基于光纖陀螺的井斜測量單元研究.pdf

1、井斜測量單元研究是基于捷聯(lián)慣性導航原理,由三軸光纖陀螺和三軸加速度計構(gòu)成慣性測量單元,通過數(shù)學平臺實時地解算出載體的姿態(tài)角、位置和速度等參數(shù)。本課題以石油勘測和開采為背景,應用于長時間、遠距離和連續(xù)井斜測量的場合。從隨鉆井斜測量的原理出發(fā),采用捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的平臺慣性導航系統(tǒng),利用光纖陀螺和加速度計構(gòu)成的慣性敏感單元替代傳統(tǒng)的磁通門和加速度計的結(jié)構(gòu),適用于具有磁場干擾的場合。本文詳細地分析了井斜測量的工作原理和測量系統(tǒng)中存在的

2、各種靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差,并對不同的誤差補償方法進行了討論,通過24位置標定實驗、速率標定實驗、溫度實驗、兩位置旋轉(zhuǎn)閉環(huán)控制實驗等進行誤差補償。
　　本文詳細地闡述了井斜測量的工作原理,建立捷聯(lián)姿態(tài)矩陣的數(shù)學表達式,并對三種不同的姿態(tài)解算方法(歐拉角法、方向余弦法和四元數(shù)法)進行分析討論,確定采用四元數(shù)法進行姿態(tài)更新解算。構(gòu)建井斜測量單元實驗平臺,包括電源模塊、數(shù)據(jù)采集和處理模塊、電機閉環(huán)控制模塊和通信模塊等。重點分析了測量系統(tǒng)中存

3、在的動態(tài)和靜態(tài)誤差,對誤差補償方法進行分析與討論,建立IMU誤差模型,特別地對靜態(tài)誤差中的正交誤差補償提出了新的補償方法,取得良好的補償效果。采用靜基座初始對準方法,Kalman濾波算法進行初始對準中的精對準,以獲得初始位置的精確的捷聯(lián)姿態(tài)矩陣。采用兩位置法方法改善系統(tǒng)的可觀測性,以提高參數(shù)估計精度和速度。完成了井斜測量系統(tǒng)的靜態(tài)測試,并對產(chǎn)生的測量誤差進行了分析,提出了可能存在的誤差影響因素。通過靜態(tài)位置實驗,姿態(tài)角可獲得較高的測量精