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基于激光跟踪仪的飞机位姿测量方法研究

屈亚伟  
【摘要】:本文以飞机大部件的对接装配为背景,开展对飞机位姿测量方法的研究。根据飞机位姿测量任务的要求,对测量系统进行了对比和选择,并根据测量系统的特点提出了测量方案。对飞机位姿的解算方法进行了研究,并分析了解算方法的误差。分析了飞机位姿的误差源,并建立了飞机位姿的误差模型。最后,以转台为实验对象进行了实验验证。首先,本文根据坐标系之间的转换关系对飞机的位姿进行了定义,并对飞机位姿的测量原理进行了研究。对几种大空间数字化测量系统进行了对比,最终选择了激光跟踪仪测量系统作为飞机位姿的测量系统,并提出了基于激光跟踪仪的飞机位姿测量方案。然后,本文进行了飞机位姿解算方法的研究。利用最小二乘法推导了飞机位姿初值的解算模型,根据位姿基准点之间的几何约束,提出了一种基于共轭梯度法的飞机位姿解算方法并对解算方法的误差进行了分析。其后,本文对飞机位姿的误差开展了研究。根据飞机位姿的解算模型,分析了其误差来源。根据飞机坐标系和全局坐标系的转换关系式的泰勒展开式推导了飞机位姿与误差源的误差传递公式,并建立了飞机位姿的误差模型。最后,本文对基于激光跟踪仪的位姿测量方法进行了实验验证。利用激光跟踪仪测量转台内环上的位姿基准点,对转台的三个姿态角进行解算,并对其进行了误差分析。实验证明,转台的姿态角测量精度达到0.01,位姿基准点在转台坐标系和全局坐标系下的坐标的匹配误差小于0.5mm,本文的位姿测量方法达到了预期精度。误差分析表明,转台姿态角的测量误差主要来源于转台负载平面的制造误差。


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