iGPS丈量体系完成关键技术及使用

20世纪70年代，美国陆、海、空三军联合研发出GPS（GlobalPositioning System）全球定位体系（见图1），首要为陆、海、空三军供给实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报搜集、核爆监测和应急通讯等一些军事意图。通过几十年的开展，GPS体系不只仅只用于军事用处，现在现已逐步深化到人们的日常日子傍边，被视为全世界通用的定位体系。GPS体系的优势不只在于它的先进技术，更在于它的体系理念。

图1 美国GPS全球定位体系

20世纪90年代，在GPS丈量原理的启发下，美国Arcsecond公司首先开宣布了一种具有高精度、高可靠性和高效率的室内GPS（indoorGPS，iGPS）体系（见图2），首要用于处理大尺度室内空间丈量与定位问题。iGPS对大尺度的精细丈量供给了一种全新的办法，处理了飞机外形、大型船身等大尺度目标的精细丈量问题。iGPS与GPS相同，运用三角丈量原理树立三维坐标体系然后完结定位，不同的是iGPS选用红外激光替代了卫星（微波）信号。iGPS是运用室内的激光发射设备（基站）不停地向外发射单向的带有方位信息的红外激光，接纳器接受到信号后，从中得到发射器与接受器间的2个视点值（类似于经纬仪的水平角和垂直角），在已知基站的方位和方位信息后，只需有2个以上的基站就能够通过视点交会的办法计算出接纳器的三维坐标。

图2 大尺度IGPS丈量体系

iGPS丈量体系具有以下长处：

（1）多用户丈量。iGPS丈量场是1个同享的资源场，坐落丈量场中的接纳器独立作业，互不影响，像GPS体系相同，只需添加传感器和接纳器的数量就能够添加用户。

（2）丈量规模广。在iGPS丈量网中，通过添加发射站可完结量程扩展，且不丢失丈量精度，其作业规模为2~300m。

（3）抗干扰性好。丈量进程答应断光，且不影响丈量精度。

（4）无需转站丈量。能够通过添加发射器或对其进行部局重构，完结对体系内悉数丈量点的丈量，然后下降或消除转站差错。

（5）可视化程度高。无论是在丈量现场仍是中心操控中心，操作人员都能够通过PDA或计算机屏幕实时看到被测点的三维坐标。

（6）一次标定屡次运用。只需标定后的发射站方位不发生改动，该丈量场即可无限次运用。

依据以上长处，近几年来国内外业界深化研讨了iGPS丈量体系，J.Schwendemann[1]等人通过研讨指出，iGPS可用于巷道中掘进机及其他掘进设备的导航以及应力状况下飞机机身结构的变形丈量；德国亚琛工业大学和尼康公司的RobertSchmitt[2]等人通过对不确定度的研讨指出，iGPS体系除用于机器人的操控和校准以外，还能够广泛使用于航空、航天、造船、轿车等大尺度、高精度定位与丈量的配备制作范畴。

本文介绍了iGPS丈量体系组成，评论了体系完结关键技术，列举了iGPS丈量体系在飞机柔性安装中的使用。

iGPS丈量体系组成

典型的iGPS丈量体系首要由3大部分组成：信号发射、信号接纳和信号处理（见图3）。信号发射部分为激光发射器，体系作业时，发射器宣布2 道具有固定视点的扇面激光和全向光脉冲，该激光对人体和眼睛没有任何损伤；信号接纳部分由传感器和接纳器组成，传感器接纳来自发射器宣布的激光模拟信号，并传给扩大器，接纳器对扩大信号进行处理并转化成数字化的视点信息；信号处理部分由中心计算机、客户端和数据处理软件组成，视点信息通过无线网络传输至中心计算机，由第三方数据处理软件（如MAYA、SpatialAnalyzer、Metrolog Ⅱ等）处理为准确的方位信息，并在整个作业区域和网络中同享，以便于多个用户从客户端读取被测点的方位信息，然后完结定位。沈飞公司与天津大学、634所联合研发的iGPS丈量体系首要由发射基站、接纳器（丈量传感器）、前端处理机、操控网、使命计算机和主控计算机组成。主控计算机坐落星形网络布局的中心，担任操控丈量使命及参数装备、分配资源、构建及优化操控网并监控整个丈量体系的状况。发射基站散布于整个丈量空间，其数量和方位依据丈量空间和丈量使命进行规划，只需确保接纳器（丈量传感器）一起接纳2个或2个以上发射基站的扫描激光信号，丈量即可安稳进行。前端处理机担任完结接纳器（丈量传感器）接纳到的光信号转化为时刻信号，并通过Zigbee无线网络（无线传输间隔可达40m）发送到使命计算机，由使命计算机完结空间坐标的解算并进行三维显现。操控网帮忙接纳器完结准确解算的使命，并动态监控、更新发射基站参数，以完结体系的主动校正和补偿。通过体系使用测验验证，车间丈量场体系精度能到达0.2mm。