GPS的由來(lái)和應(yīng)用與室內(nèi)GPS測(cè)量系統(tǒng)（iGPS）的組成及優(yōu)點(diǎn)介紹

　　20世紀(jì)70年代，美國(guó)陸、海、空三軍聯(lián)合研制出GPS（GlobalPositioning System）全球定位系統(tǒng)（見(jiàn)圖1），主要為陸、海、空三軍提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，GPS系統(tǒng)不僅僅只用于軍事用途，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸深入到人們的日常生活當(dāng)中，被視為全世界通用的定位系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)不僅在于它的先進(jìn)技術(shù)，更在于它的系統(tǒng)理念。

　　圖1 美國(guó)GPS全球定位系統(tǒng)

　　20世紀(jì)90年代，在GPS測(cè)量原理的啟發(fā)下，美國(guó)Arcsecond公司率先開(kāi)發(fā)出了一種具有高精度、高可靠性和高效率的室內(nèi)GPS（indoorGPS，iGPS）系統(tǒng)（見(jiàn)圖2），主要用于解決大尺寸室內(nèi)空間測(cè)量與定位問(wèn)題。iGPS對(duì)大尺寸的精密測(cè)量提供了一種全新的方法，解決了飛機(jī)外形、大型船身等大尺寸對(duì)象的精密測(cè)量問(wèn)題。iGPS與GPS一樣，利用三角測(cè)量原理建立三維坐標(biāo)體系從而實(shí)現(xiàn)定位，不同的是iGPS采用紅外激光代替了衛(wèi)星（微波）信號(hào)。iGPS是利用室內(nèi)的激光發(fā)射裝置（基站）不停地向外發(fā)射單向的帶有位置信息的紅外激光，接收器接受到信號(hào)后，從中得到發(fā)射器與接受器間的2個(gè)角度值（類似于經(jīng)緯儀的水平角和垂直角），在已知基站的位置和方位信息后，只要有2個(gè)以上的基站就可以通過(guò)角度交會(huì)的方法計(jì)算出接收器的三維坐標(biāo)。

　　圖2 大尺寸IGPS測(cè)量系統(tǒng)

　　iGPS測(cè)量系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　?。?）多用戶測(cè)量。iGPS測(cè)量場(chǎng)是1個(gè)共享的資源場(chǎng)，位于測(cè)量場(chǎng)中的接收器獨(dú)立工作，互不影響，像GPS系統(tǒng)一樣，只需增加傳感器和接收器的數(shù)量就可以增加用戶。

　　（2）測(cè)量范圍廣。在iGPS測(cè)量網(wǎng)中，通過(guò)增加發(fā)射站可實(shí)現(xiàn)量程擴(kuò)展，且不損失測(cè)量精度，其工作范圍為2~300m。

　　（3）抗干擾性好。測(cè)量過(guò)程允許斷光，且不影響測(cè)量精度。

　?。?）無(wú)需轉(zhuǎn)站測(cè)量?？梢酝ㄟ^(guò)增加發(fā)射器或?qū)ζ溥M(jìn)行部局重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)全部測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量，從而降低或消除轉(zhuǎn)站誤差。

　?。?）可視化程度高。無(wú)論是在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)還是中央控制中心，操作人員都可以通過(guò)PDA或計(jì)算機(jī)屏幕實(shí)時(shí)看到被測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

　?。?）一次標(biāo)定多次使用。只要標(biāo)定后的發(fā)射站位置不發(fā)生改變，該測(cè)量場(chǎng)即可無(wú)限次使用。

　　基于以上優(yōu)點(diǎn)，近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外業(yè)界深入研究了iGPS測(cè)量系統(tǒng)，J.Schwendemann［1］等人通過(guò)研究指出，iGPS可用于巷道中掘進(jìn)機(jī)及其他掘進(jìn)設(shè)備的導(dǎo)航以及應(yīng)力狀態(tài)下飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)的變形測(cè)量；德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)和尼康公司的RobertSchmitt［2］等人通過(guò)對(duì)不確定度的研究指出，iGPS系統(tǒng)除用于機(jī)器人的控制和校準(zhǔn)以外，還可以廣泛應(yīng)用于航空、航天、造船、汽車等大尺寸、高精度定位與測(cè)量的裝備制造領(lǐng)域。

　　本文介紹了iGPS測(cè)量系統(tǒng)組成，討論了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)，列舉了iGPS測(cè)量系統(tǒng)在飛機(jī)柔性裝配中的應(yīng)用。