一種基于慣性測量組件的管道探傷系統(tǒng)導(dǎo)航定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于慣性測量組件的管道探傷系統(tǒng)導(dǎo)航定位方法。對于一套IMU輸出數(shù)據(jù)同時進行兩組慣導(dǎo)解算；管道探傷系統(tǒng)經(jīng)過定點磁標(biāo)時，接收定點磁標(biāo)位置參考信號，當(dāng)管道探傷系統(tǒng)接收到3組位置參考信號時，將接收到3組位置參考信號與相應(yīng)時刻SINS1輸出位置的差值作為量測量，進行SINS2系統(tǒng)重調(diào)：測量出航向誤差和陀螺漂移εb并進行補償，并校正SINS2位置誤差；利用里程計信息和SINS2測量的航向與姿態(tài)進行航位遞推，可以得到航位遞推位置；將SINS2和航位遞推進行位置誤差組合得到誤差方程，經(jīng)卡爾曼濾波估計出管道探傷系統(tǒng)的位置、速度、姿態(tài)和里程計的刻度系數(shù)誤差，并對SINS2進行輸出校正，得到準(zhǔn)確的航向、姿態(tài)、位置、速度測量值。
【專利說明】一種基于慣性測量組件的管道探傷系統(tǒng)導(dǎo)航定位方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于慣性測量組件(IMU)的管道探傷系統(tǒng)導(dǎo)航定位方法，該方法具有精度高、外部信息需求量少、不限制管道探傷系統(tǒng)運行的速度大小和緯度變化等機動方式的優(yōu)點，對于石油管道探傷系統(tǒng)精度的提聞具有很大的意義。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油管道技術(shù)發(fā)展過程中，捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)(Strapdown Inertial NavigationSystem, SINS)因具有完全自動的導(dǎo)航特性，可以連續(xù)、實時地提供位置、速度和姿態(tài)信息，以及短時精度高，不受氣候條件限制等優(yōu)點，成為管道探傷系統(tǒng)的核心部分，它主要是通過慣性測量裝置(Inertial Measurement Unit, IMU)實時得到的量測信息經(jīng)過慣導(dǎo)解算,從而完成導(dǎo)航定位。但是，捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差隨時間增長，而其誤差主要是由陀螺漂移引起的，因此在長時間的 工作過程中，需要周期性的對其進行校正。而基于慣性測量組件(IMU)的管道探傷系統(tǒng)導(dǎo)航定位方法，只需要每隔一段時間連續(xù)獲得三次外部位置信息觀測值，不需要限制管道探傷系統(tǒng)運行的速度大小和緯度變化等機動方式，便能夠估計出陀螺漂移和航向并進行補償，從而將系統(tǒng)的誤差抑制到合適的精度范圍。因此基于慣性測量組件(IMU)的管道探傷系統(tǒng)導(dǎo)航定位方法能夠適用于石油管道探傷定位系統(tǒng)，井能有效提高管道探傷系統(tǒng)定位的精度。
[0003]對于油氣管道探傷定位技術(shù)來說，目前借助里程計/ INS組合導(dǎo)航的方式較為常見，但由于里程計本身的誤差較大，其組合導(dǎo)航的精度偏低，已無法滿足現(xiàn)有的油氣管道探傷定位的要求；常用的系統(tǒng)校正方法也因其對系統(tǒng)使用條件的限制(低速，等緯度運行等)，而不適用于慣導(dǎo)探傷導(dǎo)航定位技木。
[0004]總而言之，無論是単獨利用組合導(dǎo)航系統(tǒng)對管道探傷進行定位，還是利用常用的系統(tǒng)校正技術(shù)來限制系統(tǒng)誤差，都難以滿足目前油氣管道探傷技術(shù)對于使用條件限制和定位精度的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種基于慣性測量組件(MU)的管道探傷系統(tǒng)導(dǎo)航定位方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有系統(tǒng)校正技術(shù)和里程計/ INS組合導(dǎo)航精度偏低的不足，提出了一種基于慣性測量組件(IMU)的管道探傷系統(tǒng)導(dǎo)航定位方法，該方法具有精度高、外部信息需求量少、不限制管道探傷系統(tǒng)的速度變化和緯度變化等機動方式的優(yōu)點，對于石油管道探傷定位精度的提高具有很大的意義。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案為:
[0008]一種基于慣性測量組件的管道探傷系統(tǒng)導(dǎo)航定位方法，包括下列步驟:
[0009](I) IMU進行預(yù)熱準(zhǔn)備，之后管道探傷系統(tǒng)啟動，在管道內(nèi)進行探傷作業(yè)；
