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随着钻探工程的发展和钻孔孔斜质量要求的提高,钻孔测斜技术和钻孔测斜仪也逐步发展起来。依靠钻孔测斜技术所形成的各种类型的钻孔测斜仪完成钻孔顶角和方位角的测量,并作为检验各种钻孔孔斜质量不可缺少的重要技术指标。惯性测量技术是在1970年后期在惯性导航技术的基础上发展出了一门新的技术科学。它是利用陀螺仪、加速度计等惯性敏感元件再配合相应的数据处理得到我们所需得钻孔轨迹参数,这种技术已在石油钻井定位等大地测量领域中得到发展和应用。岩土工程施工钻孔直径小,而陀螺在满足小尺寸的情况下精度确很低,从而设想把基于全加速度计的无陀螺捷联惯导技术应用到测斜中。把无陀螺捷联惯导技术应用到钻孔测斜当中是一个全新的尝试,一方面,它不但能克服传统有陀螺惯性测量的一些弊端,而且能实现测斜仪的小型化;另一方面这种方法测量实时性很高,更有利于提高测斜装置的精度,所以更能为钻孔定向服务。
无陀螺捷联惯导技术要在测斜系统中实现,不仅要掌握其独特的算法原理,还得配以合适的软硬件来实现其算法功能。本文即从这两方面着手展开研究,主要内容如下:
1.本文以惯性导航原理为基础,在给出载体非质心处的比力方程的情况下,推导出了六加速度计无陀螺捷联惯导系统角速度的解算公式,给出了坐标转换的方向余弦矩阵的具体解法和各导航参数的计算公式,阐述了系统平台初始对准的原理和方法。
2.对实现系统功能的软硬件进行了设计:首先,选择了非质心处六加速度计的配置方式,并以此为依据对加速度计安装轴进行了机械设计;其次,对加速度计输出信号进行适当的处理并给出数据采集方案;最后,为实现硬件和算法功能进行了软件设计。
3.对实现惯性导航算法的关键部件——加速度计进行性能测试,掌握仪表误差的规律,建立模型方程,并对其进行了误差补偿。提出了检验系统稳定性和精度的实验方案,包括离心机实验和转台实验。
4.对论文的研究工作进行了总结,并提出了下一步研究工作的建议。