水下攻泥器随钻姿态惯性测量方法.pdf

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1、第46卷第3期上海交通大学学报Vo1．46NO．32Ol2年3月JOURNALOFSHANGHAIJIA()T0NGUNIVERSITYMar．2012文章编号：1006—2467(2012)03—0446—05十0457水下攻泥器随钻姿态惯性测量方法颜犟，葛彤，杨柯，王旭阳(上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海200240)摘要：结合水下攻泥器钻头实际工作情况，提出了一种基于捷联惯性系统，通过扩展卡尔曼滤波算法进行钻头姿态测量的新方法．该方法以加速度与角速度低频值作为观测量对误差进行校正，对钻头姿态进行推算．测试

2、结果表明，该钻头姿态测量方式是可行的，能够在不增加传感器情况下极大地提高捷联惯性系统的导航精度，使航向角的漂移从20。／h减小到3。／h．关键词：水下攻泥器；钻头姿态测量；扩展卡尔曼滤波；捷联惯性系统中图分类号：P756．4文献标志码：AResearchonAttitudeMeasuringMethodofBitinUnderwaterMud—PenetratorYANHui，GETong，YANGKe，WANGXu—yang(SchoolofNavalArchitecture，OceanandCivilEnginee

3、ring，ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Thisarticledescribedanewattitudemeasuringmethodofbitonthebasisoftherealoperatingconditionofunderwatermud—penetrator．Themethodwhichisbasedonastrapdowninertialsystemchoo—sesthelowfrequencyvalueofacceler

4、ationandangularrateastheobservationandadoptsextendedKalmanfiltertomeasuretheattitudeofbit．TheresultsshowthatthenewmethodisfeasibleandcanimprOvethenavigationaccuracyofstrapdowninertialsystemwithoutadditionalsensor，thedrifterrordecreasesfrom20。／hto3。／h．Keywords：un

5、derwatermud—penetrator；attitudemeasuringofbit；extendedKalmanfilter；strapdownin—ertialsystem符号说明：m／S一)：a(an，a)一地理坐标系中的加速度，y一角速度，加速度测量随机漂移(。／s，m／s)b,o，角速度，加速度偏差不稳定性(。／s，m／s)；风一捷联转换矩阵l，(，，)～欧拉角矢量Rc，～地理坐标系转换至载体坐标系的转换矩阵n”，”)载体坐标系中的加速度理想测量输出∞(p，q，r)载体坐标系中的角速度理想测量输出r(x

6、，Y，z)～地理坐标系中的位置∞，，l一观测角速度，加速度(。s，m／s)H，“)一地理坐标系中的速度水平定导向钻进(HorizontalDirectionalDrill—y，v一角速度陀螺、加速度计误差随机游走(。／sing，HDD)技术是利用专门的水平导向钻机，以可收稿日期：20lO一1217基金项目：国家高技术研究发展计划(863)项目(2007AA09Z215)作者简介：颜犟(1984一)，女，江苏省镇江市人，博士生，主要研究方向为潜器总体及操纵等．葛彤(联系人)，男，教授，博士生导师，电话(Te1．)：021

7、34293374；Email：tongge@sjtu．edu．cn．第3期颜犟，等：水下攻泥器随钻姿态惯性测量方法447控钻孔轨迹的方式在不同地层和深度进行钻进，并通过监测和控制手段抵达设计位置而铺设地下管线的施工方法．陆地上水平导向钻进技术对钻孔轨迹的控制大多采用钻孔导向仪，即在钻头体内部安装探测仪或探头，探头发出的信号被地面接收或跟踪，从而测出图2惯性导航系统原理框图钻孔的方位角、顶角、孔深及其他参数，根据测量结Fig．2Circuitblockdiagramofinertialnavigationsystem果人

8、为控制钻头继续前进的方向，使其保持按设计方向前进l5]．但是对水下攻泥器来说，无线信号在系E—固定在地球上，属于惯性坐标系，在此坐水中衰减很快，这种方法并不适用．本文提出一种标系下运动的物体遵循牛顿第二运动定律．E一基于捷联定位定向系统的导航方法，通过扩展卡尔遵循右手原则，E轴与E轴在水平面上，E叩轴在曼滤波算法测量水下攻泥器钻头