[发明专利]基于多传感器数据融合的钻具姿态测量系统的测量方法

摘要

本发明公开了基于多传感器数据融合的钻具姿态测量系统的测量方法，其中基于多传感器数据融合的钻具动态姿态测量系统包括钻具、三轴加速度计、三轴磁通门、角速率陀螺仪和局部滤波器；三轴加速度计、三轴磁通门和角速率陀螺仪均安装在钻具上，三轴加速度计、三轴磁通门和角速率陀螺仪分别安装有局部滤波器；本发明提出的矩阵加权数据融合算法无需对局部状态估计进行处理，克服了标准UKF算法的缺陷，且无需通过全局状态估计对局部滤波器进行重置，因此具有较强的容错性。

主权项

1.基于多传感器数据融合的钻具姿态测量系统的测量方法，其特征在于，基于多传感器数据融合的钻具动态姿态测量系统包括钻具、三轴加速度计、三轴磁通门、角速率陀螺仪和滤波器；三轴加速度计、三轴磁通门、角速率陀螺仪和滤波器均安装在钻具上，三轴加速度计、三轴磁通门和角速率陀螺仪分别连接各自对应的滤波器；基于多传感器数据融合的钻具动态姿态测量系统的测量方法包括以下步骤：步骤一：在姿态测量系统中建立理想正交的地理坐标系，根据欧拉定理，井下钻进过程中，钻具在空间的任一姿态可以用相对于地理坐标系的一系列旋转来表示，旋转的角度为井斜角、方位角和工具面角；根据四元数的定义和欧拉定理，把三维空间和四维空间联系起来，用四维空间的四元数性质和运算规则研究三维空间中的刚体定点转动问题；步骤二：针对钻具安装三轴加速度计、三轴磁通门和角速率陀螺仪，实现导向钻井工具姿态组合测量，联合建立多传感器、动态测量系统的非线性数学模型，得到非线性状态方程和量测方程；步骤三：根据近钻头振动信号特性，判断钻具运动状态，分析钻具运动状态与振动加速度之间的关系以及钻具振动的主要干扰因素；根据模型及噪声特性，分别采用局部滤波器，利用无迹卡尔曼滤波算法对干扰信号进行滤除，消除近钻头强振动对姿态参数测量的影响，采用矩阵加权数据融合理论进行全局估计，进而得到最优姿态估计；步骤四：利用最优姿态估计，将滤波后的传感器参数进行姿态动态解算，从而得到滤波后的导向钻井工具精确的姿态参数。