基于激光雷达的机载设备安装姿态校准

　　随着现代飞机对性能要求的不断提高，对其生产制造亦提出了愈来愈高的要求。在飞机的生产制造过程中，飞机机载设备安装位置的校准、全机的水平测量等工序是飞机总装时不可或缺的重要环节。这些工序涉及对飞机各种机载设备安装位置以及对飞机各部件相对位置准度进行检验和调整，是对飞机上各种机载设备安装位置及飞机主要几何尺寸或参数误差的最后总检测。机载设备通常在飞机上的安装均有一定的姿态精度要求，诸如设备相对于飞机水平基准面的俯仰角、侧倾角以及相对于飞机对称面的偏航角一般都有安装精度要求，需要在安装时进行安装姿态的校准。各种机载设备安装姿态的精度，直接关系到飞机飞行参数的精确度，从而影响飞机的飞行性能。如机载导航设备的安装位置的精度对于飞机飞行的导航精确度有着极为关键的影响。

　　目前国内对飞机的各种机载设备安装姿态以及对飞机各部件相对位置的校准测量工作仍以传统光学测量仪器为主，使用的测量工具包括水准仪、光学经纬仪和钢卷尺等。对于机载设备安装姿态的校准，则需要在飞机调整为水平姿态的情况下，借助复杂的校准夹具以及靶板等工具，由工作人员以手工方式进行。采用这种方法，仅满足于能把飞机制造出来，测量精度和效率低下。新一代飞机对部件和机载设备的安装准确度提出了更高要求，传统的飞机测量和校准方法已经无法满足其要求，迫切需要在机载设备安装姿态的校准测量等序中采用先进的数字化测量仪器和技术。

　　数字化测量技术的迅速发展使得新的测量仪器不断出现。在飞机制造领域得到和正在得到应用的数字化测量设备主要包括全站仪、经纬仪、激光跟踪仪(Laser tracker)、室内GPS(Indoor GPS，亦称为局域GPS)、照相测量和激光雷达(Laserradar)等。激光雷达由于具有测量精度高，测量范围广，非接触式和自动化程度高等优点，在国外的航空、造船和汽车等工业领域，正得到越来越多的应用。激光雷达是雷达技术与激光技术相结合的产物，是激光器用于探测和测距的技术，它使传统雷达的工作波段扩展到光波波段。激光雷达的工作波段一般从红外波段到可见光及紫外光波段，由于工作波长较短，激光雷达的测量精度、分辨能力和抗干扰性能远远超过普通的微波雷达。利用激光雷达进行飞机机载设备安装姿态的校准，可以有效提高测量校准的精度和效率，满足现代飞机更高的研制要求。

　　l激光雷达系统的测量原理与组成

　　激光雷达通常包括激光器、发射望远镜、接收望远镜、滤光器、光电探测器、信号处理单元、数据输出单元和电源等基本组成部分。其基本原理和构造与激光测距仪极为相似：首先向被测量目标发射一束激光，然后根据所测量的反射或散射信号的到达时间、强弱和频率变化等参数，确定被测量目标的距离、方位和运动速度等。激光雷达是一种球坐标系的测量系统，它利用反射镜指向测量目标来得出方位角卢和俯仰角口，利用红外激光来获取目标的距离尺，最后将被测目标的球坐标参数转换成笛卡尔直角坐标，得出被测量点的坐标位置(z，Y，z)，如图1所示，其中的坐标转换可按式(1)进行。