基于开源软件GMTSAR与iGPS的时序形变自动化处理工具研发及应用

地表形变是地球内部多种物理过程的表现,是探索深部地球物理环境的重要工具.近年来随着数据和软件的丰富,合成孔径雷达干涉(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术常被作为探测地壳形变的首选手段,因而快速掌握处理技术成为构造地质和地震过程等研究领域从业者的迫切需求.本文扩展了形变时序分析软件包iGPS的功能,开发了一套基于InSAR开源软件GMTSAR的辅助处理程序,实现了时序InSAR分析流程的自动化,具备数据自动获取、干涉自主组织、时序分析调用、形变结果分析与展示等功能,显著简化了处理过程;以青藏高原西部现今地壳形变探测为例,详述了自动化处理流程,并与GNSS速度场进行对比检验了形变结果的可靠性.本文处理了2015年6月至2022年9月期间Sentinel-1卫星T12轨道的61期成像数据,获取了南北跨度上千千米的InSAR形变场,显示伴随青藏高原地壳东向挤出而产生的左旋剪切主要发生在高原北部,尤其是阿尔金断裂带、玛尔盖茶卡—昆仑断裂带之间的地带,吸收了大部分塔里木盆地与青藏高原之间的相对运动;带内活动断裂分布较近,构造形变混叠在一起难以有效分离,使得准确地估计阿尔金断裂带的现今滑动速率面临挑战.本文系统地梳理了如何借助开源InSAR软件来实现形变时序的自动化处理,有助于地球物理等领域的研究者快速熟悉与掌握相关知识与技术.

iGPS的单站多点分时测量系统对掘进机偏向位移精度研究

为解决目前掘进机定位过程中存在自动化程度低、测量介质易被遮挡等问题,提出了一种基于i GPS的掘进机单站多点分时测量系统,并应用此系统对掘进机偏向位移精度进行研究。根据实际工况,构建单站多点分时测量系统,建立掘进机偏向位移与测量参数的数学模型,根据随机误差建模理论推导出误差传递方程,研究在不同发射站间距、不同测量距离情况下偏向位移误差的变化规律,通过高精度测试系统进行试验验证。

iGPS测量系统实现关键技术及应用

20世纪90年代,在GPS测量原理的启发下,美国Arcsecond公司率先开发出了一种具有高精度、高可靠性和高效率的室内GPS(indoor GPS,iGPS)系统,主要用于解决大尺寸室内空间测量与定位问题。iGPS对大尺寸的精密测量提供了一种全新的方法,解决了过去像飞机外形、大型船身等大尺寸对象的精密测量问题。iGPS与GPS一样,利用三角测量原理建立三维坐标体系从而实现定位,不同的是iGPS采用红外激光代替了卫星(微波)信号。

基于激光雷达、iGPS的飞机水平测量技术研究

飞机水平测量又称飞机的特征点测量,通过测量这些特征点来检测飞机总体装配质量.目前飞机水平测量工作使用的测量工具包括水平仪、光学经纬仪、全站仪、激光跟踪仪等.传统飞机水平测量方法是采用水平仪、光学经纬仪对水平点进行测量.该方法采用人工读数、记录和手工计算,需对飞机调整水平状态,测量过程复杂、人为误差大、自动化程度低.近年来,激光跟踪仪、全站仪等先进数字化仪器在飞机水平测量中的广泛应用,一定程度的提高了飞机水平测量的精度、自动化程度,降低了劳动强度.

iGPS系统与经纬仪测量系统联合测量方法研究

i GPS测量系统凭借建站方便快捷、测量速度快等优势,已经在国内外航空航天制造等大型工业设备安装和检测领域有广泛的应用,而航天器测量任务中大量的立方镜准直测量工作则只能由经纬仪测量系统完成。由于经纬仪测量系统点坐标测量效率偏低,需要将i GPS系统测量点通过经纬仪系统转换到立方镜坐标系下,实现两种坐标测量系统的联合测量。基于上述需求,研究了两种系统的坐标系转换方法,提出了利用标定板实现转换的方法,分析了原理与转换过程,并通过实验验证了可靠性和精度。

iGPS系统测量精度测试与分析

iGPS测量系统已经在国外航空航天制造与检测、汽车船舶工业设计与制造、大型工业设备安装与检测、逆向工程等领域广泛应用。国内应用则刚刚展开，因对其了解不够深入，测量精度没有进行严格的对比和测试，多数应用于辅助测量任务。基于上述现状，本文分析了iGPS系统的测量与坐标解算原理，并分别对系统建站精度、静态单点内符合测量精度、与其它坐标测量系统的坐标转换精度以及不同运动状态下系统的动态测量精度进行了实验测试，得到了有关系统精度的可靠结论。

