[发明专利]一种井下观测仪器及井下定向系统

权利要求书

1.一种井下观测仪器，其特征在于，包括：

光纤陀螺仪，按预设顺序采集指定位置的光纤测量加速度值；

角度控制结构，设置于所述光纤陀螺仪上方；所述角度控制结构连接所述光纤陀螺仪；

井下总控模块，连接所述角度控制结构，所述井下总控模块通过角度控制接口控制所述光纤陀螺仪按照预设的角度旋转，且所述井下总控模块接收所述光纤陀螺仪采集的光纤测量加速度值，根据所述光纤测量加速度值及当前所在位置的参数计算方位角。

2.如权利要求1所述的一种井下观测仪器，其特征在于，所述光纤陀螺仪按预设顺序采集指定位置的光纤测量加速度值，具体为，所述光纤陀螺仪按照0°、180°、270°、90°或0°、180°、90°、270°的顺序采集指定位置的光纤测量加速度值。

3.如权利要求2所述的一种井下观测仪器，其特征在于，还包括倾角仪，所述倾角仪通过所述角度控制结构连接所述井下总控模块，所述倾角仪测量观测井的倾角倾向；所述井下总控模块结合所述倾角倾向、光纤陀螺仪采集到的加速度值及当前所在位置的参数计算方位角。

4.如权利要求3所述的一种井下观测仪器，其特征在于，所述井下总控模块通过以下公式计算方位角：

其中，ω1＝ω₀cosα*cosL*k+ω′+ε(t₁)

ω2＝ω₀cos(α+90°)*cosL*K+ω′+ε(t₂)＝-ω₀sinα*cosL*K+ω′+ε(t₂)

ω3＝ω₀cos(α+180°)*cosL*K+ω′+ε(t₃)＝-ω₀cosα*cosL*K+ω′+ε(t₃)

ω4＝ω₀cos(α+270°)*cosL*K+ω′+ε(t₂)＝ω₀sinα*cosL*K+ω′+ε(t₄)，

ω₀为地球自转的平均角速度，ω₀＝4.167×10^-3度/秒，ω′为光纤陀螺的零偏，K为光纤陀螺模块的标度因数ε为光纤陀螺输出的随机漂移，L为安装位置纬度，ω_n为光纤陀螺仪测量的加速度且ω_n＝ω₀*osL。

5.如权利要求2所述的一种井下观测仪器，其特征在于，所述角度控制结构包括步进电机、电机控制器及旋转平台，所述井下总控模块连接所述电机控制器，所述电机控制器连接所述步进电机，所述步进电机连接所述旋转平台，进而控制、旋转所述光纤陀螺仪的角度。

6.如权利要求1所述的一种井下观测仪器，其特征在于，所述井下总控模块根据所述光纤陀螺仪采集到的光纤测量加速度值及当前所在位置的参数计算方位角之前，还包括，

所述井下总控模块通过阶次为n＝2、m＝2，序列模型为ARIMA(2,1,2)模型的卡尔曼滤波器消除光纤陀螺仪测量信号中的异常点。

7.如权利要求1所述的一种井下观测仪器，其特征在于，所述当前所在位置的参数包括当前所在位置的经纬度、旋转平台倾角、当前旋转平台旋转位置、加速度测量值。

8.一种井下定向系统，其特征在于，包括：

如权利要求1～7任一所述的井下观测仪器；

地表控制接收单元，所述地表控制接收单元与所述井下观测仪器的井下总控模块通过通信模块连接；所述地表控制接收单元通过通信模块发出定向指令至井下总控模块以控制所述井下观测仪器测量方位角，且接收所述井下观测仪器的井下总控模块发送的方位角。

9.如权利要求8所述的一种井下定向系统，其特征在于，所述通信模块为RS485接口，通过所述RS485接口实现地表控制接收单元与井下总控模块之间的通信。

10.如权利要求8所述的一种井下定向系统，其特征在于，还包括：控制终端，所述控制终端用于发出控制指令值所述地表控制接收单元。