一种基于惯性测量组件的管道探伤系统导航定位方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于惯性测量组件的管道探伤系统导航定位方法。对于一套IMU输出数据同时进行两组惯导解算；管道探伤系统经过定点磁标时，接收定点磁标位置参考信号，当管道探伤系统接收到3组位置参考信号时，将接收到3组位置参考信号与相应时刻SINS1输出位置的差值作为量测量，进行SINS2系统重调：测量出航向误差和陀螺漂移εb并进行补偿，并校正SINS2位置误差；利用里程计信息和SINS2测量的航向与姿态进行航位递推，可以得到航位递推位置；将SINS2和航位递推进行位置误差组合得到误差方程，经卡尔曼滤波估计出管道探伤系统的位置、速度、姿态和里程计的刻度系数误差，并对SINS2进行输出校正，得到准确的航向、姿态、位置、速度测量值。
【专利说明】一种基于惯性测量组件的管道探伤系统导航定位方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于惯性测量组件(IMU)的管道探伤系统导航定位方法，该方法具有精度高、外部信息需求量少、不限制管道探伤系统运行的速度大小和纬度变化等机动方式的优点，对于石油管道探伤系统精度的提闻具有很大的意义。
【背景技术】
[0002]在石油管道技术发展过程中，捷联惯导系统(Strapdown Inertial NavigationSystem, SINS)因具有完全自动的导航特性，可以连续、实时地提供位置、速度和姿态信息，以及短时精度高，不受气候条件限制等优点，成为管道探伤系统的核心部分，它主要是通过惯性测量装置(Inertial Measurement Unit, IMU)实时得到的量测信息经过惯导解算,从而完成导航定位。但是，捷联惯导系统误差随时间增长，而其误差主要是由陀螺漂移引起的，因此在长时间的 工作过程中，需要周期性的对其进行校正。而基于惯性测量组件(IMU)的管道探伤系统导航定位方法，只需要每隔一段时间连续获得三次外部位置信息观测值，不需要限制管道探伤系统运行的速度大小和纬度变化等机动方式，便能够估计出陀螺漂移和航向并进行补偿，从而将系统的误差抑制到合适的精度范围。因此基于惯性测量组件(IMU)的管道探伤系统导航定位方法能够适用于石油管道探伤定位系统，井能有效提高管道探伤系统定位的精度。
[0003]对于油气管道探伤定位技术来说，目前借助里程计/ INS组合导航的方式较为常见，但由于里程计本身的误差较大，其组合导航的精度偏低，已无法满足现有的油气管道探伤定位的要求；常用的系统校正方法也因其对系统使用条件的限制(低速，等纬度运行等)，而不适用于惯导探伤导航定位技木。
[0004]总而言之，无论是単独利用组合导航系统对管道探伤进行定位，还是利用常用的系统校正技术来限制系统误差，都难以满足目前油气管道探伤技术对于使用条件限制和定位精度的要求。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种基于惯性测量组件(MU)的管道探伤系统导航定位方法。
[0006]本发明的技术解决问题是:克服现有系统校正技术和里程计/ INS组合导航精度偏低的不足，提出了一种基于惯性测量组件(IMU)的管道探伤系统导航定位方法，该方法具有精度高、外部信息需求量少、不限制管道探伤系统的速度变化和纬度变化等机动方式的优点，对于石油管道探伤定位精度的提高具有很大的意义。
[0007]本发明的技术解决方案为:
[0008]一种基于惯性测量组件的管道探伤系统导航定位方法，包括下列步骤:
[0009](I) IMU进行预热准备，之后管道探伤系统启动，在管道内进行探伤作业；
[0010](2)对于ー套IMU输出数据同时进行两组惯导解算:惯导解算1，简称为SINSljP惯导解算2，简称为SINS2 ；[0011](3)管道探伤系统经过定点磁标时，接收定点磁标位置參考信号，当管道探伤系统接收到3组位置參考信号吋，将接收到的3组位置參考信号与相应时刻惯导解算I输出位置的差值作为量測量，进行惯导解算2系统重调:測量出航向误差SK(tn+2)和陀螺漂移eb并进行补偿，并校正惯导解算2位置误差；
