[发明专利]一种随钻陀螺定位定向仪导航解算方法

权利要求书

1.一种随钻陀螺定位定向仪导航解算方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、初始对准获取钻杆钻进起始时刻的姿态角；

步骤2、钻进过程中进行姿态、速度、位置更新获取实时的导航信息；

步骤3、利用运动学约束的方式进行钻进过程中的修正；

步骤4、当一根钻杆钻进完成时，获取当前的姿态角；

步骤5、利用最小曲率法求解此时位置；

步骤6、以最小曲率法获取的位置信息作为滤波观测量进行滤波修正；

所述解算方法采用的坐标系定义如下：

b系：钻杆载体坐标系ox_by_bz_b，y轴指钻杆钻进方向，z轴沿钻杆横截面半径向外，x轴与y轴、z轴构成满足右手定则的笛卡尔直角坐标系；

n系：导航坐标系ox_ny_nz_n，采用“东-北-天”地理坐标系，x轴指东，y轴指北，z轴指天；

所述步骤2中，钻进过程中进行姿态、速度、位置更新获取实时的导航信息的方法如下：

在钻进过程中进行姿态、速度、位置解算的方法是采用捷联更新算法实现的；姿态更新微分方程为：

其中，为b系相对于n系的姿态阵，为n系相对钻杆载体坐标系b系的旋转角速度；

类比与姿态更新微分方程可得：

根据

其中，矩阵表示以i系作为参考基准，b系从t_m-1时刻到t_m时刻的旋转变化，由陀螺角速度确定；表示以i系作为参考基准，n系从t_m时刻到t_m-1时刻的旋转变化，由计算角速度确定，可得：

通过初始姿态矩阵，结合陀螺采集的角速度信息，根据上式即可解算下一时刻的姿态信息；

速度更新微分方程为：

其中，为载体的速度、为加表测量值、为地球转速、为载体运动引起的旋转角速度、gⁿ为重力；

速度更新通过比力方程的一次积分来实现；加表测量的加速度信息中包含了载体自身运动的加速度信息、重力加速度信息、载体运动所导致的哥式加速度信息和对地向心加速度信息；根据比力方程，加表测量的加速度信息在考虑了包含重力加速度、哥式加速度、对地向心加速度在内的有害加速度信息后，积分即可得到载体运动的速度变化量：

其中，上标m-1表示上一时刻，m表示下一时刻，T为采样周期；

位置更新微分方程为：

其中，L为纬度， λ为经度， h为高度， R_M、R_N为地球参数；

对速度的一次积分，即可得到位置变化量，可求解位置：