[发明专利]一种适用于光纤陀螺开孔定位仪的组合测量方法

权利要求书

1.一种适用于光纤陀螺开孔定位仪的组合测量方法，其特征在于，通过利用井下钻机测量点地理位置信息和钻机作业特有的速度约束信息与光纤陀螺开孔定位仪实时采集的惯性信息进行信息融合处理，以定位开孔位置，其中，所述惯性信息包括光纤陀螺开孔定位仪的捷联惯性输出的钻机位置信息、速度信息；通过利用井下钻机测量点地理位置信息和钻机作业特有的速度约束信息与光纤陀螺开孔定位仪实时采集的惯性信息进行信息融合处理，具体为：

S1：根据井下钻机作业特点，在煤层钻孔时保持位置和线速度不变，只有钻杆发生姿态变化这一特征，以测量点地理位置和速度约束两个特征信息作为外部信息源，与井下钻机光纤陀螺开孔定位仪捷联惯性测量单元的输出进行比较，得到速度差值和位移差值；

其中，速度差值的计算公式为：

其中，

V_x代表井下钻机光纤陀螺开孔定位仪捷联惯性导航算法解算的东向速度；

V_y代表井下钻机光纤陀螺开孔定位仪捷联惯性导航算法解算的北向速度；

V_z代表井下钻机光纤陀螺开孔定位仪捷联惯性导航算法解算的天向速度；

位置差值的计算公式为：

其中，Lat代表井下钻机光纤陀螺开孔定位仪捷联惯性导航算法解算的纬度；

Lon代表井下钻机光纤陀螺开孔定位仪捷联惯性导航算法解算的经度；

H代表井下钻机光纤陀螺开孔定位仪捷联惯性导航算法解算的高度；

Lat₀代表井下钻机光纤陀螺开孔定位仪测量点的纬度；

Lon₀代表井下钻机光纤陀螺开孔定位仪测量点的经度；

H₀代表井下钻机光纤陀螺开孔定位仪测量点的高度；

S2：建立卡尔曼滤波器模型，将步骤S1中的差值信号作为卡尔曼滤波器的观测量进行数据融合获得补偿信号；

其中，所述卡尔曼滤波器模型如下：

Z(t)＝H(t)X(t)+V(t) (2)

式(1)为连续系统的状态方程；式(2)为连续系统的量测方程；

对卡尔曼滤波器进行离散可得：

X_k＝Φ_k,k-1X_k-1+Γ_k-1W_k-1 (3)

Z_k＝H_kX_k+V_k (4)

式(3)为系统离散化的状态方程；式(4)为系统离散化的量测方程；

其中：

X_k为t_k时刻状态变量，X_k-1为t_k-1时刻状态变量；

Φ_k,k-1为t_k-1时刻至t_k一步转移阵；

Γ_k-1为系统噪声驱动阵；

W_k-1为系统激励噪声序列；

Z_k为t_k时刻观测变量；

H_k为量测阵；

V_k为量测噪声序列；

所述卡尔曼滤波的状态变量选为：

式中：

表示当地地理坐标系O_tX_tY_tZ_t下的位置误差X轴分量，

表示当地地理坐标系O_tX_tY_tZ_t下的位置误差Y轴分量，

表示当地地理坐标系O_tX_tY_tZ_t下的位置误差Z轴分量，

表示当地地理坐标系O_tX_tY_tZ_t下的速度误差X轴分量，

表示当地地理坐标系O_tX_tY_tZ_t下的速度误差Y轴分量，

表示当地地理坐标系O_tX_tY_tZ_t下的速度误差Z轴分量，

η_x表示方位角ψ误差，

η_y表示倾斜角θ误差，

η_z表示滚转角φ误差，

一步转移矩阵为：

卡尔曼滤波器接收信息比较单元的输出Z_KA、Z_KB作为观测量；

其中，

量测阵为：

S3：将步骤S2中的补偿信号对测量的钻机位置信息和速度信息误差信息进行估计和在线修正，对测量的误差进行实时补偿，实现井下钻机光纤陀螺开孔定位仪的高精度测量，其中，修正后的钻机位置信息为：

其中，ψ₀为输出补偿后井下钻机光纤陀螺开孔定位仪的方位角，θ₀为输出补偿后井下钻机光纤陀螺开孔定位仪的倾斜角，φ₀为输出补偿后井下钻机光纤陀螺开孔定位仪的滚转角。

2.根据权利要求1所述的适用于光纤陀螺开孔定位仪的组合测量方法，其特征在于，所述步骤S1中，采用光纤陀螺输出井下钻机光纤陀螺开孔定位仪机体坐标系O_bX_bY_bZ_b下的角速度信息，采用加速度计输出的井下钻机光纤陀螺开孔定位仪机体坐标系O_bX_bY_bZ_b下的比力信息，对所述角速度信息和所述比力信息采用捷联惯性导航算法解算后，输出井下钻机光纤陀螺开孔定位仪捷联惯性导航算法解算的东向速度V_x,井下钻机光纤陀螺开孔定位仪捷联惯性导航算法解算的北向速度V_y以及井下钻机光纤陀螺开孔定位仪捷联惯性导航算法解算的天向速度V_z。