[发明专利]飞机数字调平技术及方法

权利要求书

1.一种适用于对飞机进行外形测量、关键部件组装或机载航电设备校准安装时的数字化调平技术及方法，其特征在于无需对飞机进行人工调水平步骤，采用激光跟踪仪、激光雷达等三维数字测量仪测量飞机的水平标记点，当前测量坐标系O-X₁Y₁Z₁下的测量结果经转换到飞机水平坐标系O-XYZ下，实现飞机的数字化调平。

2.根据权利要求1所述的技术，其特征在于：已知水平坐标系的判断条件为：水平基准点i在坐标系O-XYZ下的坐标(X_i，Y_i，Z_i)，i＝h1、h2、k1、k2、d1、d2，满足Z_h1-Z_h2＝±σ，Z_k1-Z_k2＝l_k±σ，Z_d1-Z_d2＝±σ，X_d1＝X_d2＝0，其中σ为水平测量的标准偏差。则O-XYZ为飞机水平坐标系，XY面为水平面，YZ面为飞机对称面。设飞机横向基准点h1、h2，纵向基准点k1、k2，对称基准点d1、d2，在当前测量坐标系下的测量值为(x_i，y_i，z_i)，i为调水平的基准点h1、h2、k1、k2、d1、d2。

如图1所示，当前测量坐标系O-X₁Y₁Z₁到飞机水平坐标系O-XYZ则水平坐标系的转换方法如下：

方法一：设H为h1、h2的理论距离，K为k1、k2的理论距离，D为d1、d2的理论距离。不妨设当前坐标系为O-X₁Y₁Z₁，原点定义为d2点，测量坐标系分别绕原点旋转γ，α，θ即可获得飞机水平坐标系。

γ=arcsin(zh1-zh2H)]]>

α=12(arcsin(zk1-zk2)K-arcsinlkK)]]>

使当前坐标系为O-X₁Y₁Z₁分别绕Y₁轴、X₁轴旋转角度γ、α角度，得到新坐标系O-X₂Y₂Z₂。设在O-X₂Y₂Z₂下，点d₁、d₂坐标为(x′_d1，y′_d1，z′_d1)、(x′_d2，y′_d2，z′_d2)，使O-X₂Y₂Z₂绕Z₂轴旋转方位角度得到水平坐标系O-XYZ。

方法二：设水平坐标系O-XYZ下基准点i的坐标为(X_i，Y_i，Z_i)，M为由当前坐标系到飞机基准坐标系的变换矩阵；由当前测量坐标系到飞机水平坐标系O-XYZ的变换方程为：M·(x_i，y_i，z_i)^T＝(X_i，Y_i，Z_i)^T，i＝h₁、h₂、k₁、k₂、d₁、d₂。

设约束条件：Z_h1-Z_h2＝±σ，Z_k1-Z_k2＝l_k±σ，Z_d1-Z_d2＝±σ，X_d1＝0，X_d2＝0。

由约束条件得到残差方程组：

v1=±σ-(Zh1-Zh2)]]>

v2=lk±σ-(Zk1-Zk2)]]>

v3=±σ-(Zd1-Zd2)]]>

v4=-Xd1]]>

v5=-Xd2]]>

引入权因子

[ωv2]=Σωivi2=min]]>

残差平方和为最小，求得变换矩阵M，最后对所有水平点进行坐标转换，实现飞机数字化调平。此时，XY面为飞机水平面，YZ面为飞机对称面。

本发明完全适用飞机水平测量要求，具有高精度、高效率等特点，摆脱了传统飞机水平测量中大量的手工操作，实现了高度数字化，大大降低了劳动强度。