iGPS測量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用
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圖1 美國GPS全球定位系統(tǒng)
圖2 大尺寸IGPS測量系統(tǒng)
（1）多用戶測量。iGPS測量場是1個(gè)共享的資源場，位于測量場中的接收器獨(dú)立工作，互不影響，像GPS系統(tǒng)一樣，只需增加傳感器和接收器的數(shù)量就可以增加用戶。
（2）測量范圍廣。在iGPS測量網(wǎng)中，通過增加發(fā)射站可實(shí)現(xiàn)量程擴(kuò)展，且不損失測量精度，其工作范圍為2~300m。
（3）抗干擾性好。測量過程允許斷光，且不影響測量精度。
（4）無需轉(zhuǎn)站測量?？梢酝ㄟ^增加發(fā)射器或?qū)ζ溥M(jìn)行部局重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)全部測量點(diǎn)的測量，從而降低或消除轉(zhuǎn)站誤差。
（5）可視化程度高。無論是在測量現(xiàn)場還是中央控制中心，操作人員都可以通過PDA或計(jì)算機(jī)屏幕實(shí)時(shí)看到被測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
（6）一次標(biāo)定多次使用。只要標(biāo)定后的發(fā)射站位置不發(fā)生改變，該測量場即可無限次使用。
基于以上優(yōu)點(diǎn)，近幾年來國內(nèi)外業(yè)界深入研究了iGPS測量系統(tǒng)，J.Schwendemann[1]等人通過研究指出，iGPS可用于巷道中掘進(jìn)機(jī)及其他掘進(jìn)設(shè)備的導(dǎo)航以及應(yīng)力狀態(tài)下飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)的變形測量；德國亞琛工業(yè)大學(xué)和尼康公司的RobertSchmitt[2]等人通過對不確定度的研究指出，iGPS系統(tǒng)除用于機(jī)器人的控制和校準(zhǔn)以外，還可以廣泛應(yīng)用于航空、航天、造船、汽車等大尺寸、高精度定位與測量的裝備制造領(lǐng)域。
本文介紹了iGPS測量系統(tǒng)組成，討論了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)，列舉了iGPS測量系統(tǒng)在飛機(jī)柔性裝配中的應(yīng)用。
iGPS測量系統(tǒng)組成
典型的iGPS測量系統(tǒng)主要由3大部分組成：信號發(fā)射、信號接收和信號處理（見圖3）。信號發(fā)射部分為激光發(fā)射器，系統(tǒng)工作時(shí)，發(fā)射器發(fā)出2 道具有固定角度的扇面激光和全向光脈沖，該激光對人體和眼睛沒有任何傷害；信號接收部分由傳感器和接收器組成，傳感器接收來自發(fā)射器發(fā)出的激光模擬信號，并傳給放大器，接收器對放大信號進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)化成數(shù)字化的角度信息；信號處理部分由中央計(jì)算機(jī)、客戶端和數(shù)據(jù)處理軟件組成，角度信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至中央計(jì)算機(jī)，由第三方數(shù)據(jù)處理軟件（如MAYA、SpatialAnalyzer、Metrolog Ⅱ等）處理為準(zhǔn)確的方位信息，并在整個(gè)工作區(qū)域和網(wǎng)絡(luò)中共享，以便于多個(gè)用戶從客戶端讀取被測點(diǎn)的位置信息，從而實(shí)現(xiàn)定位。沈飛公司與天津大學(xué)、634所聯(lián)合研制的iGPS測量系統(tǒng)主要由發(fā)射基站、接收器（測量傳感器）、前端處理機(jī)、控制網(wǎng)、任務(wù)計(jì)算機(jī)和主控計(jì)算機(jī)組成。主控計(jì)算機(jī)位于星形網(wǎng)絡(luò)布局的中心，負(fù)責(zé)控制測量任務(wù)及參數(shù)配置、分配資源、構(gòu)建及優(yōu)化控制網(wǎng)并監(jiān)控整個(gè)測量系統(tǒng)的狀態(tài)。發(fā)射基站分布于整個(gè)測量空間，其數(shù)量和位置根據(jù)測量空間和測量任務(wù)進(jìn)行規(guī)劃，只要保證接收器（測量傳感器）同時(shí)接收2個(gè)或2個(gè)以上發(fā)射基站的掃描激光信號，測量即可穩(wěn)定進(jìn)行。前端處理機(jī)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)接收器（測量傳感器）接收到的光信號轉(zhuǎn)換為時(shí)間信號，并通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)（無線傳輸距離可達(dá)40m）發(fā)送到任務(wù)計(jì)算機(jī)，由任務(wù)計(jì)算機(jī)完成空間坐標(biāo)的解算并進(jìn)行三維顯示?？刂凭W(wǎng)協(xié)助接收器完成精確解算的任務(wù)，并動態(tài)監(jiān)控、更新發(fā)射基站參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動校正和補(bǔ)償。經(jīng)過系統(tǒng)應(yīng)用測試驗(yàn)證，車間測量場系統(tǒng)精度能達(dá)到0.2mm。
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