[发明专利]一种基于三轴MEMS陀螺仪的寻北旋转在线校准方法

说明书

技术领域

本发明属于一种三轴MEMS陀螺仪寻北旋转在线校准方法，特别涉及寻北系统中的寻北方法。

背景技术

在人们生产和生活中，方位的确定是必不可少的，且不断开发着定位技术，然而，传统定位技术环境适应性差、精度低，已不能满足快速发展的生活需求。随着现代科技快速发展，测井、勘探、航海航空等领域对于寻北技术的要求也越来越高。惯性技术集经典力学和物理学一体的综合技术，能够控制轨迹和运动姿态，它的出现促进寻北系统自主、高精度方向发展。目前，光纤陀螺的缺陷是价格昂贵，环境适应性差，如果不加装高效保温瓶，很难满足4000m井深的测量需求，且体积随精度增加而增大，很难满足在普通标准套管井和投入钻杆及小井径的应用需求。动力调谐陀螺相比框架陀螺，精度已有很大幅度提高，但抗冲击振动能力差。基于机械陀螺的寻北仪是较为成熟的，具有高精度、低温漂等优点，然而，它的缺点也明显，可靠性低、动态范围有限、环境适应能力差等。

MEMS陀螺仪因为具有小型化，高可靠性，抗冲击振动，低成本，低功率消耗等优点，因此，基于MEMS陀螺仪的寻北系统成为一个很有潜力的长期的发展方向。同时，国内外关于MEMS陀螺寻北技术的研究还较少，尤其MEMS陀螺寻北的研究更少。对现有技术进行检索，得到以下相关技术文献。文献【1】提出了测井的常规方法是用地磁测量技术，该方法容易受到外界磁场的干扰，磁场异常的地质条件乃至特殊天文现象都将导致仪器测量精度下降。文献【2】提出了捷联惯导系统寻北仪，常选择其作为核心陀螺仪，陀螺仪本身精度不高、体积小、低成本，因此，基于动力调谐陀螺的捷联惯导寻北仪结构简单、寻北时间短，但精度低。

[1]Ehmann S,Hordt A,Leven M,et al.Paleomagnetic inclination and declination from three-component borehole magnetometer data—New insights from logging in the Louisville seamounts[J].Journal of Geophysical Research,120(1):18-41.

[2]毛玉良,陈家斌,宋春雷,等.捷联惯导姿态误差模型分析[J].中国惯性技术学报,2013,21(2):182-185.

基于以上所述，本发明提出了一种三轴MEMS陀螺仪寻北旋转在线校准方法。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种计算方法简单，速度快的基于三轴MEMS陀螺仪的寻北旋转在线校准方法。本发明的技术方案如下：

一种基于三轴MEMS陀螺仪的寻北旋转在线校准方法，其包括以下步骤：

101、选定一个集成三轴MEMS、陀螺仪及姿态仪的惯性系统；

102、选定旋转控制系统(二自由度及以上的旋转系统)；

103、对步骤102的旋转控制系统的主轴和俯仰轴进行归零操作；

104、将步骤101惯性系统的姿态仪固定在步骤103的旋转控制系统转台面上；

105、加电预热步骤104的姿态仪30分钟至姿态仪输出稳定；

106、通过数据接口将姿态仪和计算机端连接起来进行数据通信，通过姿态仪测得三轴MEMS陀螺仪的角速度原始值；

107、将步骤106测得的三轴MEMS陀螺仪的角速度原始值分别进行滤波处理；

108、将步骤107滤波处理的数据进行温度补偿；

109、将步骤108经过温度补偿后的数据进行三轴MEMS陀螺仪安装误差的标定；

110、调整旋转控制系统的主轴和俯仰轴，保证姿态仪的初始姿态角信息为(0,0,α)，其中α表示航向角；

111、进行井下复杂环境的模拟(如设置各种温度下的不同的俯仰角和横滚角)；

112、在经过步骤111井下复杂环境的模拟后，发出寻北指令，系统底层在收到寻北命令后，立刻对姿态仪的横滚角和俯仰角进行判断，并对旋转控制系统进行控制；

113、计算寻北值，完成校准。

进一步的，所述步骤104：将惯性系统的姿态仪固定在旋转控制系统的转台面上具体为：姿态仪的横轴X轴、纵轴Y轴平行于转台水平面，竖轴Z轴垂直于转台水平面，其中姿态仪分别绕横轴X轴、纵轴X轴、竖轴X轴旋转时，对应角度的变化分别为俯仰角β、横滚角γ、航向角α，且大小相等。

进一步的，步骤107测得的三轴MEMS陀螺仪采集的角速度原始值分别进行滤波处理的方法为卡尔曼滤波。