一种测量值的粗大误差判别方法
【专利摘要】本发明创造提供一种测量值的粗大误差判别方法，目的是解决在大量测量值中，利用激光跟踪仪测量薄壁件位姿所测量的数据一般不超过10个，在剔除粗大误差时，现有的3σ判断准则已经不适用的问题。本发明创造提供的一种测量值的粗大误差判别方法，算法简单、结果可靠，可以查找小数据量范围内的粗大误差。除此之外，该算法易于用计算机程序实现，只需要把所需数据输入程序，即可运行程序得到分析结果，应用领域广泛。
【专利说明】一种测量值的粗大误差判别方法
【技术领域】
[0001] 本发明创造属于计量测试领域，尤其是涉及一种测量值的粗大误差判别方法。
【背景技术】
[0002] 火箭箭体部段、飞机机身和机翼等都属于大型弱刚性薄壁件，在自身重力和外压 力作用下会产生变形，致使两对接面的定位基准很难对正，成为火箭大部件对接装配的瓶 颈问题。如何评估火箭大部段的姿态成为解决上述问题的关键。目前，抑制大型弱刚性薄 壁件变形的方法主要是在薄壁件端面安装刚性端框，对于大型薄壁件的测量主要采用激光 跟踪仪等仪器，通过测量刚性端框表示薄壁件的位置和姿态。在测量中，会出现人为的测量 误差，即粗大误差。在大量测量值中，比较成熟的剔除粗大误差的方法是3 〇准则。而利用 激光跟踪仪测量薄壁件位姿所测量的数据一般不超过10个，在剔除粗大误差时3 〇准则已 经不适用。
[0003] 目前，国内航空航天领域所使用的调整机构有手动支架、祐1架；国外的航空航天领 域已经开始使用自动化的调姿设备，使用比较多的是P0G0柱群。支撑机翼的P0G0柱多达 10个，通过联动调解实现机翼的位置和姿态调整，然后实现对接。自动化调姿设备已经在国 外的多种机型中使用，波音737、787等，空客Α320等。国内也开始了对自动化对接设备的 研究，国内的浙江大学、中航工业研究所在飞机大部件装配中引进国外思想，采用了三自由 度P0G0柱机构，通过多个P0G0柱协调运动进行大部段的调姿装配。
[0004] 航空航天领域内的大型薄壁件尺寸大，很多是通过螺栓连接的，连接面上少则数 十个连接孔，作则几百，甚至上千个连接孔。连接之前需要对薄壁件进行位置和姿态的调 整，使得连接面对正，才能进行连接。如果有粗大误差存在的话，将导致错误的计算结果。目 前，国内大型薄壁件调整机构在使用过程中，都需要从测量仪器读取测量值，然后根据测量 值计算驱动量，如果有粗大误差存在的话，则会导致不能正确调姿，甚至损伤薄壁件。
【发明内容】
[0005] 本发明创造要解决以上大型薄壁件测量时的遇到的问题，提供一种测量值的粗大 误差判别方法，该方法可以查找测量数据中的误差。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：一种测量值的粗大判别方 法，该方法包括以下步骤：
[0007] 步骤一、在刚体上选取η个测量点Ai (i = 1，2···η)，要求η个测量点不在一条直线 上，通过测量η个点在空间的坐标就可以确定刚体的空间位姿；
[0008] 步骤二、记刚体上η个测量点Ai在动坐标系ο-xyz下的坐标向量为叫=[xAi yM zAi]T(i = 1，2···η),点Ai在定坐标系orxjA中的实际测量值记为A' p以向量a' ^ =
[X Ai y Ai Z Ai]表不；
[0009] 步骤三、刚体的实际位姿用转换矩阵R'和位置向量Τ'表示，那么点化的实测值 与通过坐标转换得到的坐标值之间的误差可以表示为：
[0010] Δ aj = i-(R/ ai+T/ ) (i = l，2...n) (1)
[0011] 步骤四、用向量2-范数来评价该误差的大小，可以写成：
[0012] ||AaiIU=lla，i-(R/ ai+T/ ) || 2 (i = 1, 2-η) (2)
[0013] 步骤五、取向量2-范数的平方和： _4]
【权利要求】
1. 一种测量值的粗大判别方法，其特征在于：该方法包括以下步骤： 步骤一、在刚体上选取η个测量AAi(i = 1,2··· η),要求η个测量点不在一条直线上， 通过测量η个点在空间的坐标就可以确定刚体的空间位姿； 步骤二、记刚体上η个测量AAi在动坐标系o-xyz下的坐标向量为叫=[xAi yAi zAi] τ(? = 1，2···η)，点Ai在定坐标系c^-XAZi中的实际测量值记为A' i，以向量a' ^[χ' Ai y' Ai z' Ai]T 表不； 步骤三、刚体的实际位姿用转换矩阵V和位置向量Τ'表示，那么点化的实测值与通 过坐标转换得到的坐标值之间的误差可以表示为： Δ aj = i_(R/ ai+T/ ) (i = l，2...n) (1) 步骤四、用向量2-范数来评价该误差的大小，可以写成： II Δ ai || 2 = || a' 「（R' a^T' ）|| 2(i = 1，2…η) (2) 步骤五、取向量2-范数的平方和：
(3) 步骤六、设测量仪器的测量误差范围为[_n，+ n]，则式（1)的最大值为： Aai = a' 「（R' ajT' ）= [± η ± η ± n]T (4) 步骤七、每个位姿下的目标函数都对应一个最小值，这些最小值是有一个取值范围的， 这些最小值可能达到的最大值为：
(5) 步骤八、式（3)的取值范围是[0?3n II2]，如果式（3)的值超出此范围，则认 定测量值中至少有一个是粗大误差，为找出该点，依次剔除测量值A ' = 1，2··· η)，然后，利用n-1个测量值计算目标函数，如果只有某次剔除后的n-1个测量值 A' dA' 2. ..A' j+A' j+1. ..A' n对应的目标函数值在[0?3(η-1)η2]范围内，而其余 次剔除后n-1个测量值对应的目标函数值超出[0?3(η-1) η2]，则认定该测量值Α'」为 粗大误差，需要剔除； 步骤九、如果η次剔除计算所对应目标函数均超出范围，则认定数据中有1个以上的粗 大误差，此时利用η-2个测量值计算目标函数，判别方法与只有1个粗大误差的方法相同， 以此类推，直到剔除所有粗大误差。
【文档编号】G01B21/00GK104121877SQ201410387859
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】李新友, 赵瑞峰, 乔志峰, 李强, 陈乃玉, 冯叶素, 李刚, 张志博, 杨中宝, 熊占兵, 马彦辉, 徐方强 申请人:天津航天长征火箭制造有限公司, 中国运载火箭技术研究院