大型多站测量网络的误差传播规律及其补偿方法研究

Large-scale distributed networking measurement is an advanced measurement method for large-scale digital coordinated manufacturing. Because of the complex spatial error characteristics and the special formation mechanism, the measurement error analysis and accuracy control are extremely difficult in the multi-structure and non-orthogonal positioning measurement network. The research uses the analysis method of system dynamics for reference, and analyzes the error diffusion from the node to the local network, then to the overall network to reveal the spatial error propagation law and develop its error compensation method. Firstly, staring from analyzing the parameters variation of a single network node, combining with the coordinates and attitude transformation model, the variation of the network orientation error will be analyzed via the method of mathematical analysis and numerical simulation. And the research focuses on the spatial error propagation law and effect in different network models and network structures. Based on this, the research will develop a network error stratified compensating method by utilizing internal hardware autonomous sensing information and external geometric constraint information. Finally, all the research deliverables will be validated by laboratory simulation and on-site experiment. The purpose of this research is to analyze and reveal the complex error propagation law in the multi-station measurement network serving for large-scale equipment manufacturing. For measurement network structure optimization, network performance evaluation and new equipment development, this research has important scientific significance and engineering application value.

大型分布式网络化测量是目前大尺寸数字量协调制造技术的先进测量方法，多结构、非正交定位测量网络的空间误差特性复杂、形成机理特殊，导致测量误差分析与精度控制面临极大困难。本项目借鉴系统动力学层次分析的观点和方法，采用从节点到局域网络再到整体网络的误差扩散分析思路，揭示空间误差传播规律，进而研究相应的误差补偿方法。研究首先从网络节点参数变化入手，结合坐标和姿态变换模型，采用数学解析和数值仿真方法分析组网定向误差变化，重点研究在不同组网模式、不同网型结构下空间误差传播规律和效果；以此为基础，研究利用本体硬件自主传感和外部几何约束信息，分层次补偿网络误差的方法；最后，通过实验室模拟并结合大型装备制造现场实验对所研究内容进行充分验证。本研究旨在从理论上深入分析并揭示大型多站测量网络复杂误差演化规律，为进一步网络结构优化、网络性能评估和新型设备研发起到指导作用，具有重要科学研究和工程应用价值。

本项目以面向大型装备制造的大尺度分布式多站测量网络为研究对象，研究多结构、非正交定位测量网络节点误差传播问题，为高精度整体测量场的构建提供理论与技术支持。.项目从分布式测量网络节点参数变化分析入手，基于三维坐标变换的空间误差传递模型，研究了网络测量节点误差的主要来源、影响因素及传播规律，形成了wMPS发射节点低阶近似误差与接收节点对心误差的优化方法。其次，从网络结构传递系数矩阵中定义了精度因子，进行了网络空间构型及影响因素分析，研究了网络布局及重构方法。针对测量网络节点误差优化与补偿问题，研究了wMPS发射节点激光面变形评估与模型标定方法，提升了节点测量精度；利用组合传感几何约束条件，研究了基于倾角传感的节点姿态补偿方法，研制了组合型发射站样机，解决了系统组网欠约束定向问题。最后，相关研究成果应用于国家“大船”巨型总段智能对接工程中，有力保障了国家重点工程建造任务的实施进程。.项目共计发表期刊论文24篇，其中，国际期刊论文14篇，国内核心期刊论文10篇，SCI检索14篇，EI检索20篇。申请国家发明专利8项，授权国家发明专利7项，授权美国发明专利1项，1项获得转让。项目成果获得了中国专利优秀奖、“江南造船集团科技创新奖”特等奖和天津市专利奖金奖。入选天津市青年科技优秀人才，协助培养博士研究生4人，已毕业2人；硕士研究生9人，已毕业7人；1人获得天津大学优秀硕士学位论文，1人获得第四届“天津大学工程硕士实习实践优秀成果获得者”特等奖。