一种管道测绘用惯导里程计组合导航方法
【专利摘要】本发明属于一种导航方法，具体涉及一种管道测绘用惯导里程计组合导航方法，它包括如下步骤，（1）建立计算模型，（2）航位计算，（3）Kalman滤波模型，（4）反向处理，（5）标志点修正。本发明的优点是，提出了一种管道测绘领域用惯导里程计组合导航方法，该方法循环利用全程测试数据，通过正反向联合导航滤波对惯导系统及里程计的各项误差进行估计和补偿，最后结合标志点位置信息对轨迹进行进一步的修正，最终获得高精度的管道轨迹数据。
【专利说明】一种管道测绘用惯导里程计组合导航方法
【技术领域】
[0001]本发明属于一种导航方法，具体涉及一种管道测绘用惯导里程计组合导航方法，它能够应用在石油天然气管道测绘领域，能有效利用检测数据对惯导系统及里程计的误差进行准确估计和补偿，大大提高了管道轨迹的测量精度。
【背景技术】
[0002]为了确保石油天然气管道安全，需要定期对油气管道进行检测，以获得管道轨迹等数据。由于油气管道一般铺设在地表以下，很难通过有效的高精度定位装置对其具体位置以及管道轨迹进行测量。而惯导系统是一种相对有效的测量装置，具有全自主性，不受外界条件制约等特点，但惯导系统定位精度随时间发散，因此利用里程计辅助惯导进行组合导航是一种有效的提高组合导航精度的方法，而管道检测通常是在获得全程数据之后进行事后处理，因此怎样利用全程测量数据以获得高精度的测量轨迹是管道检测的重点研究内容。
[0003]《组合导航技术在油气管道测绘系统中的应用》(岳步江等，中国惯性技术学报，第16卷第6期，2008年12月)提出了一种用于油气管道测绘中的组合导航技术，应用正向滤波完成误差估计，并利用平滑技术对初始时刻的误差进行修正，该方法相当于利用了一次全程数据完成每个时刻的误差估计，该方法提高了单向滤波开始时刻的滤波精度。为了更为充分利用全程的测试数据，本发明提出一种利用正反向联合导航和滤波的方法完成惯导系统及里程计各误差量的估计和补偿的方法，该方法相当于利用了两次全程数据来完成各项误差的估计，相对于文献中的方法具有更高的误差估计精度，最后再结合标志点的位置信息对所得轨迹进行修正，以进一步提高轨迹信息。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种能对惯导系统及里程计误差进行有效估计和补偿的方法，该方法可对管道的全程检测数据进行正反向联合导航和滤波，完成对各误差项的估计和补偿，以获得高精度的管道轨迹信息。
[0005]本发明是这样实现的，一种管道测绘用惯导里程计组合导航方法，它包括如下步骤，
[0006](I)建立计算模型，
[0007](2)航位计算，
[0008](3 ) Kalman 滤波模型，
[0009](4)反向处理，
[0010](5)标志点修正。
[0011]所述的步骤(I)包括，
[0012]I)误差模型
[0013]惯导里程计组合导航算法采用“速度+位置”匹配Kalman滤波方法，该方案采用19阶导航误差模型，选取19个误差状态变量为
[0014]
【权利要求】
1.一种管道测绘用惯导里程计组合导航方法，其特征在于:它包括如下步骤， (1)建立计算模型， (2)航位计算， (3)Kalman滤波模型， (4)反向处理， (5)标志点修正。
2.如权利要求1所述的一种管道测绘用惯导里程计组合导航方法，其特征在于:所述的步骤(1)包括， 1)误差模型 惯导里程计组合导航算法采用“速度+位置”匹配Kalman滤波方法，该方案采用19阶导航误差模型，选取19个误差状态变量为
3.如权利要求1所述的一种管道测绘用惯导里程计组合导航方法，其特征在于:所述的步骤(2)包括， 进行惯性导航的同时进行航位推算，计算周期同导航解算周期，Tn=5(ms);航位推算位置信息初始化同导航解算，即利用外界装订值获得初始经度、纬度及高度， 设里程计在第i采样周期输出载体的位移为ASi,则其在惯导载体坐标系b系中的表示为:
4.如权利要求1所述的一种管道测绘用惯导里程计组合导航方法，其特征在于:所述的步骤(3)包括，Kalman滤波方程的公式如下: 状态一步预测
5.如权利要求1所述的一种管道测绘用惯导里程计组合导航方法，其特征在于:所述的步骤(4)包括， 在完成正向顺序的导航和滤波之后，导航解算、航位推算及Kalman滤波并不停止，而是继续进行反向的导航解算、航位推算以及Kalman滤波，主要处理方法包括: O反向导航 导航的计算公式同正向导航，不同之处是在计算过程中需要将一些状态量进行取反，具体处理包括: a)重力加速度反向:g=— g b)过载反向:fb= — fb c)角速度反向:wibb= — wibb d)地球自转角速度反向:wien= — wien e)牵连角速度反向:wenn=— wenn f)位置更新反向:速度取反 g)时间:t= t — Tn 2)反向航位推算 反向航位推算的形式同正向的航位推算，与正向航位推算的区别是在位移累加时取负号，即公式变为:
6.如权利要求1所述的一种管道测绘用惯导里程计组合导航方法，其特征在于:所述的步骤(5)包括，在利用正反向联合滤波完成对误差项的估计和补偿之后，即可得到相对准确的轨迹信息，但是由于里程计的剩余误差仍然具有累加性，因此通常需要通过标志点对轨迹进行进一步的修正，具体的方法如下: 在标志点处计算里程计航位推算的误差:
【文档编号】G01C21/16GK103727938SQ201310516139
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】李海军, 徐海刚, 姜述明, 闫春新, 朱红, 裴玉锋, 李瑞贤, 刘冲, 郭元江, 李昂, 王根 申请人:北京自动化控制设备研究所