针对航空、航天、船舶等制造领域大构件形貌测量的大量程、高数据密度、高效率、结构复杂等特点, 研究了一种融合光电扫描全局定位和终端形貌测量技术的大构件高分辨率几何形貌整体测量方法。通过条纹投影摄影测量系统在构件局部表面投射相位条纹, 获取高精度稠密点云, 设计了位姿测量算法, 解决了复杂现场不满足交会条件时无法实现位姿测量的问题, 在室内空间测量定位系统(workshop Measurement Positioning System, wMPS)组建的全局测量网络体系中, 对条纹投影摄影测量系统进行全局定位。从而在不依赖软件拼接算法的情况下, 通过数据融合完成了大构件整体形貌测量。实验结果表明: 该系统的点云密度为50点/mm2, 整体测量精度可达0.22 mm。

工作空间测量定位系统是一种基于激光扫描的三维坐标大尺寸分布式测量系统, 目前已广泛应用于大尺寸测量领域。该系统可以通过增加发射站数目来扩展量程同时精度并不损失, 其前提是有一套精确的全局定向参数。在系统多平面约束的数学模型基础上, 阐述了一种基于三维控制场的wMPS全局组网定向方法。在标定空间内设置点位坐标已知的控制点组成控制场, 给出了组网定向的模型及优化方法, 并给出迭代初值生成方法。实验表明: 通过基于控制场全局组网定向方法后, 系统与激光跟踪仪对比后点位误差优于0.15 mm, 在提高效率的同时大大提高了系统的精度。

空间测量定位系统是一种在多测站协同作用下实现坐标测量的大尺寸测量系统, 因此测站布局优化成为了重要研究问题。为解决此问题, 本文提出了一种基于模拟退火粒子群算法的测站优化部署方案, 以定位精度, 覆盖度, 使用成本作为优化函数, 运用粒子群算法及模拟退火算法进行协同搜索, 并建立模拟退火粒子群算法的测站布局优化流程, 对两到四个测站进行仿真优化分析。仿真结果表明, 该方法能快速收敛于最优解并获得一种较优的测站布局。

空间测量定位系统是一种基于光电扫描的角度交汇测量系统, 由于该系统是在多测站协同作用下实现坐标测量, 因此测站的布局优化是应用时面临的重要问题。为了解决该问题, 提出了一种基于改进自适应遗传算法的测站优化部署方案。以系统定位精度、覆盖度和使用成本作为多目标优化函数; 将进化代数衰减因子与自适应遗传算法相结合, 根据多目标函数建立改进自适应遗传算法优化流程; 对2~4个测站进行仿真优化分析。仿真结果表明, 与传统自适应遗传算法相比, 该方法能在10~20代内收敛到最优解并获得更优的目标函数值。因此该方法在空间布局优化设计中能有效提高系统的测量性能。

针对工作空间测量定位系统(wMPS)存在交会误差, 且在复杂测量现场中存在空间遮挡问题, 文中在研究周向接收器测量原理的基础上设计了一种全新的周向接收器。该接收器在一个平面内固定了6个光电接收单元, 通过标定6个单元的位置关系使其成为一个整体, 进而实现测量功能。以两台发射站为基础, 详细阐述了该周向接收器标定方法, 并依托天津大学研发的wMPS实验平台对该方法进行了实验验证。实验结果显示: 周向接收器的测量重复性在0.2 mm以内, 测量精度在0.3 mm以内, 该方法在解决系统在复杂测量现场中的空间遮挡问题的同时, 从原理上消除了交会误差对测量结果的影响。

工作空间测量定位系统(workspace Measuring and Positioning System,wMPS)是一种基于旋转激光扫描平面交会的室内大尺寸定位系统。它可实现计量精度的三维坐标测量，主要应用于制造加工及装配领域的测量和检测任务。作为一种大尺寸的测量系统，与中小尺寸测量系统相比，它的测量空间与测量精度的矛盾更加突出。如何寻找此系统所覆盖测量空间内精度最高的一个点或者以此点为中心的一个区域是一个非常重要而且有意义的问题。从该测量系统的测量原理出发，与传统经纬仪相对比，给出一种利用解算方程系数矩阵的条件数作为评价空间交会优劣的评价模型，继而引入粒子群算法来求解测量空间内的最佳测量点，实验结果表明：评价模型和对应的求解方法是正确的，也是有效的，利用此方法得到的测量点为中心的区域坐标不确定度最小，而且此方法为今后的发射站布局问题的研究打下了有益的基础。

设计了一种新型多光谱多光轴**装备通用化的光轴平行性检校系统。采用高精度平移平行光管的方法, 使平行光管出射的平行光束分别进入**平台各个光电系统, 由平行光管产生无限远白光、微光、红外目标, 对待检测多光轴**系统进行光轴平行性检测。利用WMPS单发射站测角模型, 结合摄影测量PNP问题, 建立高精度空间坐标定位系统, 对平行光管在移动过程中进行精准位置姿态测量, 并根据测量结果进行高精度姿态恢复, 保证平行光管平移精度。该系统能够适用于多种不同类型光电**装备, 实现自动化检测, 并给出了数字化光轴误差量, 具有良好的通用性和可扩展性。

本文针对传统飞机水平测量技术的缺点及劣势, 将基于工作空间测量定位系统的数字化测量技术应用到飞机水平测量工序当中, 精度得到提高的同时, 使得测量周期由原来的一天缩短到了一个小时。此外, 示范应用效果表明, 工作空间测量定位系统十分吻合大尺寸测量及装配等生产应用需求, 应用前景十分广泛。

工作空间测量定位系统是一种采用光平面交汇原理的大尺寸坐标测量系统, 测量过程中发现扫描光面并不是理想平面, 影响了测量精度。提出了一种思路: 利用二次曲面方程来描述扫描光面。运用线性最小二乘法对扫描光面上的离散点进行拟合, 得到二次曲面方程, 在正交线性变换的基础上, 分析了扫描光面的形状。对同一组测量点数据分别用二次曲面和平面进行拟合, 将拟合的效果进行比较, 结果表明: 利用抛物柱面方程能够更准确地描述扫描光面。

室内空间测量定位系统 (wMPS)是一种基于多向定位原理的新型网络式测量系统，为分析系统单站的测角不确定度，建立了角度测量模型，分析了影响系统测角精度的误差源并给出误差的评估方法，利用蒙特卡罗统计法进行了仿真，获得了测角误差的分布。提出一种以多面棱体和平行光管作为调整手段，多齿分度台为角度参考基准的发射站水平角不确定度分析平台，实验结果表明该平台的有效性并获取测量空间内发射站的水平角不确定度为 2.2″。