基于iGPS的铁路轨道检测系统设计

目前使用的铁路轨道测量设备,以人工推动检测小车结合全站仪居多.该设备测量效率低,难以实现自动化.对此,提出了一种新型的基于光电扫描式角度交会测量原理,利用iGPS测量技术进行检测测量的系统,设计了基站单元、接收器单元、轨道检测架、无线通信装置等组成部分,并根据其检测原理和方法,总结了该系统的高精度、智能化等特点.

iGPS测量原理及其精度分析

iGPS测量技术采用类似于GPS的空间定位原理,通过测量两台以上发射器发射的红外激光信号,解算得到接收传感器的空间三维坐标。在分析iGPS角度测量原理的基础上,进一步分析iGPS的系统平差原理和在线控制程序开发技术,最后分析iGPS的测量精度及其应用,提出完全测量空间概念。

利用iGPS进行大尺寸空间坐标测量的不确定度评估

iGPS是一种基于激光旋转扫描定位的网络式大尺寸空间坐标测量系统。为分析系统的空间坐标测量不确定度,建立空间坐标测量模型,分析影响系统测量精度的误差源,利用蒙特卡罗法进行了仿真。针对其典型的四站网络测量系统,对系统的测量不确定度进行评估,获得系统的误差分布规律,为iGPS现场大尺寸精密测量系统的具体应用提供有利的支撑。

iGPS测量不确定度空间分布分析方法

针对i GPS实际测量现场的快速评估与布局优化问题,研究了i GPS测量不确定度空间分布规律.给出了i GPS测量模型,据此建立了i GPS测量不确定度通用两站分析模型,进一步提出了基于两站模型变换的测量不确定度空间分布分析方法,并根据发射器覆盖范围进行了修正.该方法适用于发射器为任意数目与空间布局的i GPS测量环境,可用于计算i GPS测量环境中任一空间点的测量不确定度.构建了i GPS两站与四站实际测量环境,并进行了数值仿真计算与实际测量偏差对比.结果表明,两者数据吻合良好,该i GPS测量不确定度空间分布分析方法能有效描述i GPS测量不确定度空间分布规律.

基于激光跟踪仪、iGPS的飞机水平测量技术研究

针对传统飞机水平测量方法的不足,提出一种基于激光跟踪仪、iGPS数字化测量系统联合应用的水平测量新方法。介绍激光跟踪仪、iGPS两种测量系统的组成及工作原理。制定了包括iGPS测量场布局、iGPS系统标定、激光跟踪仪布站、统一坐标系、激光跟踪仪转站及水平测量点测量等环节的飞机水平测量方案。应用表明,该方案测量精度高、劳动强度低,完全满足新一代飞机的装配需求。

基于iGPS的飞机部件对接技术研究

数字化测量技术是实现飞机高质量、高效率自动对接的基础。iGPS具有多点同时测量、测量范围大、可扩展性强等优点,可以为飞机部件对接提供全局性、实时性的位置姿态信息,是实现飞机部件自动化对接数字化测量和定位的有效手段。针对将iGPS引入飞机部件对接环节所面临的问题,概述基于iGPS的飞机部件对接系统的组成和工作原理,提出系统所面临的实时测量、坐标系统一、位姿比对、调姿轨迹规划等关键技术,并根据现有算法给出相应的解决方法。以ARJ21翼身对接作为应用实例,验证了系统各关键技术解决算法的可行性。

IGPS发射器角度校准中同轴调整方法研究

在IGPS发射器角度校准中,需要将IGPS发射器旋转轴与精密转台旋转轴调整同轴.由于传统的同轴调整方法是以调整轴的外轮廓为基准进行调整的,而IGPS发射器外型不规则,因此提出了一种不依靠规则外型为基准的同轴调整方法.将6支一维光电位置敏感装置(Position Sensitive Detector,PSD)分2层安装在以精密转台旋转轴为中心的同心圆上,两支激光器安装在IGPS发射器旋转头外侧,当与旋转头一起旋转时,激光束打在PSD上,根据光斑位置可以确定IGPS发射器旋转轴与精密转台旋转轴之间的位置关系,从而实现两轴同轴调整.该方法除了可将IGPS发射器调整到与精密转台同轴位置外,也可将不规则旋转工件的轴调整到与已知轴的同轴状态.由误差分析可知,装置的两轴同心调整误差为0.005mm,两轴平行调整误差为5″.

