[发明专利]一种随钻陀螺定位定向仪导航解算方法

说明书

本发明公开了一种随钻陀螺定位定向仪导航解算方法，属于导航应用技术领域。本发明包括以下步骤：1、初始对准获取钻杆钻进起始时刻的姿态角；2、钻进过程中进行姿态、速度、位置解算获取实时的导航信息；3、利用运动学约束的方式进行钻进过程中的修正；4、当一根钻杆钻进完成时，获取当前的姿态角；5、利用最小曲率法求解此时位置；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。本发明解决了地下GPS拒止情况下，纯惯性导航应用于随钻设计中误差发散的问题，在不需要额外传感器的前提下，提高了导航算法的定位精度。

技术领域

本发明属于导航技术领域，具体涉及一种随钻陀螺定位定向仪导航解算方法。

背景技术

随着社会的进步和现代工业的发展，钻探领域如石油开采，地下钻井，地下管道铺设等越来越受到社会的重视。在钻探领域内受到广泛使用的是基于磁通门和三轴加表的定位定向仪来实现地下钻探的定位，但容易受到磁场的干扰，定位精度得到限制。需要一种新的方式来实现地下的定位导航。

捷联惯性导航技术的不断成熟，为钻探地下定位导航提供了新的解决方法。基于陀螺的定位定向仪相比与基于磁通门的定位定向仪，具有更高的精度和更加稳定的性能，能够很好的指导钻探工作。

然而纯惯性导航解算的误差会随着时间不断积累而发散，往往都需要使用其他方法来实现对误差的抑制。但钻探过程中，地下存在GPS拒止问题，无法利用卫导对导航误差进行修正。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种随钻陀螺定位定向仪导航解算方法，实现在钻进过程中导航信息的计算和误差的抑制以及在钻进停止后对误差的进一步修正和补偿，在GPS拒止条件下提高地下定位精度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种随钻陀螺定位定向仪导航解算方法，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。

优选地，所述标定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_by_bz_b，采用“东-北-天”地理坐标系，x轴指东，y轴指北，z轴指天。

优选地，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，为钻杆载体坐标系(b系)相对于导航坐标系(n系)的姿态阵，为导航坐标系(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