空间测量定位系统测角不确定度分析及检定

　　随着科学技术的发展和大型工程测量实践的需要，在对大型部件几何参数测量、结构检核、调整以及装配定位中，通过角度、距离测量相结合的办法，在现场建立“非正交坐标系”实现大尺寸精密测量，成为工业部门广泛应用的方式和手段。目前常用的大尺度空间非正交坐标系测量系统有经纬仪测量系统、激光跟踪测量系统、激光扫描测量系统、关节式坐标测量机、室内GPS 和工业数字摄影测量系统等[1]。

　　上世纪90 年代，美国Arcsecond 公司在GPS 启发下开发了室内GPS 并成功应用于波音公司747到F /A18 飞机整机的装配线中。此外，该系统在造船厂及干船坞的水准测量、船体装配和校准等方面也为南韩主要造船商提供了新的解决方案。英国Bath 大学对室内GPS 进行了大量的性能评估试验，对误差分析理论的研究仍未成熟。国内部分高校和研究机构也对该系统进行了大量的理论研究和样机实验，如天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室自主研发的空间测量定位系统wMPS( WorkspaceMeasuring and Positioning System) 以及西安交通大学申请的发明专利中公开的基于双旋转激光平面发射机网络空间定位系统，此外国内航空制造业也正在积极探索其具体应用模式[2-4]。

　　掌握系统误差分布规律，评估系统性能，采取有效手段控制或减小误差，是测量系统成功应用于工程的重要前提。因此，对室内GPS 测量精度进行系统的分析和研究是亟待解决的问题。在角度交汇定位测量系统中，角度测量作为基本测量单元，测角精度是系统整体测量精度的保证，本文以wMPS 为基础平台，建立了测角模型，分析了模型中误差源对测量不确定度的影响，并设计相关实验对测角不确定度进行了评定。

　　1 wMPS 系统简介

　　wMPS 测量系统主要由四部分组成: 发射站、接收器、任务计算机和主控计算机，如图1 所示。主控计算机在整个系统中的作用是统一管理系统资源以及监控系统运行状态。任务计算机从主控计算机申请资源，构建测量网，处理测量网中的数据，并将测量网的实时运行状态上报给主控计算机。任务计算机管理机制体现了wMPS 多任务并行的特点，多个接收器可以组成一个测量网，同一个接收器也可以属于多个测量网。

　　图2 和图3 所示为发射站和接收器实物图。位于发射站旋转头的两激光平面在测量空间实现扫描，接收器将感应到的光脉冲信号转化为时间息。发射站和接收器之间单向通讯，组成一个角度测量子系统[5]，wMPS 由两个或两个以上的角度测量子系统组成，通过多个角度交汇实现空间的定位。