔ)償，運(yùn)對于飛機(jī)自動(dòng)化裝配的實(shí)現(xiàn)具有重大的 意義，有助于改善飛機(jī)裝配測量不能實(shí)時(shí)跟蹤的現(xiàn)狀。
【附圖說明】
[0045] 圖1為發(fā)射器測角值示意圖。
[0046] 圖2為iGI^測量過程示意圖。
[0047] 圖中序號、符號、代號說明如下：
[0048] P(x，y，z)是傳感器的空間坐標(biāo)信息，Φι、Φ2是兩光平面掃過傳感器時(shí)在水平面 上與X軸的夾角，ti、t2是相對于初始時(shí)刻t。的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，ΦWf是兩光平面在水平面上的夾 角，大小是90度，餐和Θ是傳感器相對于發(fā)射器的方位角和俯仰角；
[0049] 圖3為iGI^兩站坐標(biāo)定位模型示意圖，圖中序號、符號、代號說明如下：
[0050] (?yA，Za)和（而，ye,Zb)是兩發(fā)射器空間坐標(biāo)信息；ri和Γ2是傳感器與兩發(fā)射器的 距離，巧郝Θ/是傳感器相對于第一個(gè)發(fā)射器經(jīng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償后的方位角和俯仰角，f/?;和Θ'2 是傳感器相對于第二個(gè)發(fā)射器經(jīng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償后的方位角和俯仰角，P(X，y，Z)是傳感器實(shí)時(shí)的 經(jīng)過補(bǔ)償?shù)臏y量信息。
[0051] 圖4為本發(fā)明流程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)的介紹。
[0053] 本發(fā)明一種用于飛機(jī)自動(dòng)化裝配的iGI^動(dòng)態(tài)測量誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法，見圖1-圖 4,其具體步驟如下： 陽054] 步驟一、確定測量目標(biāo)，規(guī)劃測量范圍； 陽05引步驟二構(gòu)建iGPS兩站測量系統(tǒng)；
[0056] 步驟Ξ、獲取測量目標(biāo)坐標(biāo)信息；
[0057] 步驟四、求解測量目標(biāo)角度；
[0058] 步驟五、求解發(fā)射器光束基本參數(shù)；
[0059] 步驟六、修正發(fā)射器光束基本參數(shù)；
[0060] 步驟屯、求解測量目標(biāo)修正坐標(biāo)信息；
[0061] 步驟八、重復(fù)步驟Ξ至屯，對第二個(gè)發(fā)射器進(jìn)行修正；
[0062] 步驟九、求解測量目標(biāo)動(dòng)態(tài)測量信息。
[0063] 其中，在步驟一中所述的"測量目標(biāo)"，