基于光纖陀螺的井斜測(cè)量單元研究.pdf

1、井斜測(cè)量單元研究是基于捷聯(lián)慣性導(dǎo)航原理,由三軸光纖陀螺和三軸加速度計(jì)構(gòu)成慣性測(cè)量單元,通過(guò)數(shù)學(xué)平臺(tái)實(shí)時(shí)地解算出載體的姿態(tài)角、位置和速度等參數(shù)。本課題以石油勘測(cè)和開采為背景,應(yīng)用于長(zhǎng)時(shí)間、遠(yuǎn)距離和連續(xù)井斜測(cè)量的場(chǎng)合。從隨鉆井斜測(cè)量的原理出發(fā),采用捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的平臺(tái)慣性導(dǎo)航系統(tǒng),利用光纖陀螺和加速度計(jì)構(gòu)成的慣性敏感單元替代傳統(tǒng)的磁通門和加速度計(jì)的結(jié)構(gòu),適用于具有磁場(chǎng)干擾的場(chǎng)合。本文詳細(xì)地分析了井斜測(cè)量的工作原理和測(cè)量系統(tǒng)中存在的

2、各種靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差,并對(duì)不同的誤差補(bǔ)償方法進(jìn)行了討論,通過(guò)24位置標(biāo)定實(shí)驗(yàn)、速率標(biāo)定實(shí)驗(yàn)、溫度實(shí)驗(yàn)、兩位置旋轉(zhuǎn)閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行誤差補(bǔ)償。
　　本文詳細(xì)地闡述了井斜測(cè)量的工作原理,建立捷聯(lián)姿態(tài)矩陣的數(shù)學(xué)表達(dá)式,并對(duì)三種不同的姿態(tài)解算方法(歐拉角法、方向余弦法和四元數(shù)法)進(jìn)行分析討論,確定采用四元數(shù)法進(jìn)行姿態(tài)更新解算。構(gòu)建井斜測(cè)量單元實(shí)驗(yàn)平臺(tái),包括電源模塊、數(shù)據(jù)采集和處理模塊、電機(jī)閉環(huán)控制模塊和通信模塊等。重點(diǎn)分析了測(cè)量系統(tǒng)中存

3、在的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)誤差,對(duì)誤差補(bǔ)償方法進(jìn)行分析與討論,建立IMU誤差模型,特別地對(duì)靜態(tài)誤差中的正交誤差補(bǔ)償提出了新的補(bǔ)償方法,取得良好的補(bǔ)償效果。采用靜基座初始對(duì)準(zhǔn)方法,Kalman濾波算法進(jìn)行初始對(duì)準(zhǔn)中的精對(duì)準(zhǔn),以獲得初始位置的精確的捷聯(lián)姿態(tài)矩陣。采用兩位置法方法改善系統(tǒng)的可觀測(cè)性,以提高參數(shù)估計(jì)精度和速度。完成了井斜測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)測(cè)試,并對(duì)產(chǎn)生的測(cè)量誤差進(jìn)行了分析,提出了可能存在的誤差影響因素。通過(guò)靜態(tài)位置實(shí)驗(yàn),姿態(tài)角可獲得較高的測(cè)量精