[发明专利]基于激光跟踪仪的飞机机身姿态计算方法

权利要求书

1.一种基于激光跟踪仪的飞机机身姿态计算方法，其特征在于包括如下步骤：

1)在测量空间内，布置覆盖整个空间的5～12个公共观测点，并被激光跟踪仪测量到；

2)利用激光跟踪仪测量公共观测点坐标，在现场建立一个参考坐标系，计算公共观测点在参考坐标系下的位置，称之为公共观测点的理论位置；

3)根据机身数字化模型，设计一个飞机放置在现场的理想位置，此时，机身上各测量点在现场参考坐标系下的坐标值，称为测量点的理论值；

4)各激光跟踪仪测量公共观测点，根据公共观测点的理论值和测量值对激光跟踪仪进行转站，使得激光跟踪仪的测量坐标系与参考坐标系重合；这一步通过操作跟踪仪的配套软件实现。

5)测量机身上的姿态测量点，并根据姿态测量点的理论值和测量值计算机身姿态，姿态计算方法考虑了部分测量点的约束要求，以最小二乘误差表达作为目标函数，利用多目标最优化模型把约束和点匹配结合起来，利用牛顿法求解最优化问题，获得符合约束条件的飞机机身最佳姿态。

2.根据权利要求1所述的一种飞机机身姿态计算方法，其特征在于所述的在现场建立一个参考坐标系，计算公共观测点在参考坐标系下的位置步骤：设建立的直角坐标系原点为O(x0，y0，z0)，x、y、z轴为分别表示为向量OX，OY，OZ，则公共观测点P在参考坐标系下的位置P’的计算公式为：

P’＝((P-O)·OX，(P-O)·OX，(P-O)·OX)

3.根据权利要求1所述的一种飞机机身姿态计算方法，其特征在于所述的根据机身数字化模型，设计一个飞机放置在现场的理想位置步骤：飞机坐标系和现场坐标系方向一致，各方向上有平移量Δ(Δx，Δy，Δz)，若机身上各测量点在飞机坐标系下坐标K，则测量点的理论值为K+Δ。

4.根据权利要求1所述的一种飞机机身姿态计算方法，其特征在于所述的测量机身上的姿态测量点，并根据姿态测量点的理论值和测量值计算机身姿态步骤：

1)所述的最小二乘误差表达作为目标函数为：min(ξ_m(v)w_m+ξ_c1(v)w_c1+…+ξ_ci(v)w_ci+…+ξ_cn(v)w_cn)

其中v为需要求解的姿态参数，v＝[α β γ t₁ t₂ t₃]表示飞机机身从初始姿态到当前姿态通过先绕参考坐标系的x轴旋转α度，绕y轴旋转β度，再绕z轴旋转γ度，最后在x，y，z方向上各平移t₁，t₂，t₃获得。w表示相应的各个误差项的权值，通过它调节各误差项的所占权重，ξ_m为匹配误差，ξ_ci表示各种约束的的误差，其具体表达如下：

(1)其中匹配误差表示为：

ξ_m(v)＝∑‖x_Bi-(R(v)x_Ai+t(v)‖²，

其中，R(v)和t(v)表示由姿态参数确定的旋转矩阵和平移矩阵。x_Ai和x_Bi分别表示测量点的理论值和相应的测量值。

(2)其中对称约束误差表示为：

ξc1(v)=||SA1-PB1′||2,]]>

其中：SA1=(1-2a2)x0-2aby0-2acz0-2ad(1-2b2)y0-2abx0+2bcz0-2bd(1-2c2)z0-2acx0-2cby0-2cd,]]>

{a，b，c，d}为对称平面π：ax+by+cz+d＝0的参数。

PA1′=R(v)*PA1+t=[x0,y0,z0],]]>

PB1′=R(v)*PB1+t,]]>

P_A1、P_B1为机身有对称约束的测量点的理论值，为相应的测量值。

(3)其中多点在同一平面上的约束的误差表示为：

ξ_c2(v)＝∑|R(v)x_Aki+t(v))[a b c]^T+d|²

其中{a，b，c，d}为约束平面π:ax+by+cz+d＝0的参数。x_Aki表示要约束到平面上去的测量点的理论值。

(4)多点在同一直线上的约束的误差可表示为：

ξc3(v)=Σ||Xi-(R(v)xAki′+t(v))||2;]]>

其中Xi=(l2-1)(xAkix-x0)+ml(xAkiy-y0)+nl(xAkiz-z0)+xAkixml(xAkix-x0)+(m2-1)(xAkiy-y0)+mn(xAkiz-z0)+xAkiynl(xAkix-x0)+mn(xAkiy-y0)+(n2-1)(xAkiz-z0)+xAkiz;]]>

x_Aki＝[x_Akix，x_Akiy，x_Akiz]为要约束到直线上的测量点的理论值，为相应测量点的测量值；

2)利用牛顿法求解上述的最优化问题，获得结果使得各点误差和各约束误差都比较小的姿态参数，通过调节权值，可以调节误差在各约束中的分配。