一種管道測繪用慣導裡程計組合導航方法
2024-01-20 18:57:15 2
一種管道測繪用慣導裡程計組合導航方法
【專利摘要】本發明屬於一種導航方法，具體涉及一種管道測繪用慣導裡程計組合導航方法，它包括如下步驟，（1）建立計算模型，（2）航位計算，（3）Kalman濾波模型，（4）反向處理，（5）標誌點修正。本發明的優點是，提出了一種管道測繪領域用慣導裡程計組合導航方法，該方法循環利用全程測試數據，通過正反向聯合導航濾波對慣導系統及裡程計的各項誤差進行估計和補償，最後結合標誌點位置信息對軌跡進行進一步的修正，最終獲得高精度的管道軌跡數據。
【專利說明】一種管道測繪用慣導裡程計組合導航方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於一種導航方法，具體涉及一種管道測繪用慣導裡程計組合導航方法，它能夠應用在石油天然氣管道測繪領域，能有效利用檢測數據對慣導系統及裡程計的誤差進行準確估計和補償，大大提高了管道軌跡的測量精度。
【背景技術】
[0002]為了確保石油天然氣管道安全，需要定期對油氣管道進行檢測，以獲得管道軌跡等數據。由於油氣管道一般鋪設在地表以下，很難通過有效的高精度定位裝置對其具體位置以及管道軌跡進行測量。而慣導系統是一種相對有效的測量裝置，具有全自主性，不受外界條件制約等特點，但慣導系統定位精度隨時間發散，因此利用裡程計輔助慣導進行組合導航是一種有效的提高組合導航精度的方法，而管道檢測通常是在獲得全程數據之後進行事後處理，因此怎樣利用全程測量數據以獲得高精度的測量軌跡是管道檢測的重點研究內容。
[0003]《組合導航技術在油氣管道測繪系統中的應用》(嶽步江等，中國慣性技術學報，第16卷第6期，2008年12月)提出了一種用於油氣管道測繪中的組合導航技術，應用正向濾波完成誤差估計，並利用平滑技術對初始時刻的誤差進行修正，該方法相當於利用了一次全程數據完成每個時刻的誤差估計，該方法提高了單向濾波開始時刻的濾波精度。為了更為充分利用全程的測試數據，本發明提出一種利用正反向聯合導航和濾波的方法完成慣導系統及裡程計各誤差量的估計和補償的方法，該方法相當於利用了兩次全程數據來完成各項誤差的估計，相對於文獻中的方法具有更高的誤差估計精度，最後再結合標誌點的位置信息對所得軌跡進行修正，以進一步提高軌跡信息。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種能對慣導系統及裡程計誤差進行有效估計和補償的方法，該方法可對管道的全程檢測數據進行正反向聯合導航和濾波，完成對各誤差項的估計和補償，以獲得高精度的管道軌跡信息。
[0005]本發明是這樣實現的，一種管道測繪用慣導裡程計組合導航方法，它包括如下步驟，
[0006](I)建立計算模型，
[0007](2)航位計算，
[0008](3 ) Kalman 濾波模型，
[0009](4)反向處理，
[0010](5)標誌點修正。
[0011]所述的步驟(I)包括，
[0012]I)誤差模型
[0013]慣導裡程計組合導航算法採用「速度+位置」匹配Kalman濾波方法，該方案採用19階導航誤差模型，選取19個誤差狀態變量為
[0014]
【權利要求】
1.一種管道測繪用慣導裡程計組合導航方法，其特徵在於:它包括如下步驟， (1)建立計算模型， (2)航位計算， (3)Kalman濾波模型， (4)反向處理， (5)標誌點修正。
2.如權利要求1所述的一種管道測繪用慣導裡程計組合導航方法，其特徵在於:所述的步驟(1)包括， 1)誤差模型 慣導裡程計組合導航算法採用「速度+位置」匹配Kalman濾波方法，該方案採用19階導航誤差模型，選取19個誤差狀態變量為
3.如權利要求1所述的一種管道測繪用慣導裡程計組合導航方法，其特徵在於:所述的步驟(2)包括， 進行慣性導航的同時進行航位推算，計算周期同導航解算周期，Tn=5(ms);航位推算位置信息初始化同導航解算，即利用外界裝訂值獲得初始經度、緯度及高度， 設裡程計在第i採樣周期輸出載體的位移為ASi,則其在慣導載體坐標系b系中的表示為:
4.如權利要求1所述的一種管道測繪用慣導裡程計組合導航方法，其特徵在於:所述的步驟(3)包括，Kalman濾波方程的公式如下: 狀態一步預測
5.如權利要求1所述的一種管道測繪用慣導裡程計組合導航方法，其特徵在於:所述的步驟(4)包括， 在完成正向順序的導航和濾波之後，導航解算、航位推算及Kalman濾波並不停止，而是繼續進行反向的導航解算、航位推算以及Kalman濾波，主要處理方法包括: O反嚮導航 導航的計算公式同正嚮導航，不同之處是在計算過程中需要將一些狀態量進行取反，具體處理包括: a)重力加速度反向:g=— g b)過載反向:fb= — fb c)角速度反向:wibb= — wibb d)地球自轉角速度反向:wien= — wien e)牽連角速度反向:wenn=— wenn f)位置更新反向:速度取反 g)時間: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，與正向航位推算的區別是在位移累加時取負號，即公式變為:
6.如權利要求1所述的一種管道測繪用慣導裡程計組合導航方法，其特徵在於:所述的步驟(5)包括，在利用正反向聯合濾波完成對誤差項的估計和補償之後，即可得到相對準確的軌跡信息，但是由於裡程計的剩餘誤差仍然具有累加性，因此通常需要通過標誌點對軌跡進行進一步的修正，具體的方法如下: 在標誌點處計算裡程計航位推算的誤差:
【文檔編號】G01C21/16GK103727938SQ201310516139
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月28日 優先權日:2013年10月28日
【發明者】李海軍, 徐海剛, 姜述明, 閆春新, 朱紅, 裴玉鋒, 李瑞賢, 劉衝, 郭元江, 李昂, 王根 申請人:北京自動化控制設備研究所