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wMPS 空间测量定位网络布局优化研究


Research work deployment
optimization of workspace Measurement
and Positioning System





一级学科:仪器科学与技术
学科专业:仪器科学与技术
研究生:熊芝
指导教师:叶声华教授
邾继贵教授



天津大学精密仪器与光电子工程学院
二零一二年五月
独创性声明

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中文摘要

与单站坐标测量系统相比,分布式大尺寸坐标测量系统在灵活性、可靠性、
并行性以及量程可扩展性方面具有不可比拟的优势,是实现大尺寸空间内高效、
精密测量的有力支撑。分布式坐标测量系统是一种网络式测量系统,测站网络布
局对系统定位误差有着重大影响,同时测站数目制约着系统使用成本。优化测量
网络结构,为提高系统定位精度、降低成本提供理论支撑,同时为工程实践提供
布站指导,是分布式坐标测量系统使用过程中面临的重要问题。wMPS(workspace
Measuring and Positioning System)空间测量定位系统是一种新型的分布式坐标测
量系统,本文对其网络布局的优化问题进行了研究,主要内容如下:
1、研究了 wMPS 网络布局对定位误差的影响,建立了定位误差模型,是布
局优化的基础。在定位误差模型中,主要分析了测角随机误差在不同网络布局下
对定位误差的影响,因此搭建了单站水平旋转角测量精度校准平台,实现了对单
站测角不确定度的估计。在实验室条件下,通过对被测点重复性误差的统计,并
和定位误差模型解析分析的结果进行比较,验证了定位误差模型的合理性;
2、建立了 wMPS 单向通讯几何模型,分析了测站数目对精度的改善作用,
将两至四个测站组成的小型网络作为典型单元进行研究,在定位误差模型的基
础上,针对平面测量区域,分析了不同测站数目下的典型布局及误差特性;此外,
考虑到使用过程中接收器有效工作距离的限制,以及发射站光平面扫描盲区的存
在,为了权衡定位精度与有效测量区域,提出一种基于多目标约束的典型布局间
距优化方法。实验结果表明,四站典型布局的整体测量精度最高,而三站典型布
局对两站系统的精度改善效果最明显;
3、基于 wMPS 系统特性及典型布局的分析,提出一种利用典型布局实现全
局网络优化的方法。针对全局优化过程中两个关键环节:区域分割和典型布局的
选择,研究了典型布局覆盖面积估算方法,并采用分步式多项式最小二乘拟合
法建立了典型布局定位误差估计模型。在此基础上设计了全局网络优化的流
程,搭建了基本的软件平台。通过现场两个具体应用实例,验证了全局网络优化
方法的可行性。

关键词: 分布式大尺寸测量网络布局定位误差典型布局全局优化
ABSTRACT

Compared with single-station coordinate measuring system, distributed
large-scale coordinate measuring system has unparalleled advantages in flexibility,
reliability, parallelism and range scalability, which makes it to be a strong technical
support to realize efficient and precision measurement in large-scale workspace.
Di