面向大型薄壁件柔性装配平台的IGPS发射器研制

介绍了Inoodr GPS测量系统发射器的研制,其应用于大型薄壁件制造的柔性自动化装配平台实现在线反馈调整。发射器系统包括发射器机械装置、电机恒速控制技术和同步脉冲发生装置。采用NASTRAN完成了机械装置的动态性能分析,采用运动控制卡完成闭环电机旋转控制。经过对发射器结构和电机转速性能测试,结果表明,有效地避开了机械共振和摆角偏差,发射器能够满足大空间高精度三维光电测量要求。

基于iGPS的飞机部件对接测量点选取方法研究

iGPS在飞机对接中拥有多点实时测量、测量范围大的优势,是未来飞机对接测量的发展趋势。在iGPS测量过程中,测量点的选取是测量工作的重要环节,对飞机部件的对接质量影响很大。目前测量点的选取主要依赖经验,难以满足高效对接的需求,针对这一问题提出了一套基于测量关键特性的iGPS测量点选取方法,按照对接流程将测量关键特性分为基准特性、调姿特性、连接特性和工装特性4类。基于4类测量关键特性提出了测量点选取原则和方法。通过某型号民机前、中机身对接实例详细阐述了飞机对接测量点选取流程,验证了该方法的可行性。

大部件对接中基于单位四元数的iGPS测量位姿比对研究

在大尺寸飞机部件数字化对接过程中,i GPS的应用越来越广泛。本文在研究i GPS测量数据结构与形式的基础上,提出了基于单位四元数的i GPS测量位姿比对算法。与目前常用的一些位姿比对方法相比,该算法具有计算简洁明了、编程实现便捷的优点,尤其适用于大旋转角、多点实时测量的情形。验证实验结果表明,在不同旋转角和平移量的情况下,该算法均具有很高的转换精度,可有效适用于i GPS的测量位姿比对。

基于IGPS和麦克纳姆轮的AGV导航控制系统设计

目前常规使用的舵轮和差速轮自动导引车(automated guided vehicle,AGV)的精度和灵活性低,无法满足在大型高端产品装配过程中精确定位和导航的要求。为了进一步提高AGV的导航精度和柔性,提出了一种基于IGPS(indoor global positioning system,室内全球定位系统)和麦克纳姆轮的AGV高精度导航控制系统。首先通过IGPS高精度定位和坐标计算获取IGPS接收器的位置坐标,其次采用车体中心提取算法和坐标转换矩阵实现接收器坐标位置到车体中心坐标的转换,最后通过对全向移动AGV的建模,采用模糊PI控制方法对AGV的路径偏差进行纠正,实现AGV的精确定位和循迹导航。利用Simulink对模糊PI控制和传统PI控制进行仿真分析,结果表明,相对于传统PI控制,模糊PI控制响应速度快,调整曲线更平滑。同时,在基于IGPS的AGV试验平台进行试验,采用激光跟踪仪对AGV重复定位位置进行测量,结果显示定位精度达到±0.2 mm。研究结果对提高AGV的高精度定位能力具有借鉴意义,也为后续可移动机器人加工模式的研究提供参考。

iGPS导航技术的探索分析研究

本文分析了iGPS系统在导航应用及GPS增强方面的特征和优点。通过对iGPS系统构架、时间同步、导航终端的多普勒定位算法等关键技术的分析,从以下三个方面总结了iGPS对低轨星导航系统建设的借鉴意义:在系统构架设计方面减少系统对地面站点依赖增加系统灵活自主性运行能力;在工作体制方面,采用自主信号播发和中高轨卫星导航增强信号的转发,增加系统的抗干扰能力;导航终端可采用多普勒测量定位,减少对可见星数量约束。

面向大型薄壁件柔性装配平台的IGPS接受器研制

主要介绍了Indoor GPS(iGPS)测量系统接受器的研制,iGPS测量系统原理是基于区域GPS三维空间测量技术,利用红外扇面激光代替卫星微波信号向全局范围内发送,传感器接受激光信号之后,经过电路处理将其处理成脉冲信号,利用现场可编程门列FPGA,设计数字信号处理单元,测量出激光信号之间的时间间隔,根据后方角度交会原理计算出接收器当前空间位置三维坐标值。系统应用于大型薄壁件制造的柔性自动化装配平台实现实时在线反馈调整,得到满意的效果。

iGPS测量系统与激光跟踪仪在某飞机大部件数字化装配中的对比应用

数字化检测技术是现代飞机数字化制造的重要保证手段。目前激光跟踪仪是航空制造行业内广泛应用的主要数字化测量系统,而i GPS测量系统则是新兴的大空间尺寸测量系统。着重介绍了中航飞机公司采用两种数字化测量系统进行的工艺对比试验和工程应用验证的情况,并通过对比结果对两种测量系统的优劣进行初步分析。分析认为iGPS测量系统相对激光跟踪仪有一定优势,但组网精度和测量精度略低,其受工程发射器数量及产品结构、数字化装配系统的布局限制,测量精度会进一步受到影响。iGPS更适用于对测量精度相对要求较低、测量范围较大、测量效率有一定要求的数字化测量环境。