[0010](2)對于ー套IMU輸出數(shù)據(jù)同時進行兩組慣導(dǎo)解算:慣導(dǎo)解算1，簡稱為SINSljP慣導(dǎo)解算2，簡稱為SINS2 ；[0011](3)管道探傷系統(tǒng)經(jīng)過定點磁標(biāo)時，接收定點磁標(biāo)位置參考信號，當(dāng)管道探傷系統(tǒng)接收到3組位置參考信號吋，將接收到的3組位置參考信號與相應(yīng)時刻慣導(dǎo)解算I輸出位置的差值作為量測量，進行慣導(dǎo)解算2系統(tǒng)重調(diào):測量出航向誤差SK(tn+2)和陀螺漂移eb并進行補償，并校正慣導(dǎo)解算2位置誤差；
[0012](4)利用里程計信息和慣導(dǎo)解算2測量的航向與姿態(tài)進行航位遞推，得到航位遞推位置；
[0013](5)將慣導(dǎo)解算2和航位遞推進行位置誤差組合得到誤差方程，經(jīng)卡爾曼濾波估計出管道探傷系統(tǒng)的位置、速度、姿態(tài)和里程計的刻度系數(shù)誤差，并對慣導(dǎo)解算2進行輸出校正，得到準(zhǔn)確的航向、姿態(tài)、位置、速度測量值。
[0014]所述的方法，所述的步驟(3)中，管道探傷系統(tǒng)在、時刻經(jīng)過第一個定點磁標(biāo)吋，接收到的位置參考信號為(L(tn)，入(tn));在、+1時刻經(jīng)過第二個定點磁標(biāo)時，接收到的位置參考信號為(L(tn+1)，A (tn+1));在、+2時刻經(jīng)過第三個定點磁標(biāo)時，接收到的參考信號為(L (tn+2),入(tn+2)) o在tn時刻慣導(dǎo)解算I輸出位置信息為(LcCtn)，入c(tn));在tn+1時刻慣導(dǎo)解算I輸出位置信息為(Utlrt)，X e(tn+1));在tn+2時刻慣導(dǎo)解算I輸出位置信息為(Lc (tn+2), A。(tn+2))。進行系統(tǒng)重調(diào)時,tn時刻的航向誤差5 K (tn),在tn+2時刻的航向誤差
6K(tn+2)和陀螺漂移eb在x、y和z軸的分量和e；的計算方程為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于慣性測量組件的管道探傷系統(tǒng)導(dǎo)航定位方法，其特征在于，包括下列步驟: (1)IMU進行預(yù)熱準(zhǔn)備，之后管道探傷系統(tǒng)啟動，在管道內(nèi)進行探傷作業(yè)； (2)對于ー套IMU輸出數(shù)據(jù)同時進行兩組慣導(dǎo)解算:慣導(dǎo)解算1，簡稱為SINS1，和慣導(dǎo)解算2，簡稱為SINS2 ； (3)管道探傷系統(tǒng)經(jīng)過定點磁標(biāo)時，接收定點磁標(biāo)位置參考信號，當(dāng)管道探傷系統(tǒng)接收到3組位置參考信號吋，將接收到的3組位置參考信號與相應(yīng)時刻慣導(dǎo)解算I輸出位置的差值作為量測量，進行慣導(dǎo)解算2系統(tǒng)重調(diào):測量出航向誤差SK(tn+2)和陀螺漂移eb并進行補償，并校正慣導(dǎo)解算2位置誤差； (4)利用里程計信息和慣導(dǎo)解算2測量的航向與姿態(tài)進行航位遞推，得到航位遞推位置； (5)將慣導(dǎo)解算2和航位遞推進行位置誤差組合得到誤差方程，經(jīng)卡爾曼濾波估計出管道探傷系統(tǒng)的位置、速度、姿態(tài)和里程計的刻度系數(shù)誤差，并對慣導(dǎo)解算2進行輸出校正，得到準(zhǔn)確的航向、姿態(tài)、位置、速度測量值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在干:所述的步驟(3)中，管道探傷系統(tǒng)在tn時刻經(jīng)過第一個定點磁標(biāo)時，接收到的位置參考信號為(L(tn)，A (tn));在、+1時刻經(jīng)過第二個定點磁標(biāo)時，接收到的位置參考信號為(L(tn+1)，A (tn+1));在tn+2時刻經(jīng)過第三個定點磁標(biāo)時，接收到的參考信號為(L(tn+2)，A (tn+2))。在tn時刻慣導(dǎo)解算I輸出位置信息為(LcCtn),入c(tn));在tn+1時刻慣導(dǎo)解算I輸出位置信息為(Lc (tn+1),入。(tn+1));在tn+2時刻慣導(dǎo)解算I輸出位置信息為(し。(12)，入。(12))，進行系統(tǒng)重調(diào)吋，tn時刻的航向誤差δK(tn)，在tn+2時刻的航向誤差6K(tn+2)和陀螺漂移e b在X、y和z軸的分量ef 和<的計算方程為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在干:所述的步驟(4)中航位遞推位置的計算公式為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在干:所述的步驟(5)中誤差方程的狀態(tài)矢量
【文檔編號】G01C21/16GK103453903SQ201310374853
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】奔粵陽, 楊嬌龍, 李敬春, 車延庭, 劉新源, 趙維珩, 阮雙雙, 楊祥龍, 謝松霖, 林星辰 申請人:哈爾濱工程大學(xué)