iGPS技术

主讲人：学号：20152007952016年5月28日IGPS技术及其应用目录•iGPS简介•iGPS系统组成•iGPS系统原理•iGPS系统应用IGPS简介•iGPS，英文全称是indoorGPS，故也被称为室内GPS。在上世纪九十年代美国Arc-second公司在GPS启发下，根据GPS的测量原理，提出基于区域GPS技术的三维测量理念，进而开发出了一种具有高精度、高可靠性和高效率的室内GPS系统。•该系统使用红外脉冲激光发射器代替卫星的作用，接收器根据发射器投射来的光线时间特征参数，计算接收器所在点的角度和位置，并由此计算出接受其所在点的三维坐标。IGPS简介iGPS是一种超越传统测量的大尺寸空间测量技术，作为三维空间定位和测量提供一种全新的解决方案具有以下优点：•多用户测量：iGPS网络系统与全球定位系统中的卫星网络类似，支持无穷多个用户。在整个车间坐标系中，用户可以使用无限多个传感器来完成不同的测量任务；•测量范围广：iGPS可以在2~80m甚至更大的范围内进行高精度作业；IGPS简介•抗干扰性好：测量过程中允许段光，且不影响测量精度；•无需转站测量：可以通过增加发射器或对其进行部局重构，实现对系统内全部测量点的测量，从而降低或消除转站误差；•可视化程度高：无论是在测量现场还是中央控制中心，操作人员都可以通过PDA或计算机屏幕实实看到被测点的三维坐标；IGPS系统组成•iGPS系统硬件主要包括激光发射器，传感器，手持式测量杆，工作站，标准杆，三角架等。•每套iGPS系统都有相应的客户软件，用以处理原始数据获取精确的位置和方向信息。•发射器：标准iGPS系统含有4个计量型发射器，可以发射对人眼无害的红外线。•传感器：iGPS系统支持各种不同结构的传感器，且没有数量限制。IGPS系统组成•移动式工作站：可以存储和处理数据，并控制其他机器设备。•标准杆：标准杆的主要作用在于标定系统。IGPS系统组成IGPS系统原理测角原理：利用角速度和时间求角度。激光发射器发射出两个呈扇形的激光面和一路红外LED波束（选通脉冲）。这两个激光扇面与垂直平面的夹角为30°和‐30°，扇面的覆盖范围为±30°。IGPS系统原理•垂直角量测：由于扇形光束与垂直平面有夹角,所以在不同高度的水平面内相交出的扇形弧度是不一样的。而发射器的转动速度已知,因此由两束脉冲之间的时间间隔可以求出垂直角。IGPS系统原理•水平角量测：由于红外LED波束和扇形光束之间的夹角不变，因此通过比较两次接收扇形光束的时间与接收到LED波束的时间差就可以计算出水平角来。IGPS系统原理iGPS系统标定：•在测量之前，应该获取各发射器之间的相对关系，建立统一的坐标系。•一般建立坐标系时以第一台发生器旋转中心为原点，与第二台发生器中心连线的水平投影为Y轴，第一台发生器旋转轴为Z轴，建立右手坐标系。IGPS系统原理•在已知精确尺寸的标准杆的两侧各有一个圆柱式的传感器，操作人员只需将标准杆放置在一个所有激光发射器信号都交汇的位置或手持此标准杆在区域内随意走上一圈即能标定系统。IGPS系统原理•发射器定向利用光束平差法建立坐标系统；•定向之后，两个发射器基线的水平投影长度可以按照标准尺法求出；•标准杆同时也可以用来连接不同发射器对的坐标系。在每个发射器对确定的坐标系下求出标准杆上传感器的位置，可以将他们统一到同一个坐标系；IGPS系统原理•将所有发生器都归纳入统一的坐标系之后，即可按照前方交会和三角高程测量的方法求出待定点三维坐标。IGPS系统精度•理论上来说，2个发射器就可以测得待定点三维坐标。但是增加发射器可以增加多余观测，获得更好的精度。当发射器足够多时，测量误差区域变成接近圆形，它的大小和形状在整个测量区域中都保持稳定。•iGPS目前能达到的技术指标：IGPS系统的应用IndoorGPS主要应用于飞机制造、卫星制造等航空航天领域，汽车、造船以及工业测量等领域。IGPS系统的应用飞机柔性装配应用：•柔性装配工装定位：首先建立iGPS坐标系统，进行工装的定位安装，大大缩短准备时间；•自动牵引运输车导航：IGPS可以实现对运输车的精确导航，并且根据需要进行交通控制和传输路径规划，控制停泊位置和电池充电站；•部件的对接：协助机器人完成部件对接；•工业机器人自动引导：使用iGPS系统对工业钻铆机器人进行实时引导，以提高机翼指定位置处钻孔及铆接精度；可使机翼钻孔和铆接工位的定位准确程度提高10倍。•全机水平测量：应用iGPS系统完成全机水平测量无需使用专用工装和场地，不必调整飞机处于水平状态，在任何工位和姿态下均可实现，系统标定后，1~2名操作者30分钟内即可完成全机水平测量工作，传统方法完成全机水平测量平均需要5~8h，测量精度由mm级提高到μm级F35全机隐身喷涂：F35隐身喷涂应用8个固定的iGPS发射站安装装置，每个固定装置内有2台红外发射器，在工位四周分布有22个可移动iGPS安装装置，通过红外发射站照射整个工位对激光投影设备及机身上的光学传感器进行角度交汇定位，每个光传感器具有360°的视场，实现对涂层的监测控制。结语•iGPS被证明具有高精度、高可靠性以及高效用性，主要用于解决大尺寸测量问题。可以认为，iGPS技术延续了GPS技术对测量技术领域的革命。•由于其具有的独特优势，以美国波音公司，洛克希德·马丁公司为代表的很多精密工业生产商都采用了该系统。•近些年出现了蓝牙室内定位等类似技术。谢谢！