[0012](4)利用里程计信息和惯导解算2测量的航向与姿态进行航位递推，得到航位递推位置；
[0013](5)将惯导解算2和航位递推进行位置误差组合得到误差方程，经卡尔曼滤波估计出管道探伤系统的位置、速度、姿态和里程计的刻度系数误差，并对惯导解算2进行输出校正，得到准确的航向、姿态、位置、速度測量值。
[0014]所述的方法，所述的步骤(3)中，管道探伤系统在、时刻经过第一个定点磁标吋，接收到的位置參考信号为(L(tn)，入(tn));在、+1时刻经过第二个定点磁标时，接收到的位置參考信号为(L(tn+1)，A (tn+1));在、+2时刻经过第三个定点磁标时，接收到的參考信号为(L (tn+2),入(tn+2)) o在tn时刻惯导解算I输出位置信息为(LcCtn)，入c(tn));在tn+1时刻惯导解算I输出位置信息为(Utlrt)，X e(tn+1));在tn+2时刻惯导解算I输出位置信息为(Lc (tn+2), A。(tn+2))。进行系统重调时,tn时刻的航向误差5 K (tn),在tn+2时刻的航向误差
6K(tn+2)和陀螺漂移eb在x、y和z轴的分量和e；的计算方程为:
【权利要求】
1.一种基于惯性测量组件的管道探伤系统导航定位方法，其特征在于，包括下列步骤: (1)IMU进行预热准备，之后管道探伤系统启动，在管道内进行探伤作业； (2)对于ー套IMU输出数据同时进行两组惯导解算:惯导解算1，简称为SINS1，和惯导解算2，简称为SINS2 ； (3)管道探伤系统经过定点磁标时，接收定点磁标位置參考信号，当管道探伤系统接收到3组位置參考信号吋，将接收到的3组位置參考信号与相应时刻惯导解算I输出位置的差值作为量測量，进行惯导解算2系统重调:測量出航向误差SK(tn+2)和陀螺漂移eb并进行补偿，并校正惯导解算2位置误差； (4)利用里程计信息和惯导解算2测量的航向与姿态进行航位递推，得到航位递推位置； (5)将惯导解算2和航位递推进行位置误差组合得到误差方程，经卡尔曼滤波估计出管道探伤系统的位置、速度、姿态和里程计的刻度系数误差，并对惯导解算2进行输出校正，得到准确的航向、姿态、位置、速度测量值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在干:所述的步骤(3)中，管道探伤系统在tn时刻经过第一个定点磁标时，接收到的位置參考信号为(L(tn)，A (tn));在、+1时刻经过第二个定点磁标时，接收到的位置參考信号为(L(tn+1)，A (tn+1));在tn+2时刻经过第三个定点磁标时，接收到的參考信号为(L(tn+2)，A (tn+2))。在tn时刻惯导解算I输出位置信息为(LcCtn),入c(tn));在tn+1时刻惯导解算I输出位置信息为(Lc (tn+1),入。(tn+1));在tn+2时刻惯导解算I输出位置信息为(し。(12)，入。(12))，进行系统重调吋，tn时刻的航向误差δK(tn)，在tn+2时刻的航向误差6K(tn+2)和陀螺漂移e b在X、y和z轴的分量ef 和<的计算方程为:
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在干:所述的步骤(4)中航位递推位置的计算公式为:
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在干:所述的步骤(5)中误差方程的状态矢量
【文档编号】G01C21/16GK103453903SQ201310374853
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月26日 优先权日:2013年8月26日
【发明者】奔粤阳, 杨娇龙, 李敬春, 车延庭, 刘新源, 赵维珩, 阮双双, 杨祥龙, 谢松霖, 林星辰 申请人:哈尔滨